книги из ГПНТБ / Авилов Г.В. Изготовление магнитных лент для кинематографии

таллической решетке не отличаются от ферропорошков с кубической формой частиц, однако по магнитным свой­ ствам они имеют существенное преимущество.

Частицы порошка с игольчатой формой кристалла имеют различные магнитные показатели при намагничи­ вании вдоль оси частиц и в поперечном направлении, т. е. обладают магнитной анизотропией, связанной с фор­ мой частиц. Намагниченность частиц тем больше, чем больше отношение длины частиц к ее поперечному сече­ нию. Это означает, что остаточная индукция в направле­ нии длинной оси частиц оказывается значительно боль­ шей, чем в поперечном направлении, и дает возможность увеличить чувствительность получаемого носителя маг­ нитной записи звука. Кроме того, как указывает И. Ешке [55], коэрцитивная сила окисей железа зависит от крис­ таллической структуры и от величины первичных частиц, причем она тем больше, чем больше отношение длины ча­ стиц к диаметру.

Повышенная коэрцитивная сила порошка способству­ ет получению лучшей частотной характеристики и хоро­ шей сохраняемости фонограммы, а также устраняет воз­ можность случайного стирания магнитной фонограммы и зашумления при перемагничивании под действием пере­ менного поля.

Ч. Ми [94] также указывает, что игольчатые частицы •уРегОз соответствуют основным требованиям, предъявля­ емым к порошкам для магнитных лент, поскольку с по­ мощью ориентации таких частиц можно получить боль­ шее отношение остаточной -намагниченности к намагни­ ченности насыщения. Кроме того, анизотропия формы зависит лишь от геометрии частиц и намагниченности на­ сыщения; поэтому намагниченность сравнительно устой­ чива при изменениях температур, поскольку точка Кюри для этой окиси равна 675° С. При обеспечении хорошей однородности формы и размеров частиц можно добиться соответствующей однородности полей перемагничивания частиц в рабочем слое ленты. Увеличение однородности полей перемагничивания частиц позволит, по-видимому, улучшить, запись в области коротких волн. И, наконец, со­ отношение остаточной намагниченности и коэрцитивной силы у уРегОз достаточно мало, чтобы свести на нет по­ тери из-за самораз'магничивания.

Для получения ферромагнитного порошка игольчатой формы, по Ф. Кронес [156], исходным продуктом служит раствор, который получается путем окисления в воздухе

22

при низкой температуре гидрата окиси железа. При этом получается тонкодисперсный гидрат окиси железа (заро­ дыш) :

4FeS04 • 7 Н 2 0 + — — + 8NaOH -> 2Fe2 03 • FLO +

воздух

+ 4Na2 S04 + ЗОН 2 0 .

Затем, вдувая в полученную суспензию воздух при по­ вышенной температуре в присутствии металлического же­ леза и его сульфата, выращивают частицы гидрата окиси железа (зародыши) до желаемых размеров:

Полученный магнетит при дальнейшей сушке при тем­ пературе около 250° С окисляется в бурую у-окись же­ леза:

Переход желтого гидрата окиси железа сначала в чер­ ный магнетит, а затем в бурую у-окись железа не вызыва­ ет изменения игольчатой формы частиц. Их средняя дли­ на — около 1 мкм, а диаметр — около 0,1 мкм, т. е. соот­ ношение 10 : 1. Чем меньше частицы порошка, тем больше их коэрцитивная сила.

Для производства магнитных лент используют пре­ имущественно этот порошок, причем по возможности при­ меняют ориентацию кристаллов игольчатой формы во время полива.

Фирмой «Кодак—Пате» в 1952 г. разработана иголь­ чатая окись железа. Производство магнитных лент на базе этого порошка позволило улучшить такие показате­ ли магнитных лент, как копирэффект, чувствительность на всех частотах, нелинейные искажения, что дало возмож-

23

ность уменьшить скорость движения ленты в магнитофо­ нах при записи-воспроизведении с 76,2 см/сек до 19,5 см/сек без ухудшения качественных показателей за­ писи. Переработку красной окиси железа в магнитный порошок фирма производит сама. Для этой цели фирма сконструировала установку для непрерывного восстанов­ ления окиси железа в магнетит и окисления магнетита в магнитную окись железа. Восстановление окиси осущест­ вляется смесью водорода и метана в трубе длиной 4 м.

П. Пешев, О. Цырноречки и И. Аршинков [121] при по­ лучении игольчатой yFe2Os, как и многие другие авторы, исходили из гетита aFeOOH. Последний получали по сле­ дующей схеме:

Так как промывка осадка aFeOOH — процесс длитель­ ный и непродуктивный, авторы изменили известную схему изготовления игольчатой YFe2 03 : осаждение — промыв­ ка — сушка — восстановление — окисление. Высушенный непромытый продукт подвергали восстановлению, а по­ лученный магнетит промывали проточной водой в силь­ ном магнитном поле. После сушки и окисления получали

YFe2 03 .

Восстановление окиси железа происходит последова­ тельно Fe203—^Fe304"~^FeO—^Fe, причем глубина восста­ новления зависит от температуры и от продолжительнос­ ти процесса. Авторы нашли, что восстановление водоро­

торых была получена aFeOOH, на форму частичек и на магнитные параметры yFe203 , а именно:

а) влияние температуры осаждения aFeOOH при ус­ ловии стехиометрического количества сульфата железа, аммиака и хлората калия. Эксперименты показывают, что анизотропия частичек уР^Оз растет с повышением температуры, при этом также заметно повышается и ко­ эрцитивная сила (рис. 6). Однако по всем магнитным по­ казателям порошка максимальная температура была принята 50°С;

24

б) влияние pH перед окислением Fe (ОН) 2 с помощью КС Юз представлено на рис. 7. Из приведенных опытов видно, что геометрическая анизотропия частичек сохра-

воздухе при определенных условиях. Этот способ трудо­ емкий и позволяет получать небольшое количество гото­ вого продукта. Кроме того, в случае нарушения режима

25

окисления получается aFe2 03 H2 0, который после обезво­ живания дает aFe2 03, не обладающий магнитными свой­ ствами. Другие способы получения ^Ре 2 0з состоят в том, что путем добавления различных веществ стараются при­ дать Fe(OH)2 собственное направление окисления, но эти

А. Краузе разработал простой и легкий способ полу­ чения ^-гидроокиси железа с формулой yFeOOH без при­ месей. Окисление нужно проводить, пропуская сильную струю воздуха или кислорода через слой воды, содержа­ щий гидрат закиси в суспензии. При выпадении в осадок Fe(OH) 2 и последующем его окислении в yFeOOH следу­ ет поддерживать температуру в пределах 20° С. При тем­ пературе ниже 10° С скорость окисления уменьшается, а выше 30° С могут легко получиться черные железистые квасцы. По мнению цитируемого автора, хорошие резуль­ таты получаются, когда необходимый для окисления Fe(OH)2 выпадает стехиометрически в концентрации око­ ло 10 г Fe(OH)2 на 1 л. Для получения у-окиси железа

А.Краузе приводит следующий пример.

В3 л дистиллированной воды при комнатной темпе­ ратуре растворяют 90 г FeS04 -7H2 0 и концентрирован­

ным раствором аммиака или же раствором едкого натра в количестве точно стехиометрически получаем:

FeS04 - f 2NH3 + 2 Н 2 0 = Fe(OH)2 + (NH4 )2 S04 .

Выпадает зеленый осадок Fe(OH)2 , который после тща­ тельного перемешивания подвергается действию струи воздуха при комнатной температуре в течение 2 час, в ре­ зультате чего образуется желтый YFeOOH. Полученный таким образом YFeOOH после фильтрации, промывки и сушки обезвоживают при температуре 250—300° С, после чего получается магнитная y - О К И С Ь железа.

В институте звукозаписи разработана [173] технология изготовления у-оккск железа с игольчатой формой час­ тиц, предназначенной для изготовления магнитной ленты тип 3. Способ получения этого порошка сводится к полу­ чению моногидрата окиси железа путем осаждения его из раствора соли железа разбавленным аммиаком в присут­ ствии окислителя. Моногидрат железа после обезвожива­ ния восстанавливается в атмосфере водорода до магнети­

26

отмывки иона S0 4 " как осажденного продукта, так и го­ тового порошка.

В 1960 г. совместными усилиями ВНАИЗа, Шосткинского химического завода и филиала НИКФИ разработа­ на технология тонкодисперсной игольчатой у-окиси желе­ за, предназначенной для магнитной ленты тип 6 [187]. Из­

-тем осаждения гидрата закиси железа аммиаком в кис­ лой среде и окисление его хлорноватокислым калием до гидрата окиси железа;

б) восстановление пигмента в потоке водорода до маг­ нетита и окисление последнего на воздухе до у.-окиси же­ леза.

Для получения телевизионных магнитных лент во ВНАИЗе [188] разработана тонкодисперсная игольчатая у-окись железа с повышенной остаточной намагниченнос­ тью тип 10. При разработке технологии этого порошка за

основу был принят способ изготовления порошка тип 6. Отличием технологии изготовления пигмента для порош­ ка тип 10 от пигмента для порошка тип 6 является:

а) использование хлористого железа вместо сернокис­

ленные из хлористых солей, быстро оседают.и легко от­ мываются от примесей, у-окись железа, полученная после восстановления и окисления пигмента 10, не нуждается в промывке: ионы хлора не оказывают на лак желатини­ рующего действия и, таким образом, операция промывки готового порошка в этом случае отпадает, что сокращает процесс изготовления порошка.

В лабораторных исследованиях по получению ферро­ магнитного порошка игольчатой формы НИКФИ-12 исхо­ дили из того, что гидрат закиси железа в определенных условиях получения и окисления может дать игольчатый моногидрат окиси железа FeOOH [134]. С этой целью ис­

27

Д ля образования FeOOH могли иметь значение условия проведения реакции: недостаток или избыток соды, тем­ пература и скорость осаждения и окисления, природа окислителя, присутствие затравки и др., поэтому для пра­ вильного ведения технологического процесса должны быть установлены оптимальные условия. Примерная схе­ ма технологического процесса получения магнитного по­ рошка таким методом показана на рис. 9.

Полупроизводственная проверка * данного способа получения ферромагнитного порошка игольчатой формы по представленной схеме технологического процесса по­ казала достаточную воспроизводимость процесса от опе­ рации к операции. Технология получения пигмента очень проста, не требует дефицитных и дорогостоящих матери­ алов. Химизм процесса получения пигмента для ферропорошка тип 12 позволяет получить пигмент с небольшим содержанием сульфатов, благодаря чему промывки окис­ ленного готового ферромагнитного порошка не требуется. Полученный ферромагнитный порошок позволяет полу­ чать суспензии без образования структурированных си­ стем, как это нередко получается при использовании ферропорошков, полученных другими методами.

Т а б л и ц а 3

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОРОШКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ

В табл. 3 приведены магнитные свойства игольчатых порошков, полученных различными способами.

* Научно-технические отчеты НИКОИ № 71, 1967 г., № 164, 1965 г., и № 274, 1960 г.

28

Из литературы [164] известно, что немагнитная окись железа, имеющая игольчатую структуру FeOOH, сохра­ няет ее при операциях восстановления и последующего окисления. Восстанавливая немагнитную модификацию окиси железа игольчатой формы до окиси-закиси и далее

Конденсат

Рис. 9 Схема технологического процесса получения ферромагнитного порошка НИКФИ-12

окисляя ее, можно получить игольчатую форму ^ е г О з , обладающую магнитными свойствами.

Ж . Дериод [45] рекомендует в качестве исходного про­ дукта для получения YFe2C>3 использовать гидрат окиси железа Р е 2 0 з - Н 2 0 желтого цвета, который применяется в лакокрасочной промышленности. Его можно приготовить путем окисления воздухом раствора соли железа при pH, равном приблизительно 4. При этом pH Fe++ ионы нахо­ дятся в растворе, тогда как Fe+++ ионы выпадают в оса­ док:

например, частицы железа, которые переходят в FeSCU, реакция устанавливается при pH, приблизительно рав­ ном 4.

29