臺灣博碩士論文加值系統

隨著全球暖化問題日益嚴重，各國對於節能減碳的要求日漸急迫，而根據聯合國環境規劃署(UNEP)的報告，全世界的用電量有超過53%是馬達消耗，因此，如何讓馬達的性能提高，以達到節能減碳的目的，成為業界努力的目標。
本研究主要是探討作為馬達定子的鐵氧體磁石，當電流通過電線時，會與鐵氧體磁石的磁場相互作用，產生力矩，從而驅動轉子轉動，而特性越高的鐵氧體磁石可以更有效地將電能轉換為磁能而不損失能量、在運行過程中產生的熱量和機械損耗也會減少，因此可以使用較低的電流就可以產生足夠的磁場，減少能量的浪費，提高馬達的整體效率。
本研究目的在於鐵氧體磁石之磁粉微粉碎生產製程中，變更生產參數來提高原料特性，進而增加最終鐵氧體磁石特性，研究利用田口品質工程法,固定鐵氧體原料投入量，改變四種參數條件(研磨介質、分散劑、球磨時間以及鋼珠投入量)，分析球磨效果的影響，由實驗結果顯示，研磨介質：純水、分散劑：十二烷基硫酸鈉、研磨時間：15小時、鋼珠投入量：3300g為最佳實驗測試參數。其殘留磁束密度(Br)為3916 G較目前量產3746 G可提高170G，而其磁能積((BH)max)為3.566 MGOe，較目前量產的磁能積3.281 MGOe，提高0.285 MGOe。

As global warming becomes increasingly severe, the demand for energy conservation and carbon reduction is becoming more urgent in various countries. According to a report by the United Nations Environment Programme (UNEP), more than 53% of the world's electricity consumption is used by motors. Therefore, improving motor performance to achieve energy conservation and carbon reduction has become a goal for the industry.
This study primarily investigates the ferrite magnets used as motor stators. When current flows through the wire, it interacts with the magnetic field of the ferrite magnets, generating torque that drives the rotor. Higher quality ferrite magnets can more efficiently convert electrical energy into magnetic energy without energy loss, reducing the heat and mechanical losses generated during operation. Consequently, a sufficient magnetic field can be generated using lower currents, reducing energy waste and enhancing the overall efficiency of the motor.
The purpose of this study is to improve the characteristics of raw materials in the production process of ferrite magnetic powder micro-grinding to enhance the final properties of ferrite magnets. The study employs the Taguchi quality engineering method, maintaining a fixed amount of ferrite raw materials and altering four parameter conditions (grinding media, dispersant, ball milling time, and steel ball input quantity) to analyze the effects of ball milling. The experimental results indicate that the optimal test parameters are: grinding media - pure water, dispersant - Sodium dodecyl sulfate, grinding time - 15 hours, and steel ball input quantity - 3300g. The residual magnetic flux density (Br) is 3916 G, which is an increase of 170 G from the current mass production value of 3746 G. The magnetic energy product ((BH)max) is 3.566 MGOe, which is an improvement of 0.425 MGOe over the current mass production value of 3.281 MGOe.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
第二章 基本理論 3
2.1 磁性材料分類 3
2.1.1 硬磁材料 4
2.1.2 軟磁材料 7
2.2 磁性材料的磁性來源 7
2.2.1 鐵氧體磁石的磁結構 8
2.2.2 鐵氧體磁石的性能 11
2.2.3 鐵氧體磁石的製程與應用 14
2.3 粉體的分散與分散劑 16
2.4 粒徑分析方法 19
2.5 粒徑的影響與回顧 21
2.6 田口品質工程法 23
2.6.1 田口品質工程法實施步驟 24
2.6.2 直交表 25
2.6.3 信號雜訊比 25
2.6.4 變異數分析 26
第三章 研究規劃與方法 29
3.1 實驗原料 29
3.2 確認實驗因子與水準 32
3.3 選擇直交表 34
3.4 鐵氧體原料與磁石製作 35
3.4.1 實驗用藥品 35
3.4.2 鐵氧體原料微粉碎 36
3.4.3 磁石生胚成型 38
3.4.4 燒結與研磨 40
3.5 實驗檢測設備 41
3.5.1 粒徑分析儀 (Sympatec) 41
3.5.2 磁性分析儀(B-H curve tracer) 42
3.5.3 掃描式電子顯微鏡(SEM) 43
第四章 實驗結果與討論 45
4.1 實驗結果 45
4.2 實驗結果分析 47
4.2.1 S/N信噪比因子水準分析 47
4.2.2 平均數的因子水準分析 50
4.3 ANOVA實驗變異數分析 53
4.4 最佳參數驗證 54
4.5 最佳參數晶粒結構分析 55
第五章 結論 60
5.1 研究結論 60
5.2 未來研究建議 61
參考文獻 62

[1]M. Farghali, ”Strategies to save energy in the context of the energy crisis: a review,” Environ. Chem. Lett., 21, 4, 2003–2039, 8 2023.
[2]U. N. Environment, ”Accelerating the Global Adoption of Energy-efficient Electric Motors and Motor Systems | UNEP - UN Environment Program me,” 8.27.2024.
[3]和氣剛, 「永久磁石用フェライト化合物のLa-Co置換による磁気異方性向上原理の研究」, 粉体および粉末冶金, 卷 69, 期 4, 頁 149–154, 2022.
[4]L. Lechevallier, J.-M. Le Breton, J. Wang及I. R. Harris, ”Structural and Mössbauer Analyses of Ultrafine Sr1-xLaxFe12-xZnxO19 and Sr1-xLaxFe12-xCoxO19 Hexagonal Ferrites Synthesized by Chemical Co-Precipitation,” J. Phys. Condens. Matter, 16, 5359, 7 2004.
[5]J. Töpfer, S. Schwarzer, S. Senz及D. Hesse, ”Influence of SiO2 and CaO additions on the microstructure and magnetic properties of sintered Sr-hexaferrite,” J. Eur. Ceram. Soc., 25, 9, 1681–1688, 6 2005.
[6]H. Shokrollahi, ”A review of the magnetic properties, synthesis methods and applications of maghemite,” J. Magn. Magn. Mater., 426, 74–81, 3 2017.
[7]王自敏等, 「一种永磁铁氧体预烧料的粉碎工艺」, CN102553683B, 2014年6月4日 引見於: 2024年8月27日。
[8]J. S. Lawler, J. M. Bailey, J. W. McKeever J. Pinto, ”Limitations of the conventional phase advance method for constant power operation of the brushless DC motor,” Proceedings IEEE SoutheastCon 2002 (Cat. No.02CH37283), 174–180, 4 2002 .
[9]R. C. Pullar, ”Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics,” Prog. Mater. Sci., 57, 7, 1191–1334, 9 2012.
[10]Y. Yang, F. Wang, X. Liu, J. Shao D. Huang, ”Magnetic and microstructural properties of Al substituted M-type Ca–Sr hexaferrites,” J. Magn. Magn. Mater., 421, 349–354, 1 2017.
[11]李輝煌 (工程), 「田口方法: 品質設計的原理與實務」，高立出版社，2011。
[12]胡伯平, 「稀土永磁材料: 上册」，冶金工业出版社， 2017。
[13]J. Dho, E. K. Lee, J. Y. Park N. H. Hur, ”Effects of the grain boundary on the coercivity of barium ferrite BaFe12O19,” J. Magn. Magn. Mater., 285, 1, 164–168, 1 2005.
[14]C.C. Huang, Yung-Hsiung M.-F. Kuo, ”Study of the Effect of Specific Surface Area and Purity of Fe2O3 on the Magnetic Properties of Sr-Hexaferrites,” IEEE Trans. Magn., 52, 10, 1–9, 10 2016.
[15]簡誌良，「鍶系鐵氧體磁石的配向成形對馬達特性之影響研究」，碩士論文，國立台北科技大學材料科學與工程研究所， 2023。
[16]雪球，「磁性材料：应用领域、市场测算、产业链及相关公司梳理」，慧博資訊，2023。
[17]J. Park, ”Maximum energy product at elevated temperatures for hexagonal strontium ferrite (SrFe12O19) magnet,” J. Magn. Magn. Mater., 355, 1–6, 4 2014.
[18]T. O. Helbig, ”Demagnetizing and hardening mechanisms in Nd-Fe-B and Sr-hexaferrite permanent magnets,” Ph.D. Thesis, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt, 2018.
[19] 王自敏等，「永磁铁氧体生产工艺技术」，科学出版社,，2015。
[20] 張文成，「高性能稀土永久磁石之研究發展」，物理雙月刊，22，6，571，2000。
[21]A. Lascialfari, M. Filibian, C. Sangregorio P. Carretta, ”In vivo biomedical applications of magnetic resonance and magnetic materials,” Riv. Nuovo Cimento, 36, 6, 211–271, 6 2013.
[22]F. X. Kools, ”Science and technology of ferrite magnets: Modelling of coercivity and grain growth inhibition,” 1, 2004.
[23]小林義徳, 「Ca-La-Co系M型フェライト磁石の開発とその高性能化に向けた研究」, PhD Thesis, 大阪大学, 2017.
[24] 陳冠傑，「磁性材料介紹」，中國鋼鐵股份有限公司，2016。
[25]高濂及劉陽橋, 「奈米粉體的分散及表面改性」，五南圖書出版股份有限公司,，2005。
[26]李宗翰，「ITO 粉末的分散行為研究」，碩士論文，淡江大學機械與機電工程學系研究所， 2003。
[27]G. W. Gee及J. W. Bauder, ”Particle-size Analysis,” Methods of Soil Analysis, John Wiley & Sons, Ltd, 383–411, 1986.
[28]田民波，「磁性材料关键工艺技术分析研究」，磁性材料及元器件情报网，頁18-32，1997。
[29] 田民波，「磁性材料」，清华大学出版社有限公司,，2001。
[30]T. Wriedt, ”Mie Theory: A Review,” The Mie Theory: Basics and Applications, W. Hergert T. Wriedt, Berlin, Heidelberg: Springer, 53–71, 2012.
[31]S. A. Morrison, ”Magnetic and structural properties of nickel zinc ferrite nanoparticles synthesized at room temperature,” J. Appl. Phys., 95, 11, 6392–6395, 6 2004.
[32]E. P. Wohlfarth, ”Relations between Different Modes of Acquisition of the Remanent Magnetization of Ferromagnetic Particles,” J. Appl. Phys., 29, 3, 595–596, 3 1958.
[33]B. D. Cullity C. D. Graham, ” Introduction to Magnetic Materials,” John Wiley & Sons, 2011.
[34]S. Sun H. Zeng, ”Size-Controlled Synthesis of Magnetite Nanoparticles,” J. Am. Chem. Soc., 124, 28, 8204–8205, 7 2002.
[35]R. H. Kodama, ”Magnetic nanoparticles,” J. Magn. Magn. Mater., 200, 1, 359–372, 10 1999.
[36]A.-H. Lu, E. L. Salabas F. Schüth, ”Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Protection, Functionalization, and Application,” Angew. Chem. Int. Ed., 46, 8, 1222–1244, 2007.
[37]林李旺 (統計學)，「突破品質水準: 實驗設計與田口方法之實務應用」，全華圖書，2013。
[38]王耀申，「應用田口方法對研磨原液回收系統之效益評估研究」，碩士論文，元智大學工業工程與管理學研究所， 2016。
[39]吳宏達，「結合田口與多屬性決策法求解多重品質特性之穩健設計-以鋰電池銲接製程為例」，碩士論文，國立成功大學工程管理研究所， 2015。
[40]S. Maghsoodloo, G. Ozdemir, V. Jordan C.-H. Huang ,”Strengths and limitations of taguchi’s contributions to quality, manufacturing, and process engineering,” J. Manuf. Syst., 23, 2, 73–126, 1 2004.
[41]楊宛儒，「運用田口方法改善塑膠射出成型翹曲變異量之製程參數最佳化-以儀錶板上蓋為例」，碩士論文，逢甲大學智能製造與工程管理研究所， 2023。