摘要：瓦形磁體外觀質(zhì)量主要是缺邊掉角和裂紋，雖然一般不會影響產(chǎn)品性能，但影響產(chǎn)品的合格率，尤其細裂紋還可能嚴重影響裝機質(zhì)量。目前，對瓦形磁體細裂紋尚難用目測方法檢出，也無其他較好方法檢驗。基于毛細管原理，介紹了一種可廣泛用于瓦形磁體裝機前成品細裂紋檢驗、燒結(jié)后毛坯細裂紋快速檢驗以及瓦形磁體燒結(jié)前“生”坯質(zhì)量控制檢驗等簡便快速的檢驗方法。研究方法對提高瓦形磁體產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和裝機質(zhì)量具有一定意義。
關(guān)鍵詞：毛細管；瓦形磁體；裝機；燒結(jié)；裂紋；測試；微電機
0 引 言
永磁鐵氧體主要分為方塊磁、柱形磁、環(huán)形磁、瓦形磁等種類，其中瓦形磁體產(chǎn)品規(guī)格最多，用量****，大量使用汽車電機、家用電器電機等微電機中。瓦形磁體的生產(chǎn)目前主要采用濕法成型工藝。其生產(chǎn)過程為：雷蒙(粉碎)、球磨(或砂磨)、成型、燒結(jié)、磨削(磨加工)、清洗、檢驗、裝箱。
瓦形磁體的磁性能高低主要取決于原料的配方；而外觀質(zhì)量特性中的缺陷，則主要有成型、燒結(jié)、搬運、儲存等過程形成的缺邊掉角及裂紋等。對于缺邊掉角和有明顯裂紋的瓦形磁體，通過操作工人的目測，很容易將它們剔除，但其中還有一種很細的裂紋，很難用肉眼將它們檢出。這種很細的裂紋，主要源自成型過程。成型“生”坯的細裂紋經(jīng)燒結(jié)、磨削加工，還不能檢出，只有經(jīng)過清洗干凈后、剛出清洗機時經(jīng)仔細辨認才能檢出(因而常常漏檢)。另外，裝箱、打包后的成品，由于搬運、儲存等物流環(huán)節(jié)，致使部分產(chǎn)品破損但未完全破損、裂開，其破損也造成細裂紋。用戶在裝機使用前的瓦形磁體產(chǎn)品，如果存在由于裝箱前的細裂紋漏檢產(chǎn)品，或由于搬運、儲存而形成的細裂紋產(chǎn)品，都可能會影響到裝機質(zhì)量，甚至對電機有致命的影響——瓦形磁體裝進電機 中如有細裂紋或破損裂紋，隨著電機震動，極有可能因裂紋而掉塊、卡死電機轉(zhuǎn)子。因此，瓦形磁體的細裂紋，無論于生產(chǎn)方過程質(zhì)量、成本的控制(這種帶有細裂紋的瓦形磁體并不在少數(shù)，作廢品處理是很大的經(jīng)濟損失)，還是于使用方裝機質(zhì)量的保證，都是極其不利的。
目前，瓦形磁體的這些細裂紋尚無好的物理或化學方法進行檢驗判定。本文基于毛細管原理，探索一種可用于瓦形磁體細裂紋的簡便快速的檢驗方法，能較好地解決上述問題。
1瓦形磁體細裂紋狀況描述與成因
瓦形磁體細裂紋是指用肉眼很難看出，但經(jīng)磨削、清洗后，表面呈現(xiàn)有如絨毛粗細的細狀裂紋。細裂紋沿瓦形磁體濾布面軸向方向分布，呈直線或曲線，如圖l所示。裂紋之間基本呈平行狀態(tài)，少有交錯，而且裂紋較光滑。
瓦形磁體細裂紋的出現(xiàn)，主要來自成型環(huán)節(jié)和搬運、儲存等物流環(huán)節(jié)。在成型環(huán)節(jié)，瓦形磁體毛坯細裂紋的形成，不是因為毛坯密度分布不均勻、經(jīng)燒結(jié)而收縮產(chǎn)生，而是由于成型過程中，漿料粒度普遍過小、成型時水分排泄不暢所致。
我們知道，成型用漿料粒度一般控制在1．Oμm以下。球磨(或砂磨)工序完成后測試其粒度。
盡管測試漿料的粒度結(jié)果約為O．1μm，符合工藝要求，但并不表明所有的漿料粒度都是1．Oμm，而是平均粒度為1 0 μm。當漿料的控水、備料如果不是采用帶攪拌系統(tǒng)的沉淀塔，而是采用沉淀箱進行濾水備料時，最容易使粒度大的漿料首先沉入箱的下部，而粒度小的漿料沉淀在箱的上部，即上部和下部的粒度不均勻一致，當工人取料時，要么取的是“粗料”，要么用的是“細料”，也即無意之中將粗料、細料“分開”使用。若使用粗料，其疏水性好，很少形成毛細裂紋(但對產(chǎn)品性能有一定影響)，而如果用的是細料，由于漿料粒度很細(大部分在0．5μm以下)，在成型時極易堵塞濾紙濾布的孔眼，使水不能順利通過濾紙濾布，而是沿著瓦形磁體的濾紙面或濾布面，而且是軸向方向的兩端擠出(即裂紋分布不是雜亂無“章”，而是沿軸向方向)，因而在瓦形磁體“生”坯的表面形成一道道“水路”——極細的裂紋，這樣將形成批量的極細裂紋的瓦形磁體“生”坯(用帶攪拌系統(tǒng)的沉淀塔控水，也會發(fā)生類似現(xiàn)象，但細裂紋產(chǎn)品數(shù)量顯著少于沉淀箱的)。帶有極細裂紋的瓦形磁體“生”坯，經(jīng)燒結(jié)后，因其收縮使原有的裂紋有所放大而形成與毛細管管徑基本相當?shù)拿毩鸭y。
裝機前的成品在搬運、儲存等物流環(huán)節(jié)，當產(chǎn)品受到碰撞、擠壓等影響，使其部分產(chǎn)品破損、開裂，或是原有的小裂紋放大變長。其裂紋的大小也與毛細管的管徑基本相當。
2 瓦形磁體裂紋快速檢驗原理——毛細管原理
用放大鏡觀察瓦形磁體的這種細裂紋，狀如發(fā)絲。因此，利用毛細管原理產(chǎn)生毛細現(xiàn)象進行檢驗，應(yīng)是一個快速有效的方法。
毛細管，是指內(nèi)徑很細的管子，通常指的是內(nèi)徑等于或小于l毫米的細管，因管徑有的細如毛發(fā)而故稱。例如，水銀溫度計，鋼筆尖部的狹縫，毛巾吸水和燈芯吸油，吸墨紙纖維間的縫隙，土壤結(jié)構(gòu)中的細隙以及植物的根、莖、葉的脈絡(luò)等，都可認為是毛細管。這些含有細微縫隙的物體被液體濕潤，液體能沿縫隙上升或擴散的現(xiàn)象，稱為毛細現(xiàn)象。我們知道，疊在一起的兩塊玻璃薄片，是很容易用手把它們分開的。但若玻璃片之間有一層水膜，水膜兩側(cè)邊緣是凹形(如圖2)，這時要把玻璃片沿垂直方向掰開，就比較費力。水對玻璃片潤濕得愈好，水膜彎月面的曲率半徑愈小，二塊玻璃片彼此就貼得更緊，掰開它們所用的力也就愈大。這些現(xiàn)象如何解釋呢?下面先探討一下由于彎曲液面所產(chǎn)生的附加壓力(△P，又稱毛細壓力，即內(nèi)外壓力差)與曲率半徑的關(guān)系式，然后再來回答上述問題。
在液體中插入一根毛細管，如圖3：要維持管端氣泡，氣泡內(nèi)必須有一向外平衡壓力P’，P’=P+△P(P為大氣壓力)，△P是由于凹形液面的表面會自動縮小、壓縮氣體而產(chǎn)生的附加壓力．方向指向氣體。稍增加氣泡內(nèi)壓力．使氣泡體積增加dv，相應(yīng)地面積增加dA所作的功等于反抗AP與體積變化dV的乘積，即dW’=△Pd V.根據(jù)能量守恒原理：反抗附加壓力所作的功應(yīng)等于物系表面能的增加，即△PdV=σdA。
從上式可知，△P與表面張力成正比，與曲率半徑成反比。這表明曲率半徑愈小，彎曲液面的內(nèi)外壓差就愈大。因此，水對玻璃片潤濕得愈好，也就是水膜彎月面的曲率半徑愈小，二塊玻璃片彼此就貼得更緊，掰開它們所用的力也就愈大。
凹形的液面，其曲率半徑為負，則△p為負值，附加壓力的方向指向氣體；若液面為凸形(如汞滴)，曲率半徑為正，附加壓力方向指向液體內(nèi)部；若液面為平面，因R無窮大，故△P=O。
在毛細管中，能潤濕管壁的液體的液面呈凹形(如圖4，θ<90°)。由于附加壓力△P(即毛細壓力)的作用，液體上升至高度h，液柱所產(chǎn)生的靜壓力(pgh)恰好與△P相平衡。即：
以r表示毛細管半徑，則r與R的關(guān)系為：R=r/cosθ
代人式(2)，即：
h=2σcosθ/rpg (3)
上式可求液柱高度。毛細管半徑r愈小，潤濕良好(潤濕角θ<90°)，則液體上升高度愈高。例如，在完全潤濕的情況下(cosθ=1，θ一般在0°～
當然，實際情況是，θ一般在0°～90°之間，即cosθ=l～0之間。瓦形磁體經(jīng)高溫燒結(jié)，其內(nèi)外不含有機疏水物質(zhì)，潤濕良好，不可能使θ=90°即eosθ≠O，因而h>O。這樣，利用液體能沿裂紋縫隙(毛細管)上升或擴散的現(xiàn)象，可以對瓦形磁體細裂紋狀況進行檢驗，剔除裂紋產(chǎn)品。
3基于毛細管原理的瓦形磁體細裂紋快速檢驗方法及其運用3．1微電機在安裝前的瓦形磁體部件細裂紋快速檢驗方法測試用物料：海綿和／或盆，水。
測試方法：用一塊浸透水的海綿，或一內(nèi)盛約1 mm的自來水的盆，將瓦形磁體部件立于海綿或盆中(見圖5，****將瓦形磁體部件垂直于盆中的海綿上)，如果瓦形磁體部件沒有細裂紋或裂紋很大，海綿或盤內(nèi)的水幾乎不會在瓦形磁體部件背面(外弧面，也即濾布面，下同)上滲透、擴展。
如果瓦形磁體部件背面有細裂紋，其時，由于細裂紋的毛細作用原理，海綿或盆內(nèi)的水立即沿著細裂紋伸展方向向上滲透、擴展，瓦灰色的瓦形磁體部件背面將會很快呈現(xiàn)出一道道暗色的水印，與沒有細裂紋的地方有明顯的區(qū)別。
上述檢驗使用的檢測器具非常簡單，一般無須專門購置，只要有水、有盆，則可以進行檢測。
檢測人員也無須進行特殊訓練，只要按照上述方法進行，就可以快速剔除有細裂紋的瓦形磁體部件。而且由于該方法簡單、快速、效果明顯，可以用這種檢驗方法對微電機在安裝前的瓦形磁體部件進行“全數(shù)檢驗”(即100％檢驗)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
上述快速檢驗方法，也可以用于瓦形磁體燒結(jié)毛坯與成型“生”坯質(zhì)量的控制。
3．2快速檢驗法在瓦形磁體燒結(jié)毛坯與成型“生”坯質(zhì)量控制中的運用
1)快速檢驗方法在瓦形磁體燒結(jié)毛坯質(zhì)量控制中的應(yīng)用
當瓦形磁體毛坯剛剛從燒結(jié)窯爐上搬卸下來時，就采用上述檢驗方法進行“全數(shù)檢驗”(檢驗原理、方法同上)，檢出現(xiàn)象十分明顯。在此環(huán)節(jié)采用上述快速檢驗方法檢出，可以減少磨加工費用，降低生產(chǎn)成本，也大大減少用戶裝機用瓦形磁體部件細裂紋的現(xiàn)象。
2)快速檢驗方法在瓦形磁體成型“生”坯質(zhì)量控制中的應(yīng)用
燒結(jié)是一個特殊過程，其質(zhì)量不能同步檢驗，只有當此過程結(jié)束后才能進行檢驗，而且該過程要消耗大量的能源(用于燒結(jié))，是生產(chǎn)成本形成的主要過程。因此，為了降低生產(chǎn)成本，嚴格質(zhì)量控制，還應(yīng)該從源頭開始——從成型“生”坯就開始嚴格控制瓦形磁體細裂紋問題。其操作方法是：從裝載瓦形磁體成型“生”坯的每個周轉(zhuǎn)箱內(nèi)抽出一定比例的“生”坯，提前放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，出爐后立即用上述方法快速檢驗，一旦發(fā)現(xiàn)毛坯細裂紋嚴重，就將該批號的“生”坯進行處理，從而避免大批量的、有細裂紋的燒結(jié)毛坯出現(xiàn)，使燒結(jié)能源浪費現(xiàn)象減少到最小。
4結(jié)語
一方面，瓦形磁體在生產(chǎn)過程中使用的漿料目前主要采用球磨機或砂磨機制備。無論是用球磨機還是砂磨機，制備的漿料粒度都是不均勻的，粗中有細，瓦形磁體細裂紋總是存在；另一方面，成品在搬運、儲存等過程中難免受到碰撞、擠壓等影響，也或多或少使瓦形磁體形成細裂紋。因此，要提高微電機的裝機質(zhì)量和供應(yīng)商生產(chǎn)合格率，將瓦形磁體產(chǎn)品細裂紋快速檢出是關(guān)鍵。本文基于毛細管原理介紹的瓦形磁體細裂紋的檢驗方法，解決了瓦形磁體細裂紋無法檢出的問題，對提高微電機裝機質(zhì)量，提高供應(yīng)商產(chǎn)品合格率以及降低瓦形磁體生產(chǎn)成本，都具有比較重要的作用。
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