Лабораторная работа 9 влияние режимов приготовления ферритовых порошков на величину их удельной магнитной восприимчивости
1. Цель работы
Научить методам экспериментального исследования качества ферритовых порошков и целенаправленному выбору оптимальных режимов их получения.
2. Теоретическое введение
Ферритовые порошки синтезируют различными методами: смешением и последующей прокалкой оксидов (оксидный); термическим разложением смесей солей (солевой); совместным осаждением карбонатов, оксалатов или гидроксидов металлов (соосаждение); сжиганием распыленных растворов в высокотемпературном потоке; электролитическим, шенитным (бездиффузионным), криохимическим, плазменным, СВС и др. Многообразие методов обусловлено, с одной стороны, отсутствием единого метода, полностью отвечающего требованиям производства, а с другой, наличием широкого арсенала технологических приемов, позволяющего наиболее рационально и обоснованно выбирать оптимальную технологию.
Оксидный метод, предусматривающий синтез ферритовых порошков из оксидов, занимает доминирующее положение в производстве ферритовых порошков благодаря простоте технологического процесса, достаточной точности сохранения заданного химического состава сложных синтезируемых композиций, отсутствии отходов и вредных примесей, невысокой стоимости сырья. К недостаткам метода следует отнести нестабильную и иногда невысокую реакционную способность оксидов, что объясняется довольно высоким совершенством и стабильностью их кристаллической структуры. Для достижения однородности химического состава шихт требуется длительное и тщательное перемешивание, помол, а это приводит к загрязнению материала из-за намола вещества от мелющих шаров и корпусов оборудования. Например, из-за намола железа, окисляющегося при последующей термообработке, содержание Fe203 может увеличиться до 1%.
Обеспечение заданного химического состава феррита - непременное условие в технологии и закладывается оно при расчете шихты. По результатам расчета шихты исходные компоненты взвешивают с точностью ± 0,1%. Для повышения управляемости технологического процесса и воспроизводимости электромагнитных параметров изделий актуальной является оценка химической активности (реакционной способности) исходных, а в дальнейшем и промежуточных материалов. Эта оценка - один из решающих факторов в процессе синтеза материалов, и именно она определяет выбор технологических режимов. Стандарт на контроль активности до настоящего времени не разработан. Косвенно об активности материалов можно судить по удельной поверхности, размеру и форме частиц, усадке при обжиге, скорости измельчения в мельницах и растворения в кислотах, кривым дифференциально-термического анализа, рентгенограммам и др.
Главное назначение подготовительных операций в технологии - достижение максимальной гомогенности смеси исходных компонентов и придание им технологичности. Гомогенность смеси достигается смешением и последующим сухим или мокрым помолом в шаровых, вибрационных мельницах, аттриторах и т.д., обеспечивающим полноту дезагрегации сырьевых компонентов.
Сущность смешения в технологии ферритов состоит в достижении максимальной гомогенности (степень однородности распределения) шихты исходных компонентов, определяемой наибольшей поверхностью контактов между составляющими. От гомогенности шихты зависят диффузионные процессы на последующей операции синтеза, структурно-фазовый состав синтезированной шихты.
Главная задача операции помола – разрушение агрегатов в исходных порошкообразных сырьевых компонентах. На практике исходное сырье в производстве ферритов и сами ферритовые порошки, полученные высокотемпературным обжигом, сильно агрегированы. Агрегаты представляют собой пористую структуру из частично припекшихся частиц. Размеры агрегатов на 1-2 порядка превышают размеры первичных частиц. Главной причиной формирования прочных агрегатов является высокотемпературная термообработка исходных компонентов и ферритовой шихты в процессе их производства. Агрегаты, образующиеся при высокотемпературной обработке шихты или сырья, представляют собой достаточно прочные образования. В процессе высокотемпературного синтеза ферритов прочность этих агрегатов увеличивается, и крупные канальные поры между этими агрегатами не исчезают при последующем прессовании и даже на заключительной стадии спекания, что приводит к повышенной пористости и низкому уровню электромагнитных свойств изделий.
Разрушение агрегатов зависит от их прочности. Дезагрегация шихты позволяет повысить насыпную плотность смеси исходных компонентов и тем самым, насыпную плотность синтезированной шихты. Дезагрегация шихты также увеличивает поверхность контакта между частицами и активирует процессы синтеза ферритовой шихты. Повышение степени ферритизации и насыпной плотности синтезированной шихты увеличивает удельную магнитную восприимчивость ферритовых порошков. Следовательно, полноту дезагрегации при помоле порошков можно оценить по кинетике увеличения удельной магнитной восприимчивости синтезированных ферритовых порошков Нуд (рис. 10.1).
Рис. 10.1. Влияние времени мокрого помола в вибромельнице на удельную магнитную восприимчивость порошковNi-Coферрита, синтезированных при 9400С;to– оптимальное время помола
Увеличение температуры синтеза шихты также повышает удельную магнитную восприимчивость ферритовых порошков, поскольку повышает степень ферритизации. Однако, избыточная температура ферритизации вызывает сильное припекание частиц феррита и начало процессов рекристаллизации. Рыхлая дисперсная структура ферритовой шихты вызывает процессы аномального роста отдельных зерен, что снижает удельную магнитную восприимчивость ферритовых порошков (рис.10.2.). Следовательно, по величине удельной магнитной восприимчивости ферритовых порошков можно оценить качество синтезированных ферритовых порошков.
Рис. 10.2. Влияние температуры синтеза шихты Ni-Со феррита на их удельную магнитную восприимчивость