Одержання феритів

Ферриты одержують у вигляді кераміки і монокристалів. Завдяки невисокою вартості і відносній простоті технологічного циклу керамічні матеріали займають чільне місце серед високочастотних магнетиков.

При виготовленні ферритовой кераміки як вихідного сировини найчастіше використовують окисли відповідних металів. Загальна технологічна схема виробництва феритів багато в чому аналогічна схемою виробництва радіокераміки. Проте за отриманні матеріалів із наперед заданими магнітними властивостями пред'являються жорсткіші вимоги до вихідній сировині щодо його хімічної чистоти, ступеня дисперсности та хімічної активності. На відміну від электрорадиокерамики ферритовая кераміка не містить склоподібною фази; всі массопереноса при синтезі з'єднання заліза і спечення виробів відбуваються лише завдяки дифузії у твердій фазі.

Вихідні окисли піддають ретельному подрібнюванню і перемішуванню в кульових чи вібраційних млинах тонкого помелу, та був після брикетування чи гранулирования маси здійснюють попередній випал з єдиною метою ферритизации продукту, тобто. освіти феррита з окислів. Ферритизованный продукт знову подрібнюють і отриманий в такий спосіб ферритовый порошок йде формовку виробів. Попередньо його пластифицируют, причому у ролі пластификатора зазвичай використовують водний розчин поливинилового спирту.

Формование виробів найчастіше здійснюють методом пресування в сталевих прес-формах. Високої продуктивністю формовки відрізняється також метод гарячого лиття під тиском. І тут як пластифицирующего і зв'язувальної речовин застосовують парафін.

Отформованные вироби піддають спеканию за нормальної температури 1100-1400 ° З в контрольованій газової середовищі. Контроль газової середовища особливо необхідний на стадії охолодження, щоб уникнути виділення побічних фаз. Найбільшою чутливістю зміну тиску кисню характеризуються ферриты марганцю і тверді розчини з їхньої основі. У процесі спечення завершуються хімічні реакції у твердій фазі, усувається пористість, фіксується форма виробів. за рахунок процесу рекристалізації матеріал набуває певну зеренную структуру, яка серйозно впливає на магнітні властивості кераміки.

Ферриты є твердими й уразливими матеріалами, не що дозволяє виробляти обробку різанням і допускає лише шліфування і полірування. Для цих видів механічного оброблення широко використовують порошки карбіду кремнію і абразивні інструменти з синтетичних алмазів.

Розглянемо докладніше три найпоширеніші технологічні схеми виробництва феритів.

4.1. Основні технологічні схеми виготовлення феритів

Ферритовые вироби повинні суворо відповідати потрібним магнітним і електричним властивостями, геометричній форми і розмірам. У цьому мають бути використані найпростіші технологічні схеми при мінімальних витратах сировини, устаткування й енергії. Вихід придатних виробів може бути максимальним для обраної технологічної схеми.

У основі технології виготовлення феритів лежать технологічні прийоми, властиві виробництву керамічних виробів і виробів порошкової металургії. Тому більшість окремих операцій технологічної схеми виготовлення феритів запозичена з технологічної схеми виготовлення керамічних виробів і виробів порошкової металургії.

Можна виділити три найпоширеніші технологічні схеми виготовлення виготовлення феритів, заснованих на виключно:

1) механічному змішуванні вихідних речовин, у вигляді окислів і солей металів у кількості, відповідних хімічним складом одержуваного феррита;

2) термічному розкладанні відповідних солей металів;

3) спільному осадженні відповідних солей металів чи його гідратів

окислів.

Технологічна схему одержання феритів з урахуванням механічного змішування окислів і солей. Вихідними речовинами виготовлення феритів у цій технологічної схемою є окисли металів, взяті у відсотковому співвідношенні, що відповідає хімічної формулі одержуваного феррита. Іноді частина окислів то, можливо замінена углекислыми солями однойменного з окислом металу. Така заміна не впливає на характер окремих операцій та загальна схема процесу залишається незмінною. Іноді цю технологічну схему називають окисной чи керамічної.

Коротко охарактеризуємо кожну з операцій технологічної схеми. Аналіз вихідних окислів і солей виробляється визначення їх фізико-хімічних характеристик: якісного і кількісного змісту домішок, розміру й форми частинок порошкоподібних окислів і солей, активності компонентів.

Для одержання заданої феррита вихідна суміш повинна містити певні кількості з яких складається окислів і солей. І тому виробляють розрахунок вагових значень окислів і солей та його зважування.

Для одержання однорідної за хімічним складом і розміру частинок суміші зважені у необхідних пропорціях вихідні окисли і солі перемішують і розмелюють механічним шляхом. Помол і перемішування суміші роблять у вигляді сухих порошків (сухий помел), або у який-небудь рідини (мокрий помел).

При мокрому помоле по закінченні операції отриману суміш піддають сушінню до видалення вологи.

Після перемішування і помелу суміш (іноді його називають шихтою) брикетируют і гранулируют. Мета операцій - надати шихті більш компактну форму ( як циліндричних брикетів, сферичних гранул, таблеток) й забезпечити повніше, якісне перебіг реакцій, що відбувається на наступної стадії технологічного процесу - стадії попереднього випалу.

Брикеты, гранули чи навіть порошок, минулі операцію попереднього випалу, надходять на вторинний помел і перемішування. Мета цієї операції загалом той самий, як і першого перемішування і помелу. Але цього разі процес помелу повинен переважати над процесом перемішування, т.к. щільність і величину шихти після попереднього випалу значно більше, ніж у випадку вихідних окислів і солей.

Сушіння шихти після вторинного помелу і перемішування (Якщо ця технологічна операція здійснювалася у будь-якій рідини) аналогічна сушінню суміші після змішування і помелу вихідних порошків.

Операція формування служить щоб надати полуфабрикату вироби необхідної форми. Заради покращання формування готують пресспорошок (для шликерного лиття - шликеры) - суміш порошку ферритовой шихти і сполучних речовин, сприяють отриманню пластичних властивостей. І тому на порох вводять різні зв'язки, які б сцеплению окремих частинок і дозволяють плісень вироби досить міцні щодо наступних операцій.

Отформованные вироби проходять высокотемпературное збирання . Мета цієї операції - отримання ферритовых елементів з деякими магнітними і електричними параметрами.

Спеченые вироби (ферриты) піддають контролю, зокрема. по зовнішнім виглядом (на відсутність тріщин, раковин, тощо.); по геометричних розмірам (щодо відповідності кресленню); визначенню магнітних, електричних і фізико-механічних характеристик (щодо відповідності технічних умов). За результатами контролю вироби поділяють на придатні і браковані.

Технологічна схема, джерело якої в термічному розкладанні солей. Ця технологічна схема має багато загальних операцій із попередньої. Зазначимо лише ті операції, що її відрізняють.

Термическое розкладання солей пов'язана з тим, що на посаді вихідних речовин застосовують розчинні сернокислые, азотнокислые, солянокислые солі металів, відповідних складу феритів. Кожну сіль грубо подрібнюють до розміру частинок 1-2 мм перемішують. Потім солі вміщують у відповідний посудину разом із водою (згідно 1 л води на щоп'ять кг солі), нагрівають суміш до кипіння і після повного випаровування води піддають остаточному зневоднення з єдиною метою видалення кристаллизационной води шляхом подальшого нагріву суміші солей до 300 ° З. Процес зневоднення досить тривалий (до 24 год залежно від природи використовуваних солей). Наступною операцією є термічне розкладання солей - депотріскування суміші при 900-1000 ° З в керамічних посудинах (тиглях) до видалення газів - продуктів розкладання. Тривалість цієї операції - 3-5 год.

Слід зазначити, у разі термічного розкладання солей можна поєднати операції прокаливания солей і попереднього випалу, у разі зайвими в брикетуванні і гранулировании.

Технологічна схема, джерело якої в спільному осадженні вуглекислих солей. Ця схема як і, як і попередня, має багато з керамічної схемою виготовлення феритів. Розглянемо відмітні операції цієї схеми. Солі змішують і розчиняють в дистильованої воді. Растворы солей і осадителя після фільтрації поступово зливають при безупинному перемішуванні, іноді нагріваючи суміш з прискорення процесу осадження. Отриманий осад кілька разів промивають на воді чи слабкому розчині осадителя видалення розчинних домішок. Чистоту відмивання контролюють утримання певних іонів (наприклад, при розчиненні сернокислых солей здійснюється контроль на повноту відмивання від іонів SO 4 ).

Переваги й недоліки різних технологічних схем. Перевагою виготовлення феритів механічним змішуванням окислів і солей (керамічний спосіб) можна віднести: можливість точного дотримання заданого хімічного складу; отсуствие відходів та що з цим переробки менших кількостей сировини; відсутність шкідливих виділень; простоту технологічної схеми.

Недоліки керамічного способу - необхідність ретельного подрібнення і змішування вихідних солей і окислів щоб одержати однорідної хімічної суміші.

Переваги інших розглянутих схем виготовлення феритів є: отримання дуже однорідних за хімічним складом сумішей, мало що потребують подальшому перемішуванні; отримання високої хімічної активності шихти. До вад цих схем ставляться: труднощі, пов'язані з точним дотриманням хімічного складу феритів завдяки можливості втрат окремих компонентів при розчиненні і осадженні через різної розчинності вихідних солей; необхідність великих кількостей вихідних речовин; виділення відходів, забруднюючих повітря чи стічні води.

4.2. Вихідний сировину й матеріали, застосовувані виготовлення феритів

Ферриты отримують при високотемпературної обробці суміші окислів, вступників між собою у реакцію у твердій фазі. Боротьба, що у своїй взаємна дифузія іонів металів призводить до утворення сполук типу МеFe 2 O 4 чи більш складних типів залежно від природи феррита. Для взаємної дифузії іонів необхідний контакт між окремими частинками окислів (саме окислів, т.к. при розкладанні солей утворюються також окисли, які беруть участь у освіті феррита). Усі чинники, що призводять до підвищення швидкості взаємної дифузії іонів при нагріванні суміші порошків, сприяють прискоренню освіти феритів. До трьох чинників ставляться, наприклад, величина частинок реагують речовин, взаємний контакт, тощо.

Виготовлені промисловістю окисли і солі, використовувані для феритів, різняться з їхньої кваліфікації, наприклад "Ч" - чисті, "ЧДА" - чисті для аналізу, "ХЧ" - хімічно чисті й ін. Ці окисли відрізняються за рівнем частоти, тобто. кількісному змісту домішок. Наприклад, нікель вуглекислий (NiCO3), кваліфікації "ЧДА", що його випускає промисловістю по ГОСТ 4466-48 містить такі домішки (в %): речовини, нерозчинні в соляної кислоті - 0,01; хлориди - 0,005; сульфіти - 0,01; залізо - 0,001; кобальт - 0,05; цинк - 0,05; лужні і щелочноземельные метали (як сульфатів) - 0,4. На тому солі, але кваліфікації "Ч" зміст домішок більше. З іншого боку, може змінитися, й якісний склад домішок.

Вихідні речовини різняться також із розміру і малої форми частинок, удільної поверхні, активності. У цьому сировину відрізняється з змісту домішок та змісту вологи (вологості) як і різноманітних партіях, і у різних упаковках партії. Тому, за виробництві феритів вихідні матеріали усредняют: перемішують різні партії сировини й різні упаковки партії. Зміст основного речовини визначають на усереднених партіях сировини.

Реакція у твердій фазі (при нагріванні порошків) протікає неоднаково в окислах, очищених від домішок, і містять домішки. Встановлено, що наявність деяких домішок, зазвичай, сприяє процесам, протекающим при реакції в твеердой фазі. Але дуже важливо задля кожного виду феррита визначити припустимий якісний і кількісний склад домішок, що дозволить полусать однакові за характеристиками ферриты в різних партіях вихідного сировини. Від цього, у значною мірою залежать повторюваність і відтворюваність технологічного процесу набуття феритів.

Критерії оцінки якості вихідного сировини для феритів необхідно встановити й на інших фізико-хімічним параметрами. До цього часу, проте, такі критерії для вихідних речовин не вироблені. Тому не виникає потреба у доборі вихідного сировини експериментальним шляхом: виготовленням пробних партій феритів із різних партій сировини й відповідної коригування технологічних процесів.

Окис заліза є основним складовою частиною всіх феритів. Її фізико-хімічні характеристики надають визначальним чином вплинути на ті характеристики ферритовых елементів. Окис заліза має три модифікації: a - Fe 2 O 3 - парамагнитная, g і d - Fe 2 O 3 - обидві феромагнітні. У тому числі d - Fe 2 O 3 зберігається лише за низької температури і за нагріванні до 110 ° З перетворюється на a - Fe 2 O 3 . Температурний інтервал g - Fe 2 O 3 різний для різного стану g - Fe 2 O 3 і властивостей домішок. Зазвичай промислова окис заліза містить суміш a - Fe 2 O 3 і g - Fe 2 O 3 , у своїй найактивнішої складовою є g - Fe 2 O 3 . Що неї давав, тим активніше ферритовая шихта. Тому, за виробництві феритів важливо знати співвідношення цих модифікацій Fe 2 O 3 в вихідної окису заліза.

Відсоткове їх можна регулювати з допомогою магнітного поділу g і a модифікацій, враховуючи, що g - Fe 2 O 3 - магнитна, а a - Fe 2 O 3 - немагнитна.

Рубрики: Электродинамика