TWI680475B

TWI680475B - 極異方磁環的製造方法

Info

Publication number: TWI680475B
Application number: TW108120306A
Authority: TW
Inventors: 郭明峯; Ming-Feng Kuo; 洪永熊; Yung-Hsiung Hung; 黃靖謙; Ching-Chien Huang
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司; China Steel Corporation
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2019-12-21
Also published as: TW202046350A

Abstract

一種極異方磁環的製造方法，包含步驟：提供一磁粉漿料，該磁粉漿料包括液體及固體，該磁粉漿料的固體含量為65±5%，該磁粉漿料以重量百分比計包括下列固體：氧化矽0.1至0.5%、碳酸鈣0.1至1.0%、氧化鈷0.1至1.0%、碳酸鍶0.1至1.0%，其餘以標準鍶系鐵氧體煆燒料補足至65±5%；將該磁粉漿料注入一環形模具，對該環形模具中的磁粉漿料施加一第一磁場，以形成一第一胚體，該第一磁場的磁化強度為10000奧以上；及對該第一胚體依序進行一烘乾造粒過程、一沖壓配向過程及一燒結過程，以形成一極異方磁環。

Description

極異方磁環的製造方法

本發明係關於一種磁性件製造方法，特別是關於一種藉由濕式製程進行預配向的極異方磁環製造方法。

永磁鐵氧體材料的模具設計簡單，且生產速度快，並具有低渦流損、高居禮溫度及耐氧化等優點，因產品性價比高，現已成為使用最為廣泛的永磁材料，應用領域涵蓋各類電子及電機產品。

在節能意識高漲下，高效能直流無刷(BLDC)馬達(或稱電機)需求日益升高。其中，高特性永磁鐵氧體材料為馬達中的關鍵材料，例如：一般BLDC馬達轉子大多使用瓦型磁石貼片組裝(segment magnet)或輻射異方環型磁石。

然而，貼片組裝工序複雜，且易造成轉子平衡性不佳；另，如第1圖所示，習知輻射異方磁環9的表面磁通分佈非標準正弦波，如作為馬達轉子會在運轉時造成磁石與定子間產生頓轉轉矩，進而導致振動與噪音。

相較於上述兩種磁石，極異方環型燒結鐵氧體磁石為多極充磁之一體成型磁石，如第2圖所示，習知極異方磁環8的磁極間的磁通量會以拱形路徑由N極到S極，且由於表面充磁的緣故，磁石之表面磁通量密度分佈接近正弦波，在電機運轉設計上具有較小頓轉轉矩，可有效降低運轉振動及噪音。

此外，由於極異方磁環具有較高表面磁通密度及總磁通量，一般而言，極異方磁環的表面磁通量高於輻射異方磁環的表面磁通量達1.5倍以上，故極異方磁環可獲較佳電機輸出效率，因而廣為使用在性能要求高的產品，如空調室內機風扇馬達或步進馬達等。

在習知極異方磁環的製作過程中，鐵氧體磁特性中的矯頑磁力與研磨粒徑大小息息相關，理論上越接近單磁區尺寸條件(~0.3μm)，磁石越可獲得最佳矯頑磁力特性。然而，磁粉粒徑小於0.6μm時會導致漿料成型時排水性不佳，因而習知永磁鐵氧體微粉碎製程通常控制在0.7μm以上，以便兼顧製程良率與磁石成品特性。

有別於瓦片成型磁石，習知極異方磁石為環狀磁石，且成型時的填料深度較深，若要將0.7μm細微粉材均勻填入模穴將有一定難度，容易導致成型後的生胚上、下部位密度不均，因而影響燒結良率。

舉例而言，如第3圖所示，習知極異方磁環製造方法通常可包括一備料步驟S81、一乾式預配向步驟S82及一後製步驟S83，例如：微粉碎後的磁粉會先經過造粒製程，再填入模穴中完成多極配向製程，為了增加造粒後的磁粉內部磁矩為有序排列，在造粒前通常會增加一次配向(或稱預配向)。然而，習知極異方磁石的一次配向階段採用乾式配向造粒製程，此製程不僅工序繁雜，且乾式製程會造成磁粉間的摩擦力過高，不利於改善磁石表面的磁通特性，仍待改善。

有鑑於此，有必要提供一種有別以往的技術方案，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之一目的在於提供一種極異方磁環製造方法，其係利用濕式製程進行預配向，以便降低磁粉間的摩擦力，進而提升磁環表面的磁通特性。

為達上述之目的，本發明提供一種極異方磁環製造方法，包含步驟：一備料步驟，提供一磁粉漿料，該磁粉漿料包括液體及固體，該磁粉漿料的固體含量為65±5%，該磁粉漿料以重量百分比計包括下列固體：氧化矽0.1至0.5%、碳酸鈣0.1至1.0%、氧化鈷0.1至1.0%、碳酸鍶0.1至1.0%，其餘以標準鍶系鐵氧體煆燒料補足至65±5%；一濕式預配向步驟，將該磁粉漿料注入一環形模具，對該環形模具中的磁粉漿料施加一第一磁場，以形成一第一胚體，該第一磁場的磁化強度為10000奧(Oe)以上；及一後製步驟，對該第一胚體依序進行一烘乾造粒過程、一沖壓配向過程及一燒結過程，以形成一極異方磁環。

在本發明之一實施例中，在該濕式預配向步驟中，該磁粉漿料先被添加一黏結劑再被施加該第一磁場，該黏結劑的黏度小於10cP且分子量小於50000。

在本發明之一實施例中，該黏結劑可為聚乙烯醇黏結劑。

在本發明之一實施例中，在該濕式預配向步驟中，在該第一磁場被施加時，可對該環形模具中的磁粉漿料施加一壓力，使該第一胚體的密度可介於2.1至3.0克/立方公分。

在本發明之一實施例中，該第一胚體的密度可介於2.3至2.7克/立方公分。

在本發明之一實施例中，在該備料步驟中，該標準鍶系鐵氧體煆燒料可經過一濕式球磨過程，在該濕式球磨過程中，可加入氧化矽、碳酸鈣、氧化鈷及碳酸鍶。

在本發明之一實施例中，在該濕式球磨過程中，該標準鍶系鐵氧體煆燒料被球磨為數個球體，該球體的外徑可介於0.6至0.8微米。

在本發明之一實施例中，在該烘乾造粒過程中，將該第一胚體烘乾後可解碎成數個第二碎料，依據一期望粒度篩取該第二碎料中的一部分作為數個第三粒體。

在本發明之一實施例中，在該沖壓配向過程中，將該第三粒體沖壓形成一第四環體，對該第四環體可施加一第二磁場，使該第四環體具備數個徑向磁極，該第二磁場的磁化強度不小於10000奧。

在本發明之一實施例中，在該燒結過程中，使該第四環體可介於攝氏1230至1245度的一燒結環境且持溫至少一小時，以形成該極異方磁環。

本發明上述極異方磁環的製造方法可改善習知乾式製程工序繁雜的缺點，利用更為簡便的濕式預配向過程，即可克服習知乾式製程造成磁粉間的摩擦力過高問題，使得本發明上述實施例的製造方法製成的產品的磁石特性明顯優於習知製程，例如：在相同成分配方基礎上，採用本發明製成的產品的磁石配向度較高且有效提升表面磁通密度達10%以上。因此，本發明上述實施例可以達到獲得較佳電機輸出效率等功效，有利於廣為使用在性能要求高的產品，如空調室內機風扇馬達或步進馬達等。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第4圖所示，本發明一實施例之極異方磁環的製造方法，可包含步驟：一備料步驟S1、一濕式預配向步驟S2及一後製步驟S3。舉例說明如下，惟不以此為限。

舉例而言，如第4圖所示，在該備料步驟S1中，可提供一磁粉漿料，例如：該磁粉漿料包括液體及固體，該磁粉漿料的固體含量為65±5%，該磁粉漿料以重量百分比計包括下列固體：氧化矽(SiO2)0.1至0.5%、碳酸鈣(CaCO3)0.1至1.0%、氧化鈷(CoO)0.1至1.0%、碳酸鍶(SrCO3)0.1至1.0%，其餘以標準鍶系鐵氧體煆燒料補足至65±5%。

在一實施例中，在該備料步驟S1中，該標準鍶系鐵氧體煆燒料經過一濕式球磨過程，在該濕式球磨過程中，加入氧化矽、碳酸鈣、氧化鈷及碳酸鍶，例如：在該濕式球磨過程中，該標準鍶系鐵氧體煆燒料可被球磨為數個球體，該球體的外徑可介於0.6至0.8微米(μm)，例如：0.60、0.65、0.70、0.75、0.80微米等，惟不以此為限。藉此，可避免磁粉粒徑小於0.6μm時會導致漿料成型時排水性不佳，以便兼顧製程良率與磁石成品特性。

如第4圖所示，在該濕式預配向步驟S2中，可將該磁粉漿料注入一環形模具，例如：模穴相應於磁環成品的模具，可對該環形模具中的磁粉漿料施加一第一磁場，以形成一第一胚體，該第一磁場的磁化強度為10000奧(Oe)以上，例如：11000、12000、13000、15000、17000、20000奧等，惟不以此為限。

在一實施例中，在該濕式預配向步驟S2中，在該第一磁場被施加時，還可對該環形模具中的磁粉漿料施加一壓力，使該第一胚體的密度可介於2.1至3.0克/立方公分(g/cm ³)，例如：2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9等，該第一胚體的密度還可進一步介於2.3至2.7 g/cm ³，例如：2.33、2.35、2.37、2.42、2.45、2.48、2.51、2.53、2.55、2.57、2.59、2.63、2.65、2.67等，以利進一步提升磁環特性。

在一實施例中，在該濕式預配向步驟S2中，該磁粉漿料可先被添加一黏結劑再被施加該第一磁場，該黏結劑的黏度小於10cP(dyne-S/cm ²)且分子量小於50000，例如：黏度為5、6、7、8、9、9.5等，且分子量為25000、30000、35000、40000、45000等，例如：該黏結劑可選為聚乙烯醇(PVA)黏結劑等，以利取得方便及降低製造成本。藉此，可利用低黏度且低聚合的黏結劑輔助提高後續造粒後的材料顆粒強度。

如第4圖所示，在該後製步驟S3中，可對該第一胚體依序進行一烘乾造粒過程、一沖壓配向過程及一燒結過程，以形成一極異方磁環，舉例說明如下。

舉例而言，在該烘乾造粒過程中，將該第一胚體烘乾後解碎成數個第二碎料，依據一期望粒度篩取該第二碎料中的一部分作為數個第三粒體，例如：可利用搖擺整粒機等設備進行解碎，並經篩網過篩以獲取所需粒度，所得造粒磁粉例如可依國際IEC 404-5、日本JIS C2501、2502磁石特性檢驗標準分析磁特性；另外，還能以例如矩形度(H _k/H _cj比值)判定配向程度優劣。藉此，可將該第一胚體烘乾後解碎，取得適當尺寸顆粒，以利進行後續製程。

另，在該沖壓配向過程中，將該第三粒體沖壓形成一第四環體，對該第四環體施加一第二磁場，使該第四環體具備數個徑向磁極，該第二磁場的磁化強度不小於10000奧，例如：10000、11000、12000、13000、15000等，惟不以此為限。藉此，可將該粒體壓成環體，以便第二次進行充磁配向過程，以利產生多個磁級的磁環。

又，在該燒結過程中，使該第四環體介於攝氏1230至1245度的一燒結環境且持溫至少一小時，例如：可依需求處於1231、1235、1237、1239、1241、1245℃等溫度且持溫1小時等，惟不以此為限，溫度及時間還可依實際需求進行微調，以形成上述極異方磁環實施例。藉此，可將已產生多個磁級的磁環進一步經過燒結而定型，後續可再進一步分析表面磁通特性。

以下舉例說明依照本發明上述實施例製成的樣品的實驗結果，樣品1為依據本發明上述實施例的濕式預配向過程製成的極異方磁環樣品，樣品2為依據習知乾式預配向過程製成的極異方磁環樣品，該些磁環樣品1、2特研成粉進行比較。舉例而言，樣品1的生產流程大致為：原料粉體製程è濕式預配向製程è烘乾造粒製程è沖壓成型及多級配向è燒結è研磨è充磁測試，其細節如上所述，最終成型之磁石樣品1為φ 30.2毫米(mm) × φ 21.1 mm × t 25.1 mm的24極環型磁石樣品；樣品2與樣品1使用相同配方，差異在於：樣品1採用本發明上述實施例的濕式預配向過程製成，樣品2採用習知乾式預配向過程製成。樣品2的生產流程大致為：原料粉體製程è濾水、烘乾、解碎è乾粉預配向製程è造粒製程è沖壓成型及多極配向è燒結è研磨è充磁測試，最終成型之磁石樣品2同樣為φ 30.2毫米(mm) × φ 21.1 mm × t 25.1 mm的24極環型磁石樣品。

表1 造粒磁粉特性及多極磁石表磁特性比較表

	B _r(G)	bH _c(Oe)	iH _c(Oe)	(BH) _m(MGOe)	(H _k/H _cj)	表面磁通密度(G)
樣品1 (本發明)	3651	3013	3308	3.082	0.88	2250
樣品2 (習知)	3591	2932	3280	2.970	0.80	2045

其中，樣品1與樣品2的造粒磁粉特性及多極磁石表磁特性係如表1所示，樣品1、樣品2的表磁特性曲線如第5圖所示的D1、D2。從表1及第5圖中的表磁特性曲線D1、D2可知，本發明上述實施例製成的磁環樣品的磁性特徵明顯優於習知磁環樣品的磁性特徵，例如：本發明上述實施例製成的磁環樣品的配向度可達0.88以上(優於習知的0.80)、表面磁通密度可達2250G(優於習知的2045G)。

本發明上述實施例與習知製程製作的磁環樣品在相同配方基礎上，本發明可有效提升極異方磁環的表面磁通密度達10%以上，且本發明的產品配向度高於習知產品。因此，本發明的產品與習知產品相較可獲較佳電機輸出效率，有利於廣為使用在性能要求高的產品，如空調室內機風扇馬達或步進馬達等。

再者，本發明上述實施例的極異方磁環的製造方法可改善習知製程工序繁雜的缺點，利用更為簡便的濕式預配向過程，即可克服習知乾式製程造成磁粉間的摩擦力過高問題，使得本發明上述實施例的製造方法製成的產品的磁石特性明顯優於習知製程，例如：在相同成分配方基礎上，採用本發明製成的產品的磁石配向度較高且有效提升表面磁通密度達10%以上。

因此，本發明上述實施例與習知製程相較可以獲得較佳電機輸出效率，有利於廣為使用在性能要求高的產品，如空調室內機風扇馬達或步進馬達等，有利於提升電機整體品質及客戶體驗滿意度。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

9‧‧‧輻射異方磁環

8‧‧‧極異方磁環

D1‧‧‧曲線

D2‧‧‧曲線

N‧‧‧磁極

S‧‧‧磁極

S1‧‧‧備料步驟

S2‧‧‧濕式預配向步驟

S3‧‧‧後製步驟

S81‧‧‧備料步驟

S82‧‧‧乾式預配向步驟

S83‧‧‧後製步驟

［第1圖］：習知輻射異方磁環的表面磁通分佈示意圖。
［第2圖］：習知極異方磁環的表面磁通分佈示意圖。
［第3圖］：習知極異方磁環的製造方法之流程方塊圖。
［第4圖］：本發明一實施例之極異方磁環的製造方法之流程方塊圖。
［第5圖］：本發明製造的極異方磁環與習知方法製造的極異方磁環之表磁特性曲線示意圖。

Claims

一種極異方磁環的製造方法，包含步驟：
一備料步驟，提供一磁粉漿料，該磁粉漿料包括液體及固體，該磁粉漿料的固體含量為65±5%，該磁粉漿料以重量百分比計包括下列固體：氧化矽0.1至0.5%、碳酸鈣0.1至1.0%、氧化鈷0.1至1.0%、碳酸鍶0.1至1.0%，其餘以標準鍶系鐵氧體煆燒料補足至65±5%；
一濕式預配向步驟，將該磁粉漿料注入一環形模具，對該環形模具中的磁粉漿料施加一第一磁場，以形成一第一胚體，該第一磁場的磁化強度為10000奧以上；及
一後製步驟，對該第一胚體依序進行一烘乾造粒過程、一沖壓配向過程及一燒結過程，以形成一極異方磁環。
如申請專利範圍第1項所述之極異方磁環的製造方法，其中在該濕式預配向步驟中，該磁粉漿料先被添加一黏結劑再被施加該第一磁場，該黏結劑的黏度小於10cP且分子量小於50000。
如申請專利範圍第2項所述之極異方磁環的製造方法，其中該黏結劑為聚乙烯醇黏結劑。
如申請專利範圍第1項所述之極異方磁環的製造方法，其中在該濕式預配向步驟中，在該第一磁場被施加時，對該環形模具中的磁粉漿料施加一壓力，使該第一胚體的密度介於2.1至3.0克/立方公分。
如申請專利範圍第4項所述之極異方磁環的製造方法，其中該第一胚體的密度介於2.3至2.7克/立方公分。
如申請專利範圍第1項所述之極異方磁環的製造方法，其中在該備料步驟中，該標準鍶系鐵氧體煆燒料經過一濕式球磨過程，在該濕式球磨過程中，加入氧化矽、碳酸鈣、氧化鈷及碳酸鍶。
如申請專利範圍第6項所述之極異方磁環的製造方法，其中在該濕式球磨過程中，該標準鍶系鐵氧體煆燒料被球磨為數個球體，該球體的外徑介於0.6至0.8微米。
如申請專利範圍第1項所述之極異方磁環的製造方法，其中在該烘乾造粒過程中，將該第一胚體烘乾後解碎成數個第二碎料，依據一期望粒度篩取該第二碎料中的一部分作為數個第三粒體。
如申請專利範圍第8項所述之極異方磁環的製造方法，其中在該沖壓配向過程中，將該第三粒體沖壓形成一第四環體，對該第四環體施加一第二磁場，使該第四環體具備數個徑向磁極，該第二磁場的磁化強度不小於10000奧。
如申請專利範圍第9項所述之極異方磁環的製造方法，其中在該燒結過程中，使該第四環體介於攝氏1230至1245度的一燒結環境且持溫至少一小時，以形成該極異方磁環。