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1 前言
鉴于新技术的开发与新的无线通讯装置的广泛采用,现在越来越多地使用无线数据通讯。如今,像无线调制解调器、ＰＣ卡和ＵＳＢ接头之类装置,已都是桌上到掌上各类电脑的插件或嵌置件了(图1)。随着电子电路的尺寸减小和到处都是便携式的电子装置,电子元件与其他装置间的电磁干扰已成为一个严重问题,电磁辐射也会有害人身健康。因此设计电子电路时,必须考虑电磁辐射。
屏蔽是一种防止电磁干扰的有效方法。常用金属屏蔽来隔离电路以防止辐射逸出。传统的金属屏蔽罩是用冲压电工硅钢片制成的,最后,将几个硅钢屏蔽罩装在印刷电路板中,这使得装配线作业复杂,难以实现自动化。
另一种设计是用金属箔密封金属框,从而对每一电路进行电磁屏蔽。这种框用冲压制造时,零件尺寸失真,且平直度不好,因此不经济。为解决屏蔽框制造问题,毅金工业有限公司开发了用粉末冶金工艺制造屏蔽框。图2所示为研制出的用于一具体印刷电路板电路烧结铁框。
2 技术难题
粉末冶金工艺很适用于大批量生产这类的零件。它可以为印刷电路板的各种设计生产形状复杂的零件且不浪费材料。可是,制造这种铁框在技术上并非易事。由于这种装置小型化,电子电路日趋减小,从而这种铁框也越来越小。这种铁框壁厚可薄至0 8ｍｍ,因此很难制作。它必须有足够高的生坯强度,才能承受脱模和进入烧结炉前生坯的搬运。在早期开发中,使用传统润滑剂,诸如硬脂酸锌与ＥＢＳ腊等进行过生产试验,生坯废品率高达50%。面临的技术难题是寻找一条提高生坯强度和降低生坯废品率的途径。兹将提高生坯强度的几种方法说明如下[1]:
1)用温压提高生坯密度;
2)通过采用模壁润滑减少或消除混合粉中的润滑剂;
3)采用新近开发的高生坯强度润滑剂。考虑到生产成本与现有设备,选择了用高生坯强度润滑剂来生产屏蔽框。
3 高生坯强度润滑剂
新近开发出具有良好润滑性能的新聚合物润滑剂,使得有可能通过压制达到高生坯强度。Ｔｒｅｍ ｂｌａｙ等人[2,3]开发的新润滑剂系列(ＢＭ系列)可使生坯在切削加工时具有所需要的足够高的生坯强度。根据压坯密度与切削加工条件,ＢＭ系列(图3)可能需要选择一种固化处理方法。
可是,这种润滑剂系列是为零件脱模温度高于50℃的大型零件而开发的,50℃是润滑剂有效达到高生坯强度所需要的温度。由于烧结铁框纤薄,对模壁的摩擦不可能产生高于50℃的温度。因此,对烧结铁框的生产试验选择了另一种高生坯强度润滑剂系列,其代号为ＣＲ系列。
4 用于高生坯强度的ＣＲ系列
ＣＲ系列是专门为在室温下压制需高生坯强的压坯而选取的,以期减少生坯搬运时的碎裂。学组成与粒度皆列于表1,并列出ＥＢＳ蜡与硬脂锌润滑剂作为参照。
先以实验室规模,用含0 75%润滑剂的ＦＣ0205混合粉对ＣＲ系列进行了测试。图4为ＦＣ0205混合粉的松装密度与流动性。含ＣＲ润滑剂的混合粉比添加传统润滑剂ＥＢＳ蜡或硬脂酸锌者松装密度低、流速慢。因为模具的装粉深度浅,因此,较低的松装密度与较慢的流速对制造烧结铁框并不重要。必要时,可采用粘接剂处理技术(ＦＬＯＭＥＴ)来提高流速。
将混合粉压制到密度为6 8ｇ/ｃｍ3,按照美国金属粉末工业联合会(ＭＰＩＦ)的试验标准测定生坯强度。然后压坯在90Ｎ2∶10Ｈ2气氛中,1120℃烧结25ｍｉｎ。测定烧结件的横向断裂强度(表2)。
这三种润滑剂对压缩性与烧结件强度并没有大的影响,可是添加ＣＲ系列的压坯,其生坯强度几乎是添加硬脂酸锌者的两倍,比添加ＥＢＳ蜡者提高50%。
5 用于磁性材料
为烧结铁框选用的是磁性材料———ＭＰＩＦ标准中的ＦＹ4500,这是一种添加磷铁(0 45%Ｐ)的铁基粉末。众所周知,磁性能与零件密度和材料纯度直接有关。为使磁性能达到最大,采用高纯水雾化粉末ＡＴＯＭＥＴ1001ＨＰ作为基础铁粉。表3、表4分别列出了ＡＴＯＭＥ1001ＨＰ的化学成分和性能。
这种铁粉杂质含量非常低,压缩性高,用600ＭＰａ压制压力一次冷压,密度就可达到7 2ｇ/ｃｍ3。高纯度粉末有利于对磁性材料获得高磁导率、高磁感应强度和低的矫顽力。表5列出了ＦＹ4500(ＡＴＯＭＥＴ1001ＨＰ+0 45%Ｐ)的典型磁性能,试样是在氢基气氛中,1120℃烧结60ｍｉｎ制成的。
6 烧结铁框生产与讨论
混合粉:ＡＴＯＭＥＴ1001ＨＰ+0 45%Ｐ+0 5%ＣＲ润滑剂。用含0 5%ＥＢＳ蜡的混合粉作为参考(表6).
压制:在压机速度15件/ｍｉｎ的60ｔ机械压机上,于室温下一次压制到生坯密度>7 1ｇ/ｃｍ3。将压坯人工搬置在烧结板上。
烧结:一个烧结板上放置10个铁框,在连续网带烧结炉中,于Ｎ2/Ｈ2气氛中,1120℃烧结30ｍｉｎ。图5示烧结态的铁框。
后续处理:为改进印刷电路板钎焊时的表面接触和润湿性,表面要进行磨加工与镀锡。
讨论:用含ＥＢＳ润滑剂的混合粉进行的生产试验表明,因生坯碎裂造成的废品率高达50%。采用高强润滑剂ＣＲ系列时,可显著增高生坯强度,从而使压坯易于搬运。因而,可将废品率降低至百分之几。下一步的工作是用自动生坯运送装置代替人工,目的是完全消除生坯碎裂。
7 结论
用粉末冶金技术与高生坯强度润滑剂ＣＲ系列开发出了一种软磁烧结铁框。ＣＲ润滑剂能够大大提高生坯强度,有效地减低生坯破碎,使之能够更经济的生产烧结铁框。
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