книги из ГПНТБ / Стабильность свойств ферритов. (Анализ физических свойств при внешних воздействиях, прогнозирование. Элементы проектирования)

Коэффициент теплопроводности ферритов можно представить в следующем виде [127]:

ской решетки, обусловленная фонон-фононовым взаимо­ действием, рассеянием фононов на дефектах, искажения­ ми решетки, посторонними включениями и при очень низ­ ких температурах рассеянием фононов на границах кри­

излучением, которая зависит от коэффициентов поглоще­

(4.45) и (4.46) позволила пренебречь их влиянием ввиду малости по всем исследуемом температурном интервале и считать измеряемую теплопроводность обусловленной только фононной '(решеточной) и магнитной компонента­ ми. Результаты исследования теплопроводности Ni-Zn ферритов при ^общ=1300сС как функции от состава при различных температурах приведены на рис. 4.20. На кри­ вых в общем случае наблюдается два максимума, один

218

Т А Б Л И Ц А 28

Примечание. Параметры ферритов, за исключением Гилотности, измерялись на образцах, полученных при ^0бж=1573 К. Здесь W —средняя скорость распростра­

нения продольных звуковых колебаний.

из которых связан с температурой Кюри состава и сме­ щается с изменением Ѳс составов, второй — наблюдается только для состава х = 0 Д при / —78 °С оба максимума сливаются, что объясняется спецификой его структуры. При х — 0,3 наблюдается наибольшее значение максиму­ ма начальной магнитной проницаемости, наибольший размер зерен (табл, 28), высокая химическая устойчи­ вость при высоких температурах, что указывает на высо­ кую структурную упорядоченность этого состава, приво­ дящую к увеличению его теплопроводности вследствие увеличения длины свободного пробега фононов. Магни­ тоструктурные свойства ферритов различных составов представлены в табл. 28. Что касается общего вида зави­

наложением аномалий. Такой характер зависимости Х=

рых, нарушением порядка кристаллической решетки при замещении цинка никелем и увеличением интенсивности процесса рассеяния фононов, а также изменением коэф­ фициента энгармонизма колебаний решетки [смформу­ лу (4.48)] и, в-третьих, увеличением сил связи решетки

219

вследствие увеличения энергии косвенного обменного взаимодействия, которая для х = 0,3 составляет 0,04 X ХІО“ 19 Дж, а для состава х= 1— 0,08510~19 Дж.

На рис. 4.21 представлены кривые k=f(to6m): на кри­ вых виден рост коэффициента теплопроводности с повы­ шением температуры обжига составов. -При этом для состава х = \ с возрастанием /0бж от 1100°С до 1350 °С коэффициент теплопроводности возрастает на 52% от своего номинального значения, в то время как для соства х = 0,3 — всего на 22%'. Измерение скорости звука в зависимости от ^0бж в этом же интервале температур для состава л;=1 показало, что коэффициент теплопро-

Рис. 4.21. пикам при ^обж=1200°С. На рис. 4.22 приведены зависимости удельной теп­

лоемкости некоторых промышленных марок ферритов со структурой шпинели в температурном интервале — 60.-.200°С, где кривые 1 — 4 соответствуют маркам ЗСЧ7; 8СЧ5; ЗОСЧ; ЗСЧ8. Следует учитывать, что все

220

приведенные величины коэффициента теплопроводности Ni-Zn и Mg-Cr поликристаллических феррошпинелеіі справедливы для реальной пористости образцов (табл. 28, 29). Теплофизические свойства и структурные парамет­ ры ферритов различного состава приведены в табл. 29. При необходимости эти результаты можно привести к любой пористости, воспользовавшись формулой (4.51).

На рис. 4.23 приведены зависимости коэффициентов теплопроводности (кривая 1), удельной теплоемкости (кривая 6) и некоторых структурных свойств Mg-Cr феррошпинелей от их состава при комнатной температу­ ре (кривая 2 для Wi, кривые 3 и 4 для ур и ув соответст­ венно, кривая 5 для Р).

221

На рис. 4.24 приведены зависимости коэффициента температуропроводности этих ферритов от состава при различных температурах исследования.

Из рисунков видно, что коэффициенты тепло- и тем­ пературопроводности Mg-Cr феррошпинелей заметно убывают с ростом х, при этом на кривой, соответствую­ щей х=0,4, наблюдаются максимумы.

222

Общий характер зависимостей Л.—f(x) и a= f(x) мож­ но понять из анализа формул (4.43), (4.50) и (4-53). Вопервых, с ростом X уменьшается плотность образцов (рис. 4.23, кривая 4) почти в два раза и возрастает пори­ стость (кривая 5), что уменьшает скорость распростра­ нения звуковых волн (кривая 2) и уменьшает тем самым коэффициенты тепло- и температуропроводности [см. (4.50) и (4.53)], во-вторых, с ростом х увеличивается кислородный параметр решетки, что приводит к искаже­ нию октаэдров и способствует рассеянию фононов, и в-третьих, по мере замещения ионов железа ионами хро­ ма изменяется коэффициент энгармонизма тепловых колебаний решетки в соответствии с (4.48). Что касается максимумов при х—0,4, то это явление можно объяснить спецификой структуры данного состава. Из рис. 4.24 видно, что данный максимум наблюдается при t>Qc (это указывает на его немагнитную природу). По данным микрошлифов при х = 0,4 наблюдается наиболее равно­ мерное зерно с кристаллами правильной формы и близ­ ких размеров, кроме того, средний размер зерен в этом составе достигает максимума. -Структурные особенности данного состава способствуют росту тепло- и температу­ ропроводности, так как рассеяние фононов на границах зерен с увеличением размеров последних должно умень­ шаться.

В табл. 29 приведены экспериментальные значения удельной теплоемкости для всех составов, а также значе­ ния теплоемкости, рассчитанные по формуле (4.43)- Ве­ личины удельной теплоемкости для хромита и феррита магния в пределах погрешности эксперимента совпадают с данными, приведенными в [97, 173, 195]. Как видно из табл. 29, опытные и расчетные данные согласуются в пре­ делах суммарной ошибки определения К, а и у. Расчет величин удельной теплоемкости производился по форму­ ле Неймана — Коппа:

значения теплоемкости хорошо совпадают. Однако для состава х = 1 экспериментально определенная удельная теплоемкость оказывается на 1 2 % меньше расчетной.

223

Рис. 4.25.

Zn ферритов, что обусловлено уменьшением средней дли­ ны свободного пробега фононов с ростом температуры.

компонента механизма переноса тепла, которая с ростом

с ростом л: объясняется влиянием магнитной компоненты а для составов (х = 0 ... 0,3). Что же касается составов х=0,4 ... 0,8, точки Кюри которых лежат ниже иссле­ дуемого интервала температур, то для них вид зависимо­

Аномалии на функциях a= f(t) обусловлены исчезно­ вением спонтанной намагниченности, что вызывает изме­ нение упругих констант кристалла. Зависимости удель­ ной теплоемкости от температуры (кривые 8—10) имеют сильно размытые аномалии в районах точек Кюри, что хорошо согласуются с аномалиями функций a=f(t). Проведенная нами аппроксимация функций C=f(t) по­ зволила вывести следующую эмпирическую зависимость в интервале температур 800 ... 2 290 К:

Размытость аномалий функции C= f{t) в некотором тем­ пературном интервале подтверждается теоретическими исследованиями [75], согласно которым теплоемкость в точке Кюри не обязательно должна претерпевать ска­ чок (скачок является одной из возможных форм анома­ лий теплоемкости). Можно также предположить, что аномалии теплоемкости в какой-то степени искажены концентрационными неоднородностями исследуемых поликристаллических образцов.

На рис. 4.26 приведены температурные зависимости удельного теплового сопротивления некоторых марок

феррошпинелей, широко используемых в практике: 4000НМ, 6000НМ, 3000НМ, 700НМ (кривые 1—4 соот­ ветственно). Температурные зависимости коэффициента теплопроводности для этих ферритов аналогичны зави­ симостям для феррошпинелей, рассмотренным нами ра­ нее, т. е. также наблюдается отклонение от закона Эйке­ на, характерные аномалии в районе точек Кюри и изме­ нение характера наклона функций X=f(t) до и после точки Кюри. Для приведенных составов справедлива фи­ зическая интерпретация экспериментальных результатов теплофизических свойств феррошпинелей, приведенная выше. В табл. 30 приведены теплофизические свойства основных промышленных марок феррошпинелей в тем­ пературном интервале — 60 ... 150 °С.

Ферриты со структурой типа граната и гексагонали. В качестве основных объектов исследования были вы­ браны партии поликристаллических ферритов со струк-

226