Aug 07, 2024

晶界擴散技術

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1. 濺射

1.1 磁控濺射
它是透過電壓產生輝光放電,電離氬氣,用氬離子轟擊靶材,濺射出鏑、铽等重稀土粒子,沉積在磁鋼表面形成膜層的方法。適用於磁控濺鍍的產品有方片、瓦片、圓片、圓環等,擴散源多為鏑或铽的純金屬靶材。
磁控濺鍍具有鍍層均勻性佳、膜層緻密、矯頑力增強效果穩定等優點。其缺點是:1.設備價格昂貴,單一連續設備價格在350萬至500萬之間;2. 靶材利用率低,相對成本高。

Magnetron sputtering process

 

1.2 多-電弧濺射
它是一種透過場-感應放電產生局部高溫濺射的塗層。具有鍍膜效率高、靶材利用率高、結合力好等特性。但缺點是1.塗層顆粒大,膜面粗糙;2. 塗層均勻性一般;3. 塗層穩定性不理想;4. 局部溫度升高。

 

2、蒸發

蒸發是透過在真空下加熱蒸發鍍膜材料來沉積薄膜的方法。蒸發分為靜態蒸發和旋轉蒸發,類似電鍍製程的掛鍍和滾鍍,分別適用於大磁鐵和小磁鐵。

Static evaporation diagram

 

2.1 靜態蒸發
優點是蒸發溫度高,蒸發源的昇華、磁鋼表面的沉積、磁體內的擴散同時進行,因此重稀土擴散效果較好。由於蒸發後重稀土薄膜的品質與蒸發溫度、真空度、電鍍距離(重稀土靶材與磁片之間的距離)有關,因此需要將磁鋼片放置在特定的工裝中以確保電鍍距離,導致製程較為複雜,生產效率低,薄膜一致性差。因此靜態蒸發在國內磁性材料產業應用較少。

Rotary evaporation process diagram

 

2.2 旋轉蒸發
是將小型、微磁鋼和重稀土靶材透過旋轉連續混合,高溫後揮發的金屬Dy/Tb沉積在製品表面的方法。此製程適用於小型產品,特別是單位重量小於1g的電聲產品;擴散材料成本低,增重小,HcJ顯著提高;HcJ一致性高。缺點是產品與鏑、铽金屬的分離工藝相對勞動密集型-,行業內很少採用該工藝,且設備通常需要定制,具有一定的技術壁壘。

 

3. 塗層

3-1 自動噴塗
將磁性片單層放置並放置在工件托盤上。使用氣動噴槍往復噴塗,形成薄膜。當擴散源為氟化物或氧化物時,可在大氣中噴灑。如果是氫化物或重稀土合金粉末,則需要惰性氣體保護。
優點:1、適用於大量擴散源,包括氫化物、氟化物、氧化物和合金;2、可擴散各種形狀、尺寸的產品,包括瓦-形、方片、圓片、環形;3、設備自動化程度高,工件 通用,切換順序靈活方便;4、設備投資低,重稀土利用率高。
主要缺點:擴散源為氟化物時有專利風險,氫化物、合金時有安全隱患,氧化物性能一致性較差。

Automatic spraying process diagram

 

3-2 網版印刷
將重稀土粉末製備成墨水。印刷時,將油墨倒入網版印版的一端,並用刮刀對網版印版上的油墨部分施加一定的壓力。同時,刮刀以勻速向網版印版的另一端移動。油墨在運動過程中被刮刀從網孔擠壓到磁片上形成薄膜。
由於墨水中有機試劑的封裝,阻止了氫化物或重稀土合金與空氣的接觸,避免了氧化。因此,重稀土氫化物可作為大氣環境下塗層的擴散源,有效規避氟化物的專利風險。同時,網版印刷製程具有生產效率高、重稀土利用率高、增重一致性好等特點,非常適合方形磁鋼的晶界擴散。近兩年,絲網印刷工藝在業界迅速推廣,成為主流工藝之一。
缺點是: 1、篩網和刮刀不適用於表面凹凸不平的瓦-形產品; 2、不同尺寸和增重比的產品通常需要相應的油墨、絲網印刷版、夾具,適合大-規模穩定的訂單。對於小批量訂單,頻繁更換篩網和治具會導致效率降低、成本增加、靈活性低。

Screen printing process diagram

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