0. 1.3 Магнитомягкие ферриты

Магнитомягкие ферриты - химические соединения оксида железа Fe₂O₃ оксидами других металлов. В качестве магнитомягких наибо­лее широко применяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферри­ты, представляющие собой твердые растворы замещения, образован­ные простыми ферритами NiFe₂O₄ и MnFe₂O₄ являющиеся ферромаг­нетиками, с немагнитным ZnFe₂O₄.

Самопроизвольная намагни­ченность указанных ферритов обусловлена спиновыми магнит­ными моментами трехвалентных ионов железа и двухвалентных ионов металла, между которыми существует косвенное обменное взаимодействие через ионы ки­слорода. Намагничивание магни­томягких материалов происходит в основном за счет смещения междоменных границ.

В переменных полях допустимый частотный диапазон кроме μ характеризуется tgδ – тангенсом угла магнитных потерь. Для магнитомягких ферритов потерями на вихревые токи в гистерезис в области слабых полей пренебречь.

Магнитомягкие материалы используют:

- для магнитопроводов, работающих в слабых, сильных магнитных полях до 100 МГц и в импульсном режиме;

- для изготовления магнитных усилителей, сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, статоров и роторов высокочастотных двигателей, термомагнитных компрессоров[4].

2 Спекание твердых тел

Под спеканием в общем случае понимается происходящий при высоких температурах процесс уплотнения (уменьшение пористости) и упрочнения порошковых заготовок, который сопровождается уменьшением (усадкой) внешних размеров спекающегося тела, увеличением истиной плотности, изменением механических и физико-химических характеристик изделий.

Спекание, таким образом, сводится, в сущности, к «удалению» пор из пористого тела за счет их зарастания. Под абсолютным спеканием понимается полное исчезновение пор, когда величина кажущейся плотности ρ_каж (отношение массы тела к его объёму, исключая объём пор) достигает значения истиной плотности ρ_ист (отношение массы тела к его объёму, исключая объём пор). Имеются различные способы характеристики степени спекания пористости и плотности вещества.

При спекании возможны следующие процессы (внутренние):

- изменение размеров и форм пор;

- рост кристаллов;

- снижение и выравнивание остаточных (после прессования) напряжений;

- образование жидкой фазы;

- пространственное перераспределение фаз;

- уменьшение дефектов в кристаллических фазах и др.

Поскольку спеканию подвергают весьма разнообразные материалы и композиции, нет единого механизма, объясняющего этот процесс. Более того, даже при спекании одного материала в разные периоды процесса могут действовать различные механизмы переноса вещества, приводящие к уплотнению пористой заготовки. Спекание, в решающей степени определяет конечные свойства порошковых материалов и изделий.

Твердофазным спеканием называется спекание порошкового тела без образования жидкой фазы. Спекание может быть как в одно, так и многокомпонентных системах[6].

2.1 Спекание однокомпонентных систем.

При анализе процессов, сопровождающих нагрев порошковых тел, выделяют шесть стадий спекания:

1) развитие и возникновение связей между частицами;

2) образование и рост “шеек” межчастичных контактов;

3) закрытие сквозной пористости в порошковом теле;

4) сфероидизация пор;

5) уплотнение порошкового тела за счет усадки изолированных пор;

6) укрупнение (коалесценция) пор.

Развитие связей между частицами начинается сразу с нагревом порошкового тела, т. е. на самом раннем этапе спекания. Это – диффузионный процесс, приводящий к образованию и развитию межчастичных границ и, следовательно, увеличению прочности и электропроводности порошкового тела. Результат этой стадии – возникновение “шейки”.

Рост “шеек” контактов – естественное продолжение процесса межчастичного связывания; его необходимое условие – перенос вещества в область межчастичного контакта, который может быть осуществлен с помощью разных транспортных механизмов. Порошковое тело становится более прочным и электропроводным. В какой-то момент межзеренные (межчастичные) границы начинают перемещаться, и их первоначальное расположение нарушается. Спекаемое порошковое тело по структуре приближается к состоянию двух беспорядочно перемежающихся фаз вещества и пустоты. Обычно считают, что рост “шеек” происходит довольно быстро и характеризует начальный этап спекания. Однако эта стадия может продолжаться и во время более поздних стадий спекания. Закрытие сквозной пористости является результатом роста “шеек” и приводит к появлению изолированных групп пор или даже отдельных пор. При этом общий (суммарный) объем пор в порошковом теле уменьшается и происходит его уплотнение (усадка) [6].

Сфероидизация пор, как и предыдущая стадия, связана с ростом “шеек”: вещество с некоторых участков поверхности пор перемещается в область межчастичного контакта, а сами поры (как изолированные, так и сообщающиеся) округляются, приобретая сферичность.

Усадка изолированных пор – одна из наиболее важных стадий спекания, требующая высоких температур и достаточно длительного нагрева. Только ее завершение может привести к получению беспористого (компактного) порошкового тела, но часто это оказывается экономически нецелесообразным или практически недостижимым.

Укрупнение (коалесценция) пор заключается в росте крупных пор за счет уменьшения размеров и исчезновения мелких, изолированных пор. Общая пористость при этом сохраняется без изменений, а число пор уменьшается при увеличении их среднего размера[7].