Лабораторная работа №

Оптимизация режима спекания феррита марки 100нн.

1. Цель работы

Научить рассчитывать оптимальный режим спекания, обеспечивающий получение керамического материала с высокой технической прочностью.

2. Теоретическое введение Механические свойства ферритов

Ферриты по механическим свойствам относятся к хрупким материалам во всем рабочем диапазоне рабочих температур (от минус 100°С до плюс 125°С). Пластическая деформация при их разрушении составляет очень малую величину (от 0,03 % до 0,2 %).

Наиболее опасными видами деформации для ферритов являются растяжение и изгиб, прочность при которых в 10-20 раз меньше, чем при сжатии. Разрушение твердого тела происходит вследствие концентрации избыточной энергии в некоторой области образца и последующего разрыва связей в этой области. Очевидно, что любые дефекты структуры служат концентраторами напряжений в кристалле и снижают его прочность.

Основными дефектами, влияющими на прочность монокристалла /отдельного зерна поликристалла/ являются дислокации и микротрещины. В поликристаллическом материале наряду с разрушением внутри зерна возможно разрушение по границе, на которое сильно влияет состояние межзерненных границ, однородность зерен по размерам и пористость материала. Поры являются основными концентраторами напряжений в керамическом образце, способствуют неравномерному распределению в нем механических напряжений. Обобщение многочисленных экспериментальных данных по механическим испытаниям поликристаллических материалов позволило Кнудсену найти эмпирическую зависимость, достаточно точно описывающую связь прочности материала с параметрами его микроструктуры-пористостью Р и размерами зерна D:

σ=КD^-aexp(-bP) (1)

Итак, высокая керамическая прочность может быть получена в плотных, однородных, мелкозернистых материалах. Получить такие материалы можно, если при спекании развивается собирательная рекристаллизационная СР, а вторичная ВР- заторможена, одним из эффективных способов управления параметрами микроструктуры является двухстадийный синтез.

В таблице-1 представлены магнитные и механические свойства образцов феррита марки 100НН, полученных различными способами, а на рис.1-микроструктура этих образцов (Тсп =1140⁰С)

Таблица 1– Свойства образцов феррита марки 100НН, полученных различными способами

Способ получения	d, %	Дср, мкм	µн, Гс/Э	В10, Гс	В50, Гс	σu, Мпа
Стандартный	90	15	70	3400	4100	50
ДС (ZnO)	96	9	90	3600	4400	90
ДС (ZnO) (ступенчатый нагрев под спекание)	98	8	95	4100	4500	120
Требования к параметрам	–	–	100±20	≥3400	≥4000	–

Образцы, полученные по стандартной технологии, имеют редко неоднородную микроструктуру, характерную для ВР. При этом плотность, прочность и магнитная проницаемость образцов занижены. В образцах полученных методом ДС, микроструктура однородна, с малой пористостью, соответственно наблюдается существенное повышение прочности и магнитных свойств. Использование промежуточной изотермической выдержки еще более стабилизировало микроструктуру и позволило повысить плотность изделий, при этом механическая прочность увеличилась до 120 МПа.

а) б) в)

Рисунок 1– Микроструктура образцов феррита марки 100НН, полученных по различным технологическим схемам: а) стандартная керамическая технология; б) двухстадийный синтез; в) двухстадийный синтез с изотермической выдержкой.