MnZn功率铁氧体开裂现象浅析

摘要：MnZn功率铁氧体磁芯制造生产过程产生的开裂有多种形式存在，生产过程的变化产生了不同的开裂，并且前后关联影响。通过对粉料物理参数、模具设计、和烧结曲线以及装烧方式上进行调整，解决MnZn功率铁氧体磁芯不同的开裂现象。

关键词：MnZn功率铁氧体 粉料 模具 烧结曲线 开裂

中图分类号：O436.4

铁氧体产品由于其电磁性能，在家电、通讯、汽车电子等其他领域得到广泛应用，主要应用到变压器、电感器等。铁氧体磁性的开裂是不仅使机械强度变差，也导致电性能恶化，甚至应用时磁芯断裂，是磁性行业中的重缺陷，成为生产重点管控的项目。对MnZn功率铁氧体开裂，经过多年摸索和实验，并在大生产中得到有效验证，总结出一套实际有效的经验模式。主要对成型、烧结两部分进行讨论。

一. 成型开裂

成型是一个粉料、模具结合的过程，重点对粉料、模具设计进行讨论。

1.粉料：粉料的物理参数控制是影响成型压制状况主要因素。粉料颗粒主要在含水量、粘度、松装密度以及颗粒粗细分布比例上进行控制，出现变化，都能影响到成型导致毛坯起层开裂。

1.1 含水量偏低易导致开裂，合理含水量、PVA胶含量不仅可对粉料和模具内腔之间有作用，同时也增加颗粒结合力提高毛坯硬度，保证顺利成型的同时减少上下加压产生内部起层开裂。当然，偏高的含水量会导致毛坯产生粘模影响产品外观，含水量一般控制在0.45%～1.10%之间（可根据季节变化、产品结构进行调整）。如IB71、IB86（外长≥70 mm，厚度≥10mm）等超大型产品，为顺利成型同时兼顾烧结排水开裂，在控制相对低含水量的同时，可以加入煤油（煤油在成型时既可加大粉料结合力，又在入窑烧结前挥发掉）。通过批量生产对比验证，此法对超大型产品的开裂有明显的控制效果。

1.2 偏高的粘度对压制成型有效果但易在烧结排胶时开裂，偏低的粘度除不利于成型以外，在造粒过程容易产生更多的细粉，影响颗粒分布。一般地，粉料粘度我们控制在可以通过加入分散剂和加入PVA来控制粘度，范围在13±4mps。

1.3 颗粒分布影响成型。合理的颗粒分布保证毛坯局部密度差的均匀，减少毛坯不同位置的密度差异，减少开裂。粉料可通过加筛网来达到颗粒分布的均匀性。对特殊结构或者外长≤13mm小产品，通过过80目/140目，控制粗细粉范围大于60目：

1.4 松装密度是判定粉料的主要指标之一。变化的松装密度在成型时易导致密度差变化，坯件交接处有压力断层，偏低时容易产生卡模。通过加入分散剂和加压控制、调整造粒薄旋片可控制粉料的松装密度，一般的，控制在：1.38±0.04 g/cm3。

2.模具：一种常规模具设计，在凹模内台阶处设计一定角度的脱模斜度，在脱模时撤销膨胀压力，减少坯件开裂（垂直设计实际因为脱模产生摩擦力是无法完成的）。对模具内腔光洁度的维护（因压制时间、频次导致脱模斜度变化的修正）也是一个基本成型控制内容，模具的维护对开裂的影响是有一个比较高的频率。另外关键的控制点是模具设计的收缩率、装料比。

2.1 模具收缩率，根据压机和产品结构进行取舍，一般按1.175～1.195进行调整设计。对旋转机器，通常会考虑较大的收缩率（控制较小的密度），毛坯密度在2.90～2.96g/cm3之间会对底部起层开裂和交接处冒泡有一定的消除作用。一般按1.180即3.00 g/cm3进行控制。

2.2 合理的装料比，最大限度降低不同位置密度差。设备、模具结合采用的加压成型，装料空间决定了密度。通过验证，一般的，全高装料按1：2.0～3.6之间，底部装料比按1：1.95～2.10之间。

二. 烧结开裂

有升温、降温开裂两种。

1.升温开裂，包括排胶、冷风开裂。均发生在固相反应前，敲开有类似粉料颗粒状的断面。

1.1排胶开裂在中柱端面或底部中心位置，冷风开裂一般发生最外一行毛坯的侧面。毛坯内有PVA、水以及配方掺杂等，在升温吸氧放热过程中，排胶排水发生在200～600°之间，在270°时排胶达到最大化。这阶段如升温速率与排胶不匹配，PVA胶不断分解产生热量导致毛坯急剧上升加快排胶，最终开裂。解决方法是将升温曲线拉平缓，保证充足的排胶时间。另外，升温段的主排一、二抽风设计也可直接导致坯件的开裂，一般调整排胶开裂是升温曲线、抽风量搭配调整来解决。装烧方式如叠、对、混装（或装烧疏密）改变也会影响到排胶开裂，通过模具开槽或加凸台可在毛坯叠、对、混装时有效解决排胶开裂。因此，在成型选择适量的PVA胶含量和装烧数量是关键环节。

1.2冷风开裂，主要是配风（焚烧口）开口过大自然风进入窑内导致在升温段已有一定热度的坯件冷热不均出现开裂。根据产品结构不同选择合适的配风是解决该开裂最直接的方式。

2.降温开裂，坯件已完成固相反应并经过高温煅烧，晶界已相溶，开裂处晶粒细小均匀。一种是在降温段1200°后因氧分压过高导致产品氧化或接近氧化状态析出正方结构相，与铁氧体的不能固溶，导致晶格变化，表面氧化产生另相，这样的差异在相界产生应力，该应力超过弹性极限，导致表面开裂。另外一种降温开裂是冷却过快导致的冷却开裂，也叫热震效应，控制冷却水流量和降温速度可解决。

其他开裂主要有运输过程碰撞开裂，磨加工进刀速度过快、进刀量过大导致应力开裂和失水开裂等等。总的来说，MnZn功率铁氧体磁芯制造过程是个系统、复杂的生产过程。只有在不断学习磁性材料理论知识，并运用在实际生产中，通过批量生产对比验证，才可更好解决各种不同原因的开裂问题。

参考文献：李爱民.铁氧体材料成型时易出现的问题及解决方法.电子元件与材料.2007.26（4）：68～69