CN116936214B - 一种宽频域软磁铁氧体磁性元件、生产工艺及生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁性元件技术领域，具体涉及一种宽频域软磁铁氧体磁性元件、生产工艺及生产设备，包括第一胚体与第二胚体；所述第二胚体设于第一胚体内；所述第一胚体与第二胚体之间填充有膨胀涂层；所述膨胀涂层的厚度从中部向两端逐步递减；所述第一胚体的磁导率大于第二胚体的磁导率；所述第一胚体的电阻率小于第二胚体的电阻率；所述膨胀涂层通过烧结后进行膨胀。本发明在第一胚体和第二胚体之间喷涂形成了膨胀涂层，在烧结过程中，位于第一胚体和第二胚体之间的膨胀涂层会发生膨胀，对第一胚体和第二胚体进行挤压，使得压胚中部致密性较差的部位密度增加，消除压胚成型过程中的致密度差异，提高软磁铁氧体导磁率。
Description
技术领域
本发明涉及磁性元件技术领域，具体涉及一种宽频域软磁铁氧体磁性元件、生产工艺及生产设备。
背景技术
现有的软磁铁氧体磁性元件大多通过粉末冶金工艺进行成型，但是由于粉末冶金工艺中粉末是受力特性，压胚的致密性从表面往芯部是逐步降低的，这种特性使得压胚在烧结后也呈现出表面与芯部的致密性不一致的情况，导致元件的导磁率降低，饱和磁通量下降；因为这种特性，厚度较厚或者细长杆状的软磁铁氧体磁性元件无法采用粉末冶金方式成型。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种宽频域软磁铁氧体磁性元件、生产工艺及生产设备，在第一胚体和第二胚体之间喷涂形成了膨胀涂层，在烧结过程中，位于第一胚体和第二胚体之间的膨胀涂层会发生膨胀，从而消除压胚成型过程中的致密度差异，提高软磁铁氧体导磁率。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种宽频域软磁铁氧体磁性元件，包括第一胚体与第二胚体；所述第二胚体设于第一胚体内；所述第一胚体与第二胚体之间填充有膨胀涂层；所述膨胀涂层的厚度从中部向两端逐步递减；
所述第一胚体的磁导率大于第二胚体的磁导率；
所述第一胚体的电阻率小于第二胚体的电阻率；
所述膨胀涂层通过烧结后进行膨胀。
本发明进一步设置为，所述第一胚体由以下成分组成：摩尔百分比为47.5-59％的氧化铁、摩尔百分比为39-41％的氧化锰以及摩尔百分比为5-12％的氧化锌；
所述第二胚体由以下成分组成：摩尔百分比为47.5-59％的氧化铁、摩尔百分比为39-41％的氧化锰、摩尔百分比为5-12％的氧化锌以及摩尔百分比为0.3-1％的氧化铜。
本发明进一步设置为，所述膨胀涂层由以下成分组成：50-65份的氧化铝、15-25份的二氧化硅、10-15份的环氧树脂以及12-20份的正丁醇。
一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将第一粉体装填至第一模具的第一模芯内，通过压合成型形成第一胚体；
S2、将携带第一胚体的第一模芯转移至喷涂组件，喷涂组件向第一胚体的内侧壁喷出膨胀涂料，在第一胚体的内侧形成中心厚两端薄的膨胀涂层；
S3、将携带第一胚体与膨胀涂层的第一模芯转移至第一烘干室，对膨胀涂层进行烘干定型；
S4、将携带第一胚体与膨胀涂层的第一模芯转移至第二模具位置，将第二粉体装填至膨胀涂层内，并压合后在膨胀涂层内形成第二胚体，第一胚体、膨胀涂层以及第二胚体组合形成软磁铁氧体元件的压胚；
S5、将压胚转移至第一托盘上，并将携带压胚的第一托盘转移至第二烘干室内，对压胚进行排胶烘烤；
S6、将第一托盘和第二托盘压合固定，使得压胚被压合固定在第一托盘和第二托盘内；完成后，将压胚转移至烧结炉内进行烧结。
本发明进一步设置为，所述第一粉体以及第二粉体的生产工艺包括以下步骤：
A1、按照摩尔百分比为47.5-59％的氧化铁、摩尔百分比为39-41％的氧化锰以及摩尔百分比为5-12％的氧化锌，将各组分加入干式球磨机进行一次球磨，完成后进行过筛形成粉状物，控制粉状物直径在4.5-7.5um范围内；
A2、将粉状物按照第一胚体和第二胚体的体积比分为两部分，向第二胚体对应的粉体内加入摩尔百分比为0.3-1％的氧化铜；
完成后分别加入两台湿式球磨机内，加入适量去离子水，进行湿式研磨，然后获得第一浆料和第二浆料，控制平均粒径在0.8-1.2um范围内；
A3、分别向第一浆料和第二浆料内加入8%PVA溶液，搅拌充分混合后进行喷雾造粒；完成后进行过200目筛，从而获得第一粉体和第二粉体。
本发明进一步设置为，所述膨胀涂料的生产工艺包括以下步骤：
B1、将50-65份的氧化铝与15-25份的二氧化硅加入干式研磨机进行研磨，然后过150目筛，从而得到混合粉体；
B2、将混合粉体加入10-15份的环氧树脂以及12-20份的正丁醇，充分搅拌后，从而获得膨胀涂料。
一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产设备，包括依次设置的第一模具、喷涂组件、第一烘干室、第二模具、第二烘干室以及烧结炉；所述生产设备还包括第一托盘与第二托盘；
所述第一模具内设有第一模芯；所述第一模芯用于成型形成第一胚体；
所述喷涂组件用于向第一模芯内的第一胚体的内侧壁喷出膨胀涂料，在第一胚体的内侧形成中心厚两端薄的膨胀涂层；
所述第一烘干室用于将第一胚体内的膨胀涂层进行烘干定型；
所述第二模具用于将在膨胀涂层内形成第二胚体；使得第一胚体、膨胀涂层以及第二胚体组合形成软磁铁氧体元件的压胚；
所述第一托盘用于放置压胚；
所述第二烘干室用于对第一托盘上的压胚进行排胶烘烤；
所述第一托盘和第二托盘压合后将压胚固定；
所述烧结炉对第一托盘和第二托盘之间的压胚进行烧结。
本发明进一步设置为，所述第一模具还包括设于第一模芯底部的第二模芯以及设于第一模芯顶部的第三模芯；
所述第三模芯、第二模芯以及第一模芯之间形成有第一成型腔；所述第二模芯在第一成型腔内设有第一喷嘴；所述第三模芯的底部设有用于伸入第一成型腔的第一压块。
本发明进一步设置为，所述喷涂组件包括支架、设于支架的喷涂底板、升降设于喷涂底板底部的升降底板；所述支架设有用于驱动升降底板升降的驱动件；
所述升降底板与喷涂底板之间转动设有喷涂喷嘴；
所述喷涂喷嘴包括喷涂部以及旋转部；所述喷涂部设于喷涂底板的顶部；所述旋转部的一端转动设于喷涂底板的底部；所述升降底板设有穿孔；所述旋转部的另一端穿设于穿孔；所述旋转部设有螺旋纹；所述穿孔设有与螺旋纹配合的插销；所述喷涂部的侧面设有开口；所述开口的宽度从中部向两端逐步递减。
本发明进一步设置为，所述第二模具包括第四模芯、设于第四模芯底部的第五模芯以及设于第四模芯顶部的第六模芯；
所述第四模芯、第一模芯以及第五模芯之间形成有第二成型腔；所述第六模芯设有用于伸入第二成型腔的第二压块。
本发明的有益效果：本发明在第一胚体和第二胚体之间喷涂形成了膨胀涂层，在烧结过程中，位于第一胚体和第二胚体之间的膨胀涂层会发生膨胀，对第一胚体和第二胚体进行挤压，使得压胚中部致密性较差的部位密度增加，消除压胚成型过程中的致密度差异，提高软磁铁氧体导磁率。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明宽频域软磁铁氧体磁性元件的结构示意图；
图2是本发明宽频域软磁铁氧体磁性元件的结构分解图；
图3是本发明生产设备的结构分解图；
图4是本发明第一模具的结构分解图；
图5是本发明第一模具的截面图；
图6是本发明喷涂组件的结构示意图；
图7是本发明喷涂组件的截面图；
图8是本发明第二模具与第一模芯配合的结构分解图；
图9是本发明第二模具与第一模芯配合的截面图；
其中：11、第一胚体；12、第二胚体；13、膨胀涂层；2、第一模具；21、第一模芯；22、第二模芯；23、第三模芯；24、第一成型腔；25、第一喷嘴；26、第一压块；3、喷涂组件；31、支架；32、喷涂底板；33、升降底板；34、驱动件；35、穿孔；36、插销；4、喷涂喷嘴；41、喷涂部；42、旋转部；43、螺旋纹；44、开口；5、第一烘干室；6、第二模具；61、第四模芯；62、第五模芯；63、第六模芯；64、第二成型腔；65、第二压块；7、第二烘干室；8、烧结炉；91、第一托盘；92、第二托盘。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
由图1至图9可知，本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件，包括第一胚体11与第二胚体12；所述第二胚体12设于第一胚体11内；所述第一胚体11与第二胚体12之间填充有膨胀涂层13；所述膨胀涂层13的厚度从中部向两端逐步递减；
所述第一胚体11的磁导率大于第二胚体12的磁导率；
所述第一胚体11的电阻率小于第二胚体12的电阻率；
所述膨胀涂层13通过烧结后进行膨胀。其中膨胀涂层13可以为现有技术，如专利申请号为CN202011505075.7公开的膨胀材料。
具体地，本实施例在第一胚体11和第二胚体12之间喷涂形成了膨胀涂层13，并且采用模具定型烧结，在烧结过程中，位于第一胚体11和第二胚体12之间的膨胀涂层13会发生膨胀，对第一胚体11和第二胚体12进行挤压，使得压胚中部致密性较差的部位密度增加，消除压胚成型过程中的致密度差异，提高软磁铁氧体导磁率；由于压胚的致密度是从中部向两端逐步降低的，因此膨胀涂层13的厚度也是从中部向两端逐步减小的，以使得膨胀涂层13的膨胀挤压量与压胚的致密度相匹配，使压胚在烧结后获得均匀的密度分布。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件，所述第一胚体11由以下成分组成：摩尔百分比为47.5-59％的氧化铁、摩尔百分比为39-41％的氧化锰以及摩尔百分比为5-12％的氧化锌；
所述第二胚体12由以下成分组成：摩尔百分比为47.5-59％的氧化铁、摩尔百分比为39-41％的氧化锰、摩尔百分比为5-12％的氧化锌以及摩尔百分比为0.3-1％的氧化铜。具体地，第一胚体11和第二胚体12为相同材料也可作为一组实施例。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件，所述膨胀涂层13由以下成分组成：50-65份的氧化铝、15-25份的二氧化硅、10-15份的环氧树脂以及12-20份的正丁醇。具体地，在烧结过程中，位于第一胚体11和第二胚体12之间的膨胀涂层13内的氧化铝和二氧化硅会发生膨胀，对第一胚体11和第二胚体12进行挤压，使得压胚中部致密性较差的部位密度增加，消除压胚成型过程中的致密度差异，提高软磁铁氧体导磁率。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将第一粉体装填至第一模具2的第一模芯21内，通过压合成型形成第一胚体11；
S2、将携带第一胚体11的第一模芯21转移至喷涂组件3上方，并下探至第一胚体11套入喷涂喷嘴4外侧，喷涂喷嘴4向第一胚体11的内侧壁旋转喷出膨胀涂料，形成中心厚，两端薄的膨胀涂层13；控制厚膜区干膜厚度35-55um，薄膜区干膜厚度15-20um；
S3、将携带第一胚体11与膨胀涂层13的第一模芯21转移至第一烘干室5，对膨胀涂层13进行烘干定型；烘干温度80-95℃，烘干时间2h；
S4、将携带第一胚体11与膨胀涂层13的第一模芯21转移至第二模具6位置，将第二粉体装填至膨胀涂层13内，并压合后在膨胀涂层13内形成第二胚体12，第一胚体11、膨胀涂层13以及第二胚体12组合形成软磁铁氧体元件的压胚；
S5、将压胚转移至第一托盘91上，并将携带压胚的第一托盘91转移至第二烘干室7内，对压胚进行排胶烘烤；其中烘烤温度400-450℃，升温速率3℃/min，烘烤时间3.5h，烘烤气体为氮气保护气体，控制氧分压在10%以下；以便压胚内的挥发性气体排出，防止烧结过程中由于第一托盘91和第二壁托盘的侧壁阻挡，在压胚内形成气孔；
S6、将第一托盘91和第二托盘92压合固定，使得压胚被压合固定在第一托盘91和第二托盘92内；完成后，将压胚转移至烧结炉8内进行烧结。其中烧结温度1300℃-1350℃，升温速率2.5℃/min，烧结气体为氮气保护气体，控制氧分压在4.5%以下；升温至烧结温度后保温4-5h，冷却速率控制在3℃/min；冷却出炉即得到永磁铁氧体元件成品。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产工艺，所述第一粉体以及第二粉体的生产工艺包括以下步骤：
A1、按照摩尔百分比为47.5-59％的氧化铁、摩尔百分比为39-41％的氧化锰以及摩尔百分比为5-12％的氧化锌，将各组分加入干式球磨机进行一次球磨3h，完成后进行过筛形成粉状物，控制粉状物直径在4.5-7.5um范围内；
A2、将粉状物按照第一胚体11和第二胚体12的体积比分为两部分，向第二胚体12对应的粉体内加入摩尔百分比为0.3-1％的氧化铜；
完成后分别加入两台湿式球磨机内，加入适量去离子水，进行湿式研磨5.5h，然后获得第一浆料和第二浆料，控制平均粒径在0.8-1.2um范围内；
A3、分别向第一浆料和第二浆料内加入8%PVA溶液，搅拌0.5h充分混合后进行喷雾造粒；完成后进行过200目筛，从而获得第一粉体和第二粉体。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产工艺，所述膨胀涂料的生产工艺包括以下步骤：
B1、将50-65份的氧化铝与15-25份的二氧化硅加入干式研磨机进行研磨1.5h，然后过150目筛，从而得到混合粉体；
B2、将混合粉体加入10-15份的环氧树脂以及12-20份的正丁醇，充分搅拌0.5h后，从而获得膨胀涂料。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产设备，包括依次设置的第一模具2、喷涂组件3、第一烘干室5、第二模具6、第二烘干室7以及烧结炉8；所述生产设备还包括第一托盘91与第二托盘92；
所述第一模具2内设有第一模芯21；所述第一模芯21用于成型形成第一胚体11；
所述喷涂组件3用于向第一模芯21内的第一胚体11的内侧壁喷出膨胀涂料，在第一胚体11的内侧形成中心厚两端薄的膨胀涂层13；
所述第一烘干室5用于将第一胚体11内的膨胀涂层13进行烘干定型；
所述第二模具6用于将在膨胀涂层13内形成第二胚体12；使得第一胚体11、膨胀涂层13以及第二胚体12组合形成软磁铁氧体元件的压胚；
所述第一托盘91用于放置压胚；
所述第二烘干室7用于对第一托盘91上的压胚进行排胶烘烤；
所述第一托盘91和第二托盘92压合后将压胚固定；
所述烧结炉8对第一托盘91和第二托盘92之间的压胚进行烧结。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产设备，所述第一模具2还包括设于第一模芯21底部的第二模芯22以及设于第一模芯21顶部的第三模芯23；
所述第三模芯23、第二模芯22以及第一模芯21之间形成有第一成型腔24；所述第二模芯22在第一成型腔24内设有第一喷嘴25；所述第三模芯23的底部设有用于伸入第一成型腔24的第一压块26。
具体地，在第一模芯21成型第一胚体11的时候，通过将第三模芯23、第二模芯22以及第一模芯21合模，从而形成第一成型腔24，通过在第一喷嘴25向第一成型腔24注入第一粉体，从而配合第一压块26形成第一胚体11。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产设备，所述喷涂组件3包括支架31、设于支架31的喷涂底板32、升降设于喷涂底板32底部的升降底板33；所述支架31设有用于驱动升降底板33升降的驱动件34；
所述升降底板33与喷涂底板32之间转动设有喷涂喷嘴4；
所述喷涂喷嘴4包括喷涂部41以及旋转部42；所述喷涂部41设于喷涂底板32的顶部；所述旋转部42的一端转动设于喷涂底板32的底部；所述升降底板33设有穿孔35；所述旋转部42的另一端穿设于穿孔35；所述旋转部42设有螺旋纹43；所述穿孔35设有与螺旋纹43配合的插销36；所述喷涂部41的侧面设有开口44；所述开口44的宽度从中部向两端逐步递减。
具体地，将第一模芯21移动至喷涂底板32的顶部，并下探直至第一胚体11套入喷涂喷嘴4的喷涂部41的外侧，喷涂部41向第一胚体11的内侧壁喷出膨胀涂料，在喷涂的过程中，驱动件34带动升降底板33进行升降，从而使得旋转部42以及喷涂部41沿着螺旋纹43的形状进行旋转，从而使得喷涂部41向第一胚体11的内侧壁旋转喷出膨胀涂料。
本实施例所述的一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产设备，所述第二模具6包括第四模芯61、设于第四模芯61底部的第五模芯62以及设于第四模芯61顶部的第六模芯63；
所述第四模芯61、第一模芯21以及第五模芯62之间形成有第二成型腔64；所述第六模芯63设有用于伸入第二成型腔64的第二压块65。
具体地，第一模芯21移动至第四模芯61与第五模芯62之间，第四模芯61、第一模芯21内的膨胀涂层13以及第五模芯62之间形成有第二成型腔64，通过将第二粉体装填至第二成型腔64内，并通过第二压块65压合从而形成第二胚体12。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (4)
1.一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产工艺，其特征在于：
所述宽频域软磁铁氧体磁性元件包括第一胚体与第二胚体；所述第二胚体设于第一胚体内；所述第一胚体与第二胚体之间填充有膨胀涂层；所述膨胀涂层的厚度从中部向两端逐步递减；
所述第一胚体的磁导率大于第二胚体的磁导率；
所述第一胚体的电阻率小于第二胚体的电阻率；
所述膨胀涂层通过烧结后进行膨胀；
生产工艺包括以下步骤：
S1、将第一粉体装填至第一模具的第一模芯内，通过压合成型形成第一胚体；
S2、将携带第一胚体的第一模芯转移至喷涂组件，喷涂组件向第一胚体的内侧壁喷出膨胀涂料，在第一胚体的内侧形成中心厚两端薄的膨胀涂层；
S3、将携带第一胚体与膨胀涂层的第一模芯转移至第一烘干室，对膨胀涂层进行烘干定型；
S4、将携带第一胚体与膨胀涂层的第一模芯转移至第二模具位置，将第二粉体装填至膨胀涂层内，并压合后在膨胀涂层内形成第二胚体，第一胚体、膨胀涂层以及第二胚体组合形成软磁铁氧体元件的压胚；
S5、将压胚转移至第一托盘上，并将携带压胚的第一托盘转移至第二烘干室内，对压胚进行排胶烘烤；
S6、将第一托盘和第二托盘压合固定，使得压胚被压合固定在第一托盘和第二托盘内；完成后，将压胚转移至烧结炉内进行烧结。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所述第一粉体以及第二粉体的生产工艺包括以下步骤：
A1、按照摩尔百分比为47.5-59％的氧化铁、摩尔百分比为39-41％的氧化锰以及摩尔百分比为5-12％的氧化锌，将各组分加入干式球磨机进行一次球磨，完成后进行过筛形成粉状物，控制粉状物直径在4.5-7.5um范围内；
A2、将粉状物按照第一胚体和第二胚体的体积比分为两部分，向第二胚体对应的粉体内加入摩尔百分比为0.3-1％的氧化铜；
完成后分别加入两台湿式球磨机内，加入适量去离子水，进行湿式研磨，然后获得第一浆料和第二浆料，控制平均粒径在0.8-1.2um范围内；
A3、分别向第一浆料和第二浆料内加入8%PVA溶液，搅拌充分混合后进行喷雾造粒；完成后进行过200目筛，从而获得第一粉体和第二粉体。
3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所述膨胀涂料的生产工艺包括以下步骤：
B1、将50-65份的氧化铝与15-25份的二氧化硅加入干式研磨机进行研磨，然后过150目筛，从而得到混合粉体；
B2、将混合粉体加入10-15份的环氧树脂以及12-20份的正丁醇，充分搅拌后，从而获得膨胀涂料。
4.一种宽频域软磁铁氧体磁性元件的生产设备，其特征在于：包括依次设置的第一模具、喷涂组件、第一烘干室、第二模具、第二烘干室以及烧结炉；所述生产设备还包括第一托盘与第二托盘；
所述第一模具内设有第一模芯；所述第一模芯用于成型形成第一胚体；
所述喷涂组件用于向第一模芯内的第一胚体的内侧壁喷出膨胀涂料，在第一胚体的内侧形成中心厚两端薄的膨胀涂层；
所述第一烘干室用于将第一胚体内的膨胀涂层进行烘干定型；
所述第二模具用于将在膨胀涂层内形成第二胚体；使得第一胚体、膨胀涂层以及第二胚体组合形成软磁铁氧体元件的压胚；
所述第一托盘用于放置压胚；
所述第二烘干室用于对第一托盘上的压胚进行排胶烘烤；
所述第一托盘和第二托盘压合后将压胚固定；
所述烧结炉对第一托盘和第二托盘之间的压胚进行烧结；
所述第一模具还包括设于第一模芯底部的第二模芯以及设于第一模芯顶部的第三模芯；
所述第三模芯、第二模芯以及第一模芯之间形成有第一成型腔；所述第二模芯在第一成型腔内设有第一喷嘴；所述第三模芯的底部设有用于伸入第一成型腔的第一压块；
所述喷涂组件包括支架、设于支架的喷涂底板、升降设于喷涂底板底部的升降底板；所述支架设有用于驱动升降底板升降的驱动件；
所述升降底板喷与涂底板之间转动设有喷涂喷嘴；
所述喷涂喷嘴包括喷涂部以及旋转部；所述喷涂部设于喷涂底板的顶部；所述旋转部的一端转动设于喷涂底板的底部；所述升降底板设有穿孔；所述旋转部的另一端穿设于穿孔；所述旋转部设有螺旋纹；所述穿孔设有与螺旋纹配合的插销；所述喷涂部的侧面设有开口；所述开口的宽度从中部向两端逐步递减；
所述第二模具包括第四模芯、设于第四模芯底部的第五模芯以及设于第四模芯顶部的第六模芯；
所述第四模芯、第一模芯以及第五模芯之间形成有第二成型腔；所述第六模芯设有用于伸入第二成型腔的第二压块。
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