[发明专利]稳恒磁场下粉末烧结法制备高硅硅钢片的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种稳恒磁场下粉末烧结法制备高硅硅钢片的方法及其装置，属于硅钢制备工艺技术领域。

背景技术

硅钢是电力和电讯工业用以制造发电机、电动机、变压器、互感器、继电器以及其它电器仪表的重要磁性材料^、，含硅量为6.5 %的高硅钢磁致伸缩系数趋于零、磁导率最大、电阻率大，涡轮损耗小，是制作低噪音、低铁损的理想铁芯材料。然而由于硅含量的提高，硅钢片的脆性增大，传统的轧制方法难以加工，因此目前大批量生产的硅钢片的硅含量大都在4 %以内。在能源日益紧张的今天，尤其在高频信息领域，高硅硅钢片被重新考虑为普通硅钢片的替代材料，6.5 %Si高硅硅钢片制备工艺的研究对于节能减排具有十分深远的意义。

目前制备高硅硅钢片的方法主要有传统轧制法、快速凝固法和CVD法。自60年代以来，人们尝试改进传统轧制法制备高硅钢片，俄罗斯研制出一种把热轧、温轧、冷轧和相应的热处理相结合的三轧法工艺，这种工艺过程复杂、能量消耗大且成材率低，很难应用于工业成产。快速凝固法是指利用急冷工艺生产出高硅钢薄带，但在尺寸和工艺可控性方面存在很大问题。CVD法以普通硅钢片为基底，在钢板表面与硅化物发生高温化学反应使Si富集在硅钢片上，再通过热处理使Si扩散到整个硅钢板中从而制得高硅硅钢，目前这是唯一能够实现工业规模化生产高硅钢的制备方法，由日本NKK公司研制成功并投入生产。但是CVD法成本高、能耗高，采用的SiCl₄气体是高腐蚀性气体，存在严重的环保隐患，因此该技术受到很大的制约。

粉末烧结法制备高硅硅钢片与传统轧制法、CVD法相比，有易控制成分、可近终成型、耗能较低且工艺过程简单等优点。然而目前的粉末烧结工艺制得的硅钢，其致密度偏低，磁性能远远低于应用要求，这也是目前粉末烧结法制备高硅硅钢片未能广泛应用于工业生产的原因。如果能从粉末烧结的关键工艺上突破，在不显著提高其成本的情况下有效提高硅钢致密度，即能发挥粉末烧结工艺的优势，制备出致密度高、磁性能达到应用要求的高硅硅钢片。

取向硅钢与无取向硅钢相比，其磁性具有强烈的方向性，在易磁化方向上具有高磁导率与低损耗特性，主要应用于变压器的制造。根据我国电力系统统计的数据，每年全国电力损耗占总发电量的6-10%，而变压器中硅钢片的铁损损耗占输配电系统总损耗的40%以上，因此提高变压器用硅钢片的磁性能对于节约能源意义重大。如果能通过一定工艺使得高硅硅钢片具有一定取向度，则可以进一步提高产品磁性能，而目前尚未有工艺制备出具有高取向度的6.5%高硅硅钢片。 

发明内容

本发明的目的是提供一种粉末烧结工艺制备高致密度、高磁性能的含硅量6.5%高硅硅钢片的方法，并且制得的硅钢片具有一定取向度。

为达到上述要求，本发明构思如下：

粉末烧结法制备高硅钢片的主要问题在于硅钢致密度无法达到应用要求，而磁场经常被用于材料加工的过程中以提高材料性能，作为一种洁净的物理场，它既可以明显影响材料加工过程的热力学和动力学过程，同时又不会对材料引入污染。本发明在烧结过程中加入外加的稳恒磁场，利用磁场对Fe-Si粉末压坯的烧结致密化过程的促进作用，获得致密度高的6.5%Si高硅钢。

同时硅钢是一种铁磁性材料，在其烧结过程中加入稳恒磁场可以影响材料的晶粒生长取向。<100>晶向是硅钢的易磁化轴方向，此方向上的磁各向异性能最低，如果在烧结过程中加入稳恒磁场，<100>晶向与磁场方向平行的晶粒有较低的磁各向异性能作为额外的晶界迁移驱动力，促使该取向晶粒的总面积增加。硅钢片在平行于烧结磁场方向上的<100>取向度的提高，导致硅钢片在该方向上的磁化能比其它方向低，从而使得在这一方向上的磁性能得到提高，因此制得具有一定取向度的硅钢。

本发明采用下述技术方案：

一种粉末烧结法制备6.5wt%Si高硅硅钢片的方法，其特征是在烧结过程中加入稳恒磁场，利用磁场对Fe-Si粉末压坯的烧结致密化过程的影响，获得致密度高的6.5wt%Si高硅硅钢片，并使其易磁化轴沿磁场方向的取向度提高。