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燒結(jié)釹鐵硼的燒結(jié)是指為了進(jìn)一步提高磁體的性能和使用性,改進(jìn)粉末間的接觸性質(zhì),提高強(qiáng)度,使磁體具有高性能的顯微組織特征,需要將生坯加熱到粉末基體相熔點(diǎn)以下的溫度并保溫一段時(shí)間的工藝。
燒結(jié)是燒結(jié)釹鐵硼里重要的工藝,的生產(chǎn)廠家和廣大的研究者都重視。NdFeB粉末壓坯的相對(duì)密度一般為50%~70%,孔隙度一般為30%~50%,顆粒間的結(jié)合全部都是機(jī)械結(jié)合,結(jié)合的強(qiáng)度低。
如果成型壓力非常大時(shí),已經(jīng)相互接觸的顆粒有的已經(jīng)產(chǎn)生彈性或者塑性變形,這時(shí)樣品較為容易裂開(kāi),且其顯微組織不足以產(chǎn)生高的磁性能。
在生坯的燒結(jié)過(guò)程中,將發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。首先,粉末顆粒表面吸附的氣體(包括水蒸氣)排除,有機(jī)物(如等靜壓中可能沾上的油或者添加的抗氧化劑和潤(rùn)滑劑等)的蒸發(fā)與揮發(fā),應(yīng)力的消除,粉末顆粒表面的氧化物的還原,變形粉末顆粒的回復(fù)和再結(jié)晶。
其次,原子擴(kuò)散,物質(zhì)遷移,顆粒之間的接觸由機(jī)械接觸改為物理化學(xué)接觸,形成金屬鍵和共價(jià)鍵的結(jié)合。后,粉末間的接觸面擴(kuò)大,出現(xiàn)燒結(jié)頸,接下來(lái)是燒結(jié)頸長(zhǎng)大,密度提高,晶粒長(zhǎng)大等。
粉末生坯的孔隙率大,表面積也大,因此表面能也大,同時(shí)還具有晶格畸變能,使粉末生坯整體上處于高能狀態(tài)。從能量的角度來(lái)看,這是不穩(wěn)定的,具有自發(fā)地?zé)Y(jié)與粘結(jié)成一個(gè)致密體的傾向和驅(qū)動(dòng)力。
因此,在一定溫度的條件下,即動(dòng)力學(xué)允許的情況下,粉末顆粒間的接觸將由點(diǎn)到面,以便減少表面積和表面能。隨著顆粒間的接觸面的擴(kuò)大,生坯開(kāi)始收縮和致密化,后成為一個(gè)燒結(jié)體。簡(jiǎn)言之,燒結(jié)就是粉末結(jié)合體由生坯變?yōu)槊鞯倪^(guò)程。
燒結(jié)分為液相燒結(jié)和固相燒結(jié),這兩種燒結(jié)方式有很多共同之處。
1、液相燒結(jié)
釹鐵硼系燒結(jié)永磁體由主相(Nd2Fe14B)、富Nd相和富B(Nd1.1Fe4B4)相組成。若該磁體中的B含量小于6.8%,則富B相的成分就很少,那么可以認(rèn)為磁體是由主相和富Nd相組成的。
從NdFeB的三元相圖可以看出,主相的熔點(diǎn)約為1185℃,富Nd相的熔點(diǎn)約為655℃(平衡態(tài))。NdFeB系永磁體的燒結(jié)溫度一般為1080℃。在該溫度下,一般由固態(tài)的主相和液態(tài)的富Nd相組成,此時(shí)就稱(chēng)為液相燒結(jié)。
液相燒結(jié)的基本過(guò)程
液相燒結(jié)大體可以分為三個(gè)階段,,液相的生成和流動(dòng);第二,溶解與析出,即若固相可以溶解在液相中,則當(dāng)液相出現(xiàn)后,細(xì)小的顆粒和大顆粒的突起和棱角部分就會(huì)溶解于液相中,當(dāng)固相在液相中的溶解度超過(guò)其飽和度時(shí),就要在大顆粒表面析出;第三,固相燒結(jié),就是如果液相燒結(jié)時(shí)的液相不足時(shí),部分顆粒間就會(huì)直接接觸,從而成為固相燒結(jié)。因此可以說(shuō)固相燒結(jié)是液相燒結(jié)的后一階段。
2、固相燒結(jié)
燒結(jié)前粉末是機(jī)械接觸,在燒結(jié)溫度下,為減少表面能,其接觸面積逐漸擴(kuò)大形成燒結(jié)頸。燒結(jié)頸的擴(kuò)大通過(guò)原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移來(lái)實(shí)現(xiàn),其結(jié)果就是使得粉末顆粒更加接近,從而導(dǎo)致燒結(jié)體致密化。
液相燒結(jié)的致密化
液相燒結(jié)中的各個(gè)階段是相互融合的,即在個(gè)階段還沒(méi)有結(jié)束時(shí),第二個(gè)階段就已經(jīng)開(kāi)始,同樣,第二個(gè)階段還沒(méi)有結(jié)束時(shí),第三個(gè)階段就已經(jīng)開(kāi)始了。
個(gè)階段由于液相的形成,收縮率迅速提高,此時(shí)的收縮率主要取決于液相的數(shù)量。隨燒結(jié)溫度的提高,液相數(shù)量增加,收縮的量也在增加。
第二階段主要是固相的析出和和溶解來(lái)致密化,且速率減緩。第三階段主要靠固相的擴(kuò)散或者物質(zhì)遷移來(lái)致密化,致密過(guò)程速率進(jìn)一步減緩。
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