ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Формирование керамической структуры из "Физико-химические основы термической обработки ферритов " Чтобы получить прочные магнитные элементы, используемые в технике, ферритовые порошки прессуют и подвергают спеканию. Образующийся в результате этих процессов черепок характеризуется определенной плотностью, формой и размером кристаллитов, формой, размером и распределением пор, определенным способом распределения примесей и микрокомпонентов. Совокупность этих свойств составляет керамическую структуру материала, которая тесно связана с магнитными, электрическими и механическими свойствами. [c.24] Для получения ферритов с высокой магнитной проницаемостью также необходима минимальная пористость образца, максимальная степень гомогенизации, крупные и однородные по размеру кристаллиты [148—150]. [c.25] Получая высококоэрцитивные ферриты, стремятся сформировать структуру с минимальным размером кристаллитов порядка, нескольких микрон. В таких материалах смещение доменных стенок практически не происходит, и намагничивание осуществляется только в результате вращения доменов, что обеспечивает максимальное значение теоретически равное при чисто вращательном механизме намагничивания отношению 2K. lh, где Ki — константа кристаллографической анизотропии, a h — ток намагничивания. [c.25] Для получения материалов с максимальной магнитной энергией также желательно иметь керамику с минимальной пористостью. Керамическая структура поликристаллических ферритов существенно влияет и на их электрические свойства [48]. Увеличение пористости и дисперсности должно сопровождаться ростом электросопротивления. Эффект микропримесей может быть различным в зависимости от их собственного сопротивления по отношению к сопротивлению основного вещества. По данным [151], локализация кальция по границам зерен в кальцийсодержащих ферритах сопровождается значительным увеличением сопротивления. Вместе с тем повышение концентрации Fe +, образующегося в результате диссоциации на границе зерен, оказывает прямо противоположный эффект. [c.25] Высокое значение диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь, характерные для многих поликристаллических ферритов, находят удовлетворительное объяснение в рамках теории Вагнера—Купса [152]. В соответствии с этой теорией, ферриты состоят из участков с большой электронной проводимостью — кристаллит, окруженные участками с малой проводимостью — межкристаллитная прослойка. Теория неоднородности позволяет объяснить высокую диэлектрическую проницаемость ферритов, падающую с частотой, наличием максимумов в частотных и температурных зависимостях tg6, а также влиянием условий спекания на свойства ферритов, как результат изменения их кера Мической структуры. [c.25] Свойства ферритов можно варьировать в широких пределах, изменяя только керамическую структуру. К сожалению, этот путь сравнительно мало используют для создания новых магнитных материалов, что связано с недостаточной разработкой теории спекания. Рассмотрим некоторые элементы этой теории. [c.26] Спрессованный кристаллический порошок, подлежащий спеканию, — это неравновесная система, в которой имеются поры, т. е, открытые внутренние поверхности, -существуют поверхности раздела между кристаллитами и решетка отдельных кристаллитов искажена из-за деформации ее при прессовании порошка или благодаря способу получения материала. [c.26] Нетрудно показать, что кинетика спекания зависит от соотношения величин а и I если а 1, то объемная усадка спекаемых образцов пропорциональна продолжительности нагрева, тогда как при / Са существует линейная взаимосвязь между радиусом пор и продолжительностью изотермического нагрева.. [c.27] Наблюдаемое при спекании изменение характера пористости неплохо согласуется с указанными выводами диффузионной теории. Вместе с тем эта теория, как и другие, испытывает затруднения всякий раз, когда спеканию сопутствуют процессы рекристаллизации и отдыха . Из д вух типов рекристаллизации (истинная и собирательная) лишь второй удовлетворительно описывается диффузионной теорией. [c.28] Повышение температуры спекания. Так как равновесная концентрация вакансий экспоненциально возрастает с температурой, то увеличение температуры спекания должно сопровождаться ускорением массопереноса и как следствие более интенсивным спеканием. Однако в применении к ферритам использование этого фактора ограничено по ряду причин. Отлметим важнейшие из них. [c.28] Вюститная фаза как немагнитное включение увеличивает коэрцитивную силу [174], снижает квадратность петли гистерезиса [175] и магнитную проницаемость [176] магнетит значительно ухудшает диэлектрические свойства феррита [177], а появление газа в замкнутых порах делает невозможным получение беспористой керамической структуры [178]. [c.28] Значительная интенсификация процесса рекристаллизации наблюдалась для магний-марганцевых ферритов [207], когда нагрев прессовок производили в вакууме (0,5 мм рт. ст.). Об этом свидетельствует сравнение коэрцитивной силы для ферритов, нагретых в вакууме и на воздухе (табл. 4). Плотность керамики, полученная при нагревании в вакууме, практически не отличалась от плотности ферритов, спекавшихся на воздухе (табл. 4). [c.32] Очевидно, что объемная усадка тела в этом случае пропорциональна t, тогда как при аС/ между объемной усадкой и продолжительностью спекания существует взаимосвязь a Do t (это следует из сопоставления уравнений (1,16) и (1,24). [c.33] Представление о энергетической неоднородности поверхности позволяет заключить, что все факторы, способствующие повышению свободной энергии поБерхностных атомов и созданию у них нескомпенсированной валентности (например, рост температуры, обжиг в вакууме или в нейтральных средах с минимальным содержанием примесей, введение добавок, образующих при температуре спекания летучие продукты с- поверхностными примесями, и др.), приводят к увеличению доли активной поверхности и к большей степени уплотнения при тех же температурах. [c.34] Прессование порошков, используемое для уплотнения частиц до или в процессе спекания, сопровождается искажением кристаллической решетки зерен, которое обычно связывают [165] с образованием дислокаций. Происходящее при нагревании, движение дислокаций приводит к зарождению вакансий , участвующих в диффузионном переносе вещества и увеличивающих скорость спекания особенно в начальной стадии процесса. [c.34] Изменение скорости нагрева. Получая магнит ную керамику, порошкообразную прессовку, как правило, нагревают с небольшой скоростью (300— 00°/час), так как медленное удаление связки и невысокая скорость усадки обеспечивают получение наиболее качественного черепка. Вместе с тем в последнее время были предприняты попытки [219, 220] интенсифицировать спекание, проводя нагрев с повышенной скоростью. При этом полагали, что с увеличением скорости нагрева дефектная структура и обусловленная ею повышенная эффективная диффузионная вязкость материала сохранится до более высоких температур и процессы спекания и рекристаллизации ускоряются, а сокращение продолжительности нагрева приведет к уменьшению продолжительности всего технологического цикла. [c.35] Предварительные опыты показали, что выжигание органической связки (поливинилового спирта) можно проводить ускоренно [22]. Так, нагревание магнитных плат со скоростью 1000°/час и выдержка при температуре 500° С в течение 0,5 час ведет к практически полному удалению связки, причем керамическая структура и механическая прочность плат после спекания не уступает материалам, в которых связка удалялась медленно. [c.35] Скорость поверхностного нагрева необходимо изменять обратно пропорционально квадрату толщины пластинок или радиуса стержня, чтобы получить одинаковый градиент температур между поверхностью и точками, наиболее удаленными от нее (уравнение (I, 28)). Элементарный расчет показывает, что для ферритовой платы толщиной 2 мм градиент температуры не npjeBHmaeT Г при скорости нагрева 1200°/ч с. Для сохранения того же градиента ферритные платы толщиной 5 мм следует нагревать со скоростью 2т°/час. [c.36] Вернуться к основной статье