CN114005669A - 一种异型铁氧体磁芯的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铁氧体技术领域，具体的涉及一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，包括以下步骤：(1)冲压成型：选用软磁铁氧体颗粒粉体，在直立式成型机或高速旋转成型机上，采用模具双向冲压制备出工艺设计的封口型坯件或连体型坯件；(2)烧结；(3)切割及研磨；(4)超声波清洗；(5)检验。本发明工艺能够克服制备异型磁芯元件的常规制备方法易导致产品变形的现象，并打破了异型磁芯元件只能“竖压成型”不能“侧压成型”的思维框框，通过密度补偿的方法实现。本发明制造工艺操作简单、加工方便、易于产业化，能够制造高尺寸精度的异型磁芯元件，大幅度提高了合格率，节约成本，具有高度的产业利用价值，值得推广应用。
Description
技术领域
本发明属于铁氧体技术领域，具体涉及一种异型铁氧体磁芯的制造工艺。
背景技术
软磁铁氧体磁芯是电子信息行业，如电源、通讯、电光源、智能家电等领域的重要基础功能元件，也是品种最多、应用最广、用量最大的一种磁性元件。经过半个多世纪的发展与创新，全球软磁铁氧体性能得到了很大的改进和提高，其产量也逐年递增，应用领域和范围也不断扩大。
软磁铁氧体磁芯成型工艺是采用粉末成型技术，而对于异型磁芯元件的成型工艺传统方法是“竖压”成型，这种方法生产的产品在烧结时很容易“外张”或“内缩”变形，出现弯腰或拱背现象，产品合格率很低。近年来有设备厂家通过在直立式压机上设计“上一下二”模架来解决，但设备造价相对较高。而现在为了提高生产效率，国内大部分企业都已采用高速旋转成型机，这种工艺无法实现。现有制造工艺均是采用开口型，竖压成型的方法。
发明内容
本发明目的在于克服异型磁芯元件的常规制备方法易导致产品变形现象的的不足，提供一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，通过优化软磁铁氧体颗粒粉体的组成组分和坯件的工艺设计，采用特定的软磁铁氧体颗粒粉体协同“侧压成型”与“密度补偿”的方法，用模具双向冲压制备出封口或连体型坯件。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)冲压成型：选用软磁铁氧体颗粒粉体，在直立式成型机或高速旋转成型机上，采用模具双向冲压制备出工艺设计的封口型坯件或连体型坯件；
所述软磁铁氧体颗粒粉体包括主成分、辅助成分和添加剂，所述主成分包括Fe2O3、Mn3O4、NiO和ZnO，所述辅助成分为Nd2O3；以主成分的量作为基准，所述主成分中Fe2O3的含量为56.2mol％，Mn3O4的含量为15.8mol％，NiO的含量为27.3mol％，ZnO的含量为10.7mol％；以主成分的重量作为基准，所述辅助成分Nd2O3的含量为0.1～1wt％；所述添加剂由V2O5和SiO2按重量比1∶1～2组成，所述添加剂占整个材料总重量百分比的0.2～0.4wt％；
本发明在主配方中通过Nd3+的掺杂可促进Fe2+离子的形成，较多的Fe2+的过铁配方具有较小的磁滞后效损耗，同时引入的过量正电荷将通过等量的已经存在于体系内的带正电氧空位的减少以实现电价的平衡，这样有利于降低体系的晶格畸变；Nd2O3可以增大晶格常数，阻碍畴壁移动，提高截止频率和高频下的品质因数Q，V2O5在铁氧体晶界形成液相，提高烧结之后磁芯元件的致密度，增加强度，降低脆性，SiO2可以抑制晶粒的异常生长，起到细化晶粒的作用；
(2)烧结：将封口型坯件或连体型坯件进行烧结，得到磁芯元件；
(3)切割及研磨：将烧结后的封口型磁芯元件直接进行研磨，先磨掉密度补偿部分，再磨掉封口部分，最后进行定寸和性能精细加工，得到软磁铁氧体磁芯；
或者，将烧结后的连体型磁芯元件先进行切割，切割成为两个相同的半成品磁芯元件，对两个半成品磁芯元件研磨加工，先磨掉密度补偿部分，再磨掉封口部分，最后进行定寸和性能精细加工，得到软磁铁氧体磁芯；
(4)超声波清洗：对软磁铁氧体磁芯进行超声波清洗及烘干处理；
(5)检验：对清洗烘干之后的软磁铁氧体磁芯尺寸、外观及电磁性能进行检验，得到高精度异型软磁铁氧体磁芯成品。
优选的，步骤(2)，烧结的方法如下：将各坯件在承烧板上上下整齐叠放1层以上，每1层各撒上锆粉，叠放，放入烧结电炉中，烧结温度为1250～1380℃，保温4～10h，冷却出炉，得到磁芯元件。
较佳的，各坯件在承烧板上叠放为同向叠放方式，先将一个一个坯件靠紧垂直向上放置在承烧板上，放完一层，撒上锆粉，防止粘连，之后再在该层上面叠放，依次将各坯件按照同样的方式向上叠放，直至叠放层数的高度达到炉腔的有效烧结高度。
优选的，步骤(1)，所述封口型坯件的封口部分设计为0.5～5mm。
优选的，步骤(1)通过模具压制时，对异型中柱进行密度补偿，设计向外侧的凸出部分。
较佳的，所述凸出部分的尺寸按黄金分割比例设计为：
(磁芯元件底部宽度尺寸-中柱宽度尺寸)*0.618。
本发明工艺能够克服制备异型磁芯元件的常规制备方法易导致产品变形的现象，并打破了异型磁芯元件只能“竖压成型”不能“侧压成型”的思维框框，通过密度补偿的方法实现。本发明制造工艺操作简单、加工方便、易于产业化，能够制造高尺寸精度的异型磁芯元件，大幅度提高了合格率，节约成本，具有高度的产业利用价值，值得推广应用。
与现有技术相比，本发明的设计思虑新颖，在技术上突破了传统设计方法。
现有技术在工艺设计上采用“竖压”成型工艺，但由于磁芯元件不规则，无法实现“侧压”技术，产品尺寸无法有效控制，极易出现“外张”或“内缩”变形，导致产品合格率很低。本发明技术在工艺设计上，半成品与成品的外观完全不同，其本质是为了有效解决磁芯元件的工艺技术问题和生产质量问题，采用本发明成型工艺方法可有效解决产品变形及配对公差问题，提高产品合格率。
本发明能够制造高精度尺寸公差要求的磁芯元件，烧结之后的产品不用进行尺寸分选，大幅度提高了生产效率。
本发明具体的优点和积极效果、创新点如下：
(1)本发明可以“以坯件三条腿平放状来成型”，也可以“以坯件三条腿竖直朝下来成型”，成型工艺不受限制；
(2)本发明的创新性在于，采用密度补偿技术，可解决任何偏心磁芯元件的制作工艺，并有效保证其产品质量；
(3)本发明的创新性在于，对于各类“曰”字型及类似磁芯坯件的设计补偿部分，给出了设计凸出的比例系数0.618，避免了设计时通过多次开模压制摸索尝试(由于磁芯坯件烧结时收缩，以及磁芯中柱密度很难掌握，只要有少许误差磁芯就会出现中柱或底部变形)，大幅降低了设计成本，缩短了开发周期；另外，通过密度补偿技术可以制作成包括“曰”字型在内的，其它成品规格；
(4)本发明的创新性在于，通过坯件密度补偿技术，在能够平衡整个坯件的前提下，根据磁芯元件形状要求设计突出部分，可以采用磨去多余部分的方法，也可以采用不磨去多余部分的方法；
(5)本发明的创新性在于，对于包含“曰”字型在内的所有存在边脚与中柱厚度/宽度不一致的磁芯的坯件，设计通过坯件密度补偿技术，平衡整个坯件的密度，使磁芯坯件烧结时平衡收缩，在保证尺寸公差的前提下，主要解决铁氧体磁芯烧结易变形问题；
(6)本发明的创新性在于，通过密度补偿，不仅限于采用“封口”工艺，而是采用“封口”或“连体”工艺技术；尤其是偏心磁芯元件采用“连体”技术，通过“切割与研磨”可将偏心磁芯元件的生产效率提高两倍，并有效地防止变形，保证了产品质量；
(7)本发明的创新性在于，采用“叠烧密堆”工艺，提高了偏心磁芯烧结产量，并且通过实践得出了每层采用撒氧化锆粉的方法，可有效防止高温下由于磁芯熔融出现的粘连；同时，采用氧化锆粉烧结时不容易陷入磁芯表面，而且烧结后容易清洗掉不影响成品外观；更重要的是，由于氧化锆粉在高温下的高稳定性，有效保证了磁芯元件的电磁性能。
(8)本发明的其它创新性在于，采用超声波清洗、烘干工艺技术，有效地保证了偏心磁芯元件的外观质量。
附图说明
图1异型磁芯元件的外观示意图；
图2“竖压成型”与“侧压成型”工艺对比；
图3异型磁芯元件生坯设计外观图；
图4异型磁芯元件研磨前后对比。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白清楚，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，但是本发明并不限于这些实施例。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如没有特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
如图1所示，是10种异型磁芯元件的形状设计及成品外观；
(1)选用软磁铁氧体颗粒粉体，在高速旋转成型机上，采模具双向冲压制备出工艺设计的封口型坯件或连体型坯件；
所述软磁铁氧体颗粒粉体包括主成分、辅助成分和添加剂，所述主成分包括Fe2O3、Mn3O4、NiO和ZnO，所述辅助成分为Nd2O3；以主成分的量作为基准，所述主成分中Fe2O3的含量为56.2mol％，Mn3O4的含量为15.8mol％，NiO的含量为27.3mol％，ZnO的含量为10.7mol％；以主成分的重量作为基准，所述辅助成分Nd2O3的含量为0.25wt％；所述添加剂由V2O5和SiO2按照重量比1∶1.5组成，所述添加剂占整个材料总重量百分比的0.32wt％；
(2)在磁芯元件成型工艺时，采用图2的“侧压”工艺技术，在生坯设计上将开口产品设计成封口产品，封口部分根据磁芯元件大小通常可设计为0.5～5mm；另外，也可将磁芯元件设计成对称型连体方式；
本实施例中磁芯元件的磁芯规格为I45*10*10，封口部分设计为1.8mm；
(3)对磁芯元件的异型中柱进行密度补偿，设计向外侧的凸出部分，所述凸出部分的尺寸按黄金分割比例设计为：(磁芯元件底部宽度尺寸-中柱宽度尺寸)*0.618，如图3所示。通过模具压制时实现；
(4)生坯烧结时，通过相互叠层方式紧密排列，以提高烧结产量；
(5)烧结后的磁芯元件，按成品标准进行研磨加工；研磨掉磁芯元件的封口部分及凸出部分(如果是对称连体的，则进行切割后再研磨加工)，达到标准要求的尺寸公差及电磁性能，磁芯元件研磨前后对比如图4所示；
(6)对成品进行检验测量：磁芯元件无变形，尺寸及电磁性能均符合标准要求。
比较例1
所述软磁铁氧体颗粒粉体中不添加Mn3O4，其他与实施例1相同。
对成品进行检验测量：部分磁芯元件出现“内缩”变形，合格率相对实施例1的合格率降低了12.1％，仅95.2％成品的尺寸及电磁性能符合标准要求。
比较例2
所述软磁铁氧体颗粒粉体中不添加Nd2O3，其他与实施例1相同。
对成品进行检验测量：部分磁芯元件出现“外张”变形，合格率相对实施例1的合格率降低了32.1％，仅92.8％成品的尺寸及电磁性能符合标准要求。
比较例3
所述软磁铁氧体颗粒粉体中不添加V2O5，其他与实施例1相同。
对成品进行检验测量：部分磁芯元件出现“内缩”变形，合格率相对实施例1的合格率降低了8.9％，仅98.5％成品的尺寸及电磁性能符合标准要求。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)冲压成型：选用软磁铁氧体颗粒粉体，在直立式成型机或高速旋转成型机上，采用模具双向冲压制备出工艺设计的封口型坯件或连体型坯件；
所述软磁铁氧体颗粒粉体包括主成分、辅助成分和添加剂，所述主成分包括Fe2O3、Mn3O4、NiO和ZnO，所述辅助成分为Nd2O3；以主成分的量作为基准，所述主成分中Fe2O3的含量为56.2mol％，Mn3O4的含量为15.8mol％，NiO的含量为27.3mol％，ZnO的含量为10.7mol％；以主成分的重量作为基准，所述辅助成分Nd2O3的含量为0.1～1wt％；所述添加剂由V2O5和SiO2按重量比1∶1～2组成，所述添加剂占整个材料总重量百分比的0.2～0.4wt％；
(2)烧结：将封口型坯件或连体型坯件进行烧结，得到磁芯元件；
(3)切割及研磨：将烧结后的封口型磁芯元件直接进行研磨，先磨掉密度补偿部分，再磨掉封口部分，最后进行定寸和性能精细加工，得到软磁铁氧体磁芯；
或者，将烧结后的连体型磁芯元件先进行切割，切割成为两个相同的半成品磁芯元件，对两个半成品磁芯元件研磨加工，先磨掉密度补偿部分，再磨掉封口部分，最后进行定寸和性能精细加工，得到软磁铁氧体磁芯；
(4)超声波清洗：对软磁铁氧体磁芯进行超声波清洗及烘干处理；
(5)检验：对清洗烘干之后的软磁铁氧体磁芯尺寸、外观及电磁性能进行检验，得到高精度异型软磁铁氧体磁芯成品。
2.根据权利要求1所述的一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，步骤(2)，烧结的方法如下：将各坯件在承烧板上上下整齐叠放1层以上，每1层各撒上锆粉，叠放，放入烧结电炉中，烧结温度为1250～1380℃，保温4～10h，冷却出炉，得到磁芯元件。
3.根据权利要求2所述的一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，各坯件在承烧板上叠放为同向叠放方式，先将一个一个坯件靠紧垂直向上放置在承烧板上，放完一层，撒上锆粉，防止粘连，之后再在该层上面叠放，依次将各坯件按照同样的方式向上叠放，直至叠放层数的高度达到炉腔的有效烧结高度。
4.根据权利要求1所述的一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，步骤(1)，所述封口型坯件的封口部分设计为0.5～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，步骤(1)通过模具压制时，对异型中柱进行密度补偿，设计向外侧的凸出部分。
6.根据权利要求5所述的一种异型铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述凸出部分的尺寸按黄金分割比例设计为：
(磁芯元件底部宽度尺寸-中柱宽度尺寸)*0.618。
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