[实用新型]用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉

说明书

技术领域

本实用新型主要涉及到软磁铁氧体烧结设备领域，特指一种用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，可适用于二垛～十六垛(二垛、四垛、八垛、十六垛)的钟罩式电阻炉。

背景技术

铁氧体可以看作是一种以铁为主要成分的材料，它是由磁铁矿(Fe²⁺O·Fe₂³⁺O₃)用二价金属离子取代其中的Fe²⁺之后形成的。在晶格中还可以加入三价金属离子代换Fe³⁺，或者加入其它价离子(+1、+4、+5、+6)同时改变Fe²⁺/Fe³⁺比例进行电荷补偿。在所有情况下，代换离子的半径应在0.5～1A之间(Gorter1954)。比较常用的二价金属是来自第一组过渡金属(Mn、Fe、Co、Ni)和Cu、Zn、Mg、Cd和Ge等金属。三价的Al、Cr、Ga、和Mn可以代换Fe³⁺，一价的Li和四价的Ti、Sn可以分别通过降低和升高Fe²⁺/Fe³⁺比例而加入铁氧体晶格之中。化学成分不是决定铁氧体性质的唯一因素，阳离子和点缺陷在晶位中的分布起着头等重要的作用。

制备高性能多晶铁氧体是困难而复杂的，主要原因是铁氧体在应用时所要求的性能多数不是本征性的而是非本征性的，也就是说，铁氧体性能并不是完全由其化学成份及晶体结构决定的，还需要研究和控制它的密度、晶粒尺寸、气孔率以及它们在晶粒内部之间的分布等。

制备铁氧体工艺大致可分为四步：①粉末制作；②成型；③烧结；④磨加工，做成最终形态。这些步骤是相互有关的，要想成功地做出产品，每一步都是必要条件但不是充分条件。对微观结构而言，烧结过程是不可逆的，因此必须随时小心烧结过程中的各种条件。

烧结就是在一定的温度场和气氛场下，使坯件内的原子迁移率升高到足以降低由晶粒边界引起的自由能。Coble和Burke(1964)详细研究过结晶固体的烧结问题。Zener(1948)曾给出过晶体生长率经验公式，即：

d＝K^tn

式中，d为平均晶粒直径，t为温度，n大约等于1/3，K与温度有关。对锰锌铁氧体而言，K还与气氛有关，气氛为氮气时，(Roess 1971)，在真空下(Schichijo等1964)。Zener认为，晶粒的生长要受到在晶粒边界上的气孔和包杂的阻碍，到直径dc≤4D/3f时，将停止生长。其中，dc是晶粒直径，D是气孔直径，f是气孔占的体积分数。

在烧结过程，特别是在冷却过程中，控制气氛对控制坯料的氧化枛还原反应有很重要的作用。根据MnZnFe铁氧体的平衡相图，它表示出了气氛对尖晶石相和三氧化二铁相界内氧化状态的重要性。这个相图是Blank(1961)最先画出的，与Morineau和Paulus(1975)详细研究过的普通适用气氛相图是很一致的。要特别注意，先沿等成份线冷却，接着在最低的温度下通过相界迅速冷却，这时生长动力学不敏感，使α-Fe₂O₃的脱溶量最少，从而氧化发生的程度最轻。

烧结一般是指坯件在高温窑炉中，加热至一定温度并保温一定时间而后冷却的全过程。其三大相关理论基础是固相反应速度理论、气氛平衡理论和物质结构理论。铁氧体烧结的目的是形成有一定强度及符合规定性能、形状、尺寸、外观的磁芯，烧结的任务则是在一定的设备条件下，控制好烧结的温度条件和气氛条件，来实现铁氧体的烧结目的。铁氧体的烧结过程大致可分为三个阶段：即升温阶段、保温阶段、降温阶段。

其中主要产品——尖晶石型Mn-Zn软磁铁氧体磁性材料的工艺条件如下。温度要求为：

·室温-500℃：升温速度≤4℃/min，便于水分和有机物的挥发和燃烧，在2-4小时左右完成该段升温，同时在此阶段通入一定流速的热风，使磁芯中的胶能安全脱除。

·500℃-900℃：用1.5小时左右完成，升温速度约4.5℃/min，残余的有机物在此阶段挥发完毕。

·900℃-1250℃：升温速度一般在1℃/min～2℃/min。

·1250℃-1420℃：约在0.8小时内完成该阶段的升温，升温速度约3.5℃/min.

·1420℃恒温：炉温升到预定的温度后，约保温4小时左右。

·1420℃-室温：降温时间控制在9小时内，尽可能快一些。

以上温度条件并不是一成不变的，随着产品的不同，各段温度制度和范围也要进行相应的改变。

对温度精度的要求为：