磁芯産生裂紋的原因及影響!

2023-05-11 11:17:13        0

        錳鋅鐵氧體磁芯的開(kāi)裂問題,在毛坯階段較難判定,燒結後(hòu)可見産品的拐角處或中柱位易出現明顯裂紋!

      此問題各廠家均時(shí)有發(fā)生,甚難杜絕!下面(miàn)將(jiāng)從産生原因、相應規範、危害性等方面(miàn)展開(kāi)探讨!

磁芯裂紋産生原因:


1、PVA膠體排放時(shí)間對(duì)裂紋的影響:

        經(jīng)過(guò)多次實驗證實:壓制磁芯毛坯時(shí),爲增加氧化錳、氧化鋅、三氧化二鐵等各成(chéng)分材料的接合力,須按一定比例加入PVA膠體。排膠溫度在200℃到600℃之間,當溫度達到600℃時(shí),PVA膠基本排放完畢,而磁芯毛坯須在1380℃左右才能(néng)結晶成(chéng)鐵氧體磁芯!從室溫狀态達到結晶溫度有一緩慢的升溫過(guò)程,就(jiù)在這(zhè)一過(guò)程中,PVA膠體不斷燃燒、揮發(fā)并排出,通過(guò)排膠曲線知道(dào)在270℃時(shí)有一排膠尖峰,表明此時(shí)的PVA燃燒、揮發(fā)、排放最爲激烈。通過(guò)實驗并觀察ER28毛坯,用兩(liǎng)種(zhǒng)不同的升溫速度從室溫升至400℃進(jìn)行燒結,用較低的升溫速度(1℃/分鍾)加熱得到樣(yàng)品A,用較高的升溫速度(3℃/分鍾)加熱得到樣(yàng)品B,在400℃保溫狀态快速將(jiāng)樣(yàng)品A和樣(yàng)品B同時(shí)放到隧道(dào)窯中進(jìn)行燒結後(hòu),在顯微鏡下發(fā)現樣(yàng)品A沒(méi)有裂紋,而樣(yàng)品B可看到微小裂紋。

2、磁芯粉料形狀對(duì)裂紋的影響:

       以生産EF25爲例,分别采用造粒後(hòu)顆粒均勻、外形呈球狀的粉料Q型和造粒後(hòu)顆粒大小不一、外形呈蘋果形狀的粉料P型,使用同一壓機、同一速度生産毛坯,窯爐内擺放同一位置、同樣(yàng)堆疊方式,燒結後(hòu)發(fā)現Q型(球型)沒(méi)有裂紋,P型(蘋果型)有裂紋!

3、磁芯大小對(duì)裂紋的影響:

       若升溫速度不變,磁芯的體積大小,同樣(yàng)會(huì)對(duì)裂紋的産生與否産生影響!磁芯體積越大,所需的排膠時(shí)間越長(cháng),如窯體内溫度從200℃升高到600℃所用時(shí)間低于大顆磁芯的排膠時(shí)間時(shí),易産生裂紋,而小顆磁芯則無此問題!

4、磁芯模具的合理性對(duì)裂紋的影響:

      開(kāi)刻磁芯模具時(shí),需要考慮磁粉的收縮率、收縮時(shí)應力大小及方向(xiàng)、某一形狀磁芯的薄弱部位之承載能(néng)力、脫模難易,燒結時(shí)堆疊穩定性,盡量避免尖角位的應力集中!拐角位如不倒圓弧角(斜角)或圓弧角半徑太小,除易産生毛刺外,更易形成(chéng)局部應力,産生可見裂紋或暗裂!

5、磁芯出窯後(hòu)本體溫度與環境溫度差值大小的影響:

      磁芯燒結後(hòu),出窯溫度約控制在240℃以下,這(zhè)隻是表象,實際控制的是磁芯本體溫度與環境溫度的差值大小不超過(guò)210℃!夏天環境溫度約30℃到40℃,若磁芯出窯溫度控制在240℃以下,則溫差小于210℃,使生産效率(周期)與品質風  險合理匹配;但當冬天溫度降低後(hòu),約-10℃至15℃時(shí),磁芯出窯溫度也應更變爲200℃以下,以确保溫差不超過(guò)210℃,減小因溫度驟變而可能(néng)出現的開(kāi)裂、産生裂紋等不良風險!

6、壓制磁芯毛坯時(shí)保壓時(shí)間長(cháng)短對(duì)裂紋的影響:

      壓制磁芯毛坯時(shí),若保壓時(shí)間夠長(cháng),則磁芯毛坯密度上、中、下三個位置會(huì)基本一緻,磁芯毛坯體内應力均勻,PVA膠體燃燒、揮發(fā)有序,則不易産生裂紋!

7、窯體内空氣循環狀态對(duì)裂紋的影響:

       通常窯體内空氣循環狀态保持最優,不會(huì)變動;因爲變動,隻會(huì)使窯體内空氣循環狀态變差而已!但對(duì)于磁芯毛坯而言,其堆疊層數、堆疊位置、堆疊方式同樣(yàng)會(huì)對(duì)空氣的流動性造成(chéng)影響!此影響會(huì)造成(chéng)排膠氣體的濃度差異,排膠氣體濃度越濃的地方,排膠速度較慢,需要的排膠時(shí)間較長(cháng),易産生裂紋!

8、磨加工時(shí)不當操作對(duì)裂紋的影響:

     磨加工包括磨削平面(miàn)或開(kāi)氣隙兩(liǎng)種(zhǒng)過(guò)程。磁芯生産屬陶瓷工藝,燒結後(hòu)爲降低漏感、真實表現磁芯本身電感系數、以及提高可設計功率和傳輸效率,應盡可能(néng)使磁芯接合面(miàn)平整光潔,易于吻合,從而需要磨削磁芯結合面(miàn)(甚至大顆磁芯爲電感系數穩定考慮還(hái)要清底),磨削時(shí)除選擇目數合适的砂輪外,還(hái)要注意首刀、末刀的進(jìn)給深度、磨削速度、行進(jìn)均勻性、磨削液的噴灑位置和液量等影響性因素!萬勿造成(chéng)周期性沖擊和局部溫度過(guò)高,周期性沖擊易造成(chéng)斷裂、崩缺、掉塊等外觀瑕疵,局部溫度過(guò)高易産生不規則裂紋等問題!但此種(zhǒng)原因造成(chéng)的裂紋深度均較淺,不會(huì)對(duì)變壓器品質構成(chéng)任何可見或隐藏的威脅!

磁芯裂紋或有危害:

     鐵氧體磁芯本屬于脆性材料,裂紋的存在首使産品機械強度變差,甚至出現電氣性能(néng)惡化,功耗變高,承載功率降低等或有風險。用到變壓器或電感器上,在溫度達到200℃以上時(shí),若磁芯本身還(hái)有應力存在,應力會(huì)繼續釋放,裂紋有加深可能(néng),甚至導緻磁芯的斷裂,緻使元器件完全失效,無法使用;如磁芯本身已經(jīng)過(guò)時(shí)效處理(約5-10天靜放),内部應力已釋放完畢,則可在原額定功率85%狀态下安全穩定的工作。

磁芯裂紋允許規範:

     磁芯配合面(miàn)上允許存在深度不超過(guò)0.5mm、寬度不超過(guò)0.1mm、長(cháng)度不超過(guò)延長(cháng)線長(cháng)度1/4的裂紋;磁芯非配合面(miàn)上允許存在深度不超過(guò)0.7mm、寬度不超過(guò)0.2mm、長(cháng)度不超過(guò)延長(cháng)線長(cháng)度1/3的裂紋。

磁芯裂紋的檢測方法:

1、對(duì)于微小裂紋,采用煤油或酒精擦拭磁芯表面(miàn),看有無氣泡。

2、肉眼目測,或在顯微鏡下察看!

3、超聲波探測儀或微波檢測儀檢測。

裂紋磁芯使用性鑒定:

1、通過(guò)改變測試電壓、頻率、溫度、濕度等條件或疊加電流測試,比較電感系數及Q的穩定性!  

2、通過(guò)功耗儀測試功耗大小,與正常同規格磁芯功耗比較!                                            

3、通過(guò)考評帶載溫升高低進(jìn)行評判,帶載4小時(shí)或溫度穩定後(hòu),若溫度不超過(guò)110℃,可放心使用!

        綜上所述,磁芯裂紋的影響主要是心理因素!因爲磁芯裂紋,隻有在外力沖擊或功率設計已達臨界狀态或變壓器工作溫度高達200℃以上時(shí),才會(huì)産生進(jìn)一步的影響!但如有外力沖擊,不單是變壓器,恐怕骨架、銅線、光藕、電容、電阻等元器件也不能(néng)幸免;如果功率設計已達臨界狀态,這(zhè)本身已不可取,臨界狀态下的工況是不穩定的,是以犧牲安全系數爲代價的不智行爲,即便是正常的磁芯也難确保正常、高效、不出問題;再者變壓器工作溫度高達200℃以上,僅爲理想狀态而已,因爲當變壓器四周溫度超過(guò)150℃時(shí),相鄰的其他元件就(jiù)停止了工作!再退一步,每個磁芯廠都(dōu)有相應的檢測環節,出廠貨物的品質狀況比使用者更爲心中有數,是瑕疵、是缺陷、是緻命傷,影響的大小,或有損失的高低,都(dōu)是經(jīng)過(guò)權衡才進(jìn)入正常流通渠道(dào)的!



雖本文系根據研發(fā)、生産等資深人員整理而出,但或有以偏概全之嫌,尚請各友指過(guò)及雅正。

 




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