锰锌功率铁氧体产品的裂纹分析
2010-02-23 10:46:11
来源：《磁性元件与电源》2010年2月刊
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1 引言
MnZn功率铁氧体生产已有70多年，由于其良好的电磁性能，在通讯、网络、家电以及汽车电子等领域得到广泛的应用。铁氧体产品多用于制造变压器、电感器、扼流圈等，其形状设计均为非普通的陶瓷平板状，而多为“E”、“日”等具有明显转折角的复杂型，在铁氧体的生产常出现裂纹的现象，严重影响产品的电磁性能，且铁氧体磁芯裂纹在烧结之前用肉眼无法分辨，对生产效率影响极大。铁氧体的开裂是由于坯件内挥发物不能及时的挥发产生内部应力过大所致，通过对粉料的胶含量、均匀性进行控制和对烧结工艺曲线进行适应粉体的调整，可以避免铁氧体裂纹的形成。
2 实验与分析
2.1 开裂现象
锰锌铁氧体的开裂工艺问题，在烧结之前较难判定，烧结后可发现产品的倒角转折处或中间部位有明显裂纹，见图1。
锰锌铁氧体属于脆性材料，裂纹的存在使产品机械强度变差，电气性能恶化，用到变压器或电感器上，会因温升导致磁芯的断裂，致使元器件完全失效，无法使用，为此必须对此种工艺问题进行攻克。
2.2 实验
2.2.1 EF25坯体内的PVA排胶典型曲线见图2
从图2可以看出，此坯体在270℃有一峰谷，表明此时的PVA燃烧挥发最激烈。实验一对以上EF25生坯从室温至400℃用两种不同的升温速率进行处理，用低的升温速率(1K/min)加热得到样品A，用高的升温速率(3K/min)加热得到样品B，将样品A和样品B同时放到隧道窑进行烧结，在显微镜下发现样品A没有裂纹，而样品B可看到裂纹，和图1一样。
2.2.2 颗粒料K1和K2为不同工艺控制条件下生产的粉料，测其胶体排胶曲线的差异，如图3。
从图3中可知：K1粉料在350℃已基本排完胶，K2的粉料需到400℃才停止挥发；在230-300~℃曲线斜率K2要陡于Kl；实验二为用K1粉料和K2粉料压制成产品EF25，得到样品C和样品D，用同样的升温速率(1K/min)进行加热并放到隧道窑进行烧结，在显微镜下发现样品C没有裂纹，而样品D可看到裂纹。
2.2.3 有两种粉料：其形貌不同、团聚状况不同，如图4。
用此两种粉料压制成EF25，得到样品E（苹果型）和样品F（球型），放在同样的烧结窑进行烧结，结果发现样品E有裂纹，而样品F没有裂纹。
2.3 结果与讨论
2.3.1 从图2可知颗粒料PVA的挥发特性集中挥发区为250-350℃，当粉料中PVA的含量不同或PVA添加工艺不同，会使粉料的PVA挥发曲线发生偏移，特别是工艺的波动导致PVA挥发的不同，烧结时不能在给定温度范围内挥发的产品会产生开裂，纯PVA在标准大气压下230℃会发生分解，分解出的各生成物在此温度下会急剧挥发；在此阶段必须对升温速率进行严格控制，给挥发物留足够的时间。坯件的排胶需要一定的温度及在相应温度下的挥发时间，为此烧结工艺曲线设计时应考虑此方面的影响，当产品规格较大、坯件堆叠较多时，应将200-400℃升温速率尽量放缓，并在此排胶的最猛烈区设定一定的保温时间，以较好的排完胶体，避免开裂，且要针对PVA的挥发
MnZn功率铁氧体生产已有70多年，由于其良好的电磁性能，在通讯、网络、家电以及汽车电子等领域得到广泛的应用。铁氧体产品多用于制造变压器、电感器、扼流圈等，其形状设计均为非普通的陶瓷平板状，而多为“E”、“日”等具有明显转折角的复杂型，在铁氧体的生产常出现裂纹的现象，严重影响产品的电磁性能，且铁氧体磁芯裂纹在烧结之前用肉眼无法分辨，对生产效率影响极大。铁氧体的开裂是由于坯件内挥发物不能及时的挥发产生内部应力过大所致，通过对粉料的胶含量、均匀性进行控制和对烧结工艺曲线进行适应粉体的调整，可以避免铁氧体裂纹的形成。
2 实验与分析
2.1 开裂现象
锰锌铁氧体的开裂工艺问题，在烧结之前较难判定，烧结后可发现产品的倒角转折处或中间部位有明显裂纹，见图1。
锰锌铁氧体属于脆性材料，裂纹的存在使产品机械强度变差，电气性能恶化，用到变压器或电感器上，会因温升导致磁芯的断裂，致使元器件完全失效，无法使用，为此必须对此种工艺问题进行攻克。
2.2 实验
2.2.1 EF25坯体内的PVA排胶典型曲线见图2
从图2可以看出，此坯体在270℃有一峰谷，表明此时的PVA燃烧挥发最激烈。实验一对以上EF25生坯从室温至400℃用两种不同的升温速率进行处理，用低的升温速率(1K/min)加热得到样品A，用高的升温速率(3K/min)加热得到样品B，将样品A和样品B同时放到隧道窑进行烧结，在显微镜下发现样品A没有裂纹，而样品B可看到裂纹，和图1一样。
2.2.2 颗粒料K1和K2为不同工艺控制条件下生产的粉料，测其胶体排胶曲线的差异，如图3。
从图3中可知：K1粉料在350℃已基本排完胶，K2的粉料需到400℃才停止挥发；在230-300~℃曲线斜率K2要陡于Kl；实验二为用K1粉料和K2粉料压制成产品EF25，得到样品C和样品D，用同样的升温速率(1K/min)进行加热并放到隧道窑进行烧结，在显微镜下发现样品C没有裂纹，而样品D可看到裂纹。
2.2.3 有两种粉料：其形貌不同、团聚状况不同，如图4。
用此两种粉料压制成EF25，得到样品E（苹果型）和样品F（球型），放在同样的烧结窑进行烧结，结果发现样品E有裂纹，而样品F没有裂纹。
2.3 结果与讨论
2.3.1 从图2可知颗粒料PVA的挥发特性集中挥发区为250-350℃，当粉料中PVA的含量不同或PVA添加工艺不同，会使粉料的PVA挥发曲线发生偏移，特别是工艺的波动导致PVA挥发的不同，烧结时不能在给定温度范围内挥发的产品会产生开裂，纯PVA在标准大气压下230℃会发生分解，分解出的各生成物在此温度下会急剧挥发；在此阶段必须对升温速率进行严格控制，给挥发物留足够的时间。坯件的排胶需要一定的温度及在相应温度下的挥发时间，为此烧结工艺曲线设计时应考虑此方面的影响，当产品规格较大、坯件堆叠较多时，应将200-400℃升温速率尽量放缓，并在此排胶的最猛烈区设定一定的保温时间，以较好的排完胶体，避免开裂，且要针对PVA的挥发
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