Магнитные материалы

Рис.12 Типичная зависимость R _s от H _m

5. Малое время  перемагничивания - это время, в  течение которого наведенное  напряжение уменьшается до 10% максимального  значения.

6. Как можно  большее удельное электрическое  сопротивление. У металлических  сердечников, кроме того, необходима  достаточно малая толщина пластин.  Величина удельного сопротивления  и толщина пластин определяют  потери на вихревые токи, а  следовательно6 и максимальную рабочую частоту. Кроме того, они влияют на время перемагничивания.            

 Важность  отдельных критериев сильно зависит  от применения сердечников и  различна для различных случаев.  Необходимо отметить, что параметры  пп 1-5 зависят как от формы токовых импульсов, так и от формы сердечника.

4. Получение ферритов.            

 Ферриты получают  в виде керамики и монокристаллов. Благодаря невысокой стоимости  и относительной простоте технологического  цикла керамические материалы  занимают ведущее место среди  высокочастотных

магнетиков.            

 При изготовлении  ферритовой керамики в качестве  исходного сырья наиболее часто  используют окислы соответствующих  металлов. Общая технологическая  схема производства ферритов  во многом аналогична схеме  производства радиокерамики. Однако при получении материалов с заданными магнитными свойствами предъявляются более жесткие требования к исходному сырью в отношении его химической чистоты, степени дисперсности и химической активности. В отличие от электрорадиокерамики ферритовая керамика совершенно не содержит стекловидной фазы; все процессы массопереноса при синтезе соединения и спекания изделий происходят лишь за счет диффузии в твердой фазе.            

 Исходные  окислы подвергают тщательному  измельчению и перемешиванию  в шаровых или вибрационных  мельницах тонкого помола, а затем  после брикетирования или гранулирования  массы осуществляют предварительный  обжиг с целью ферритизации продукта, т.е. образования феррита из окислов. Ферритизованный продукт вновь измельчают и полученный таким образом ферритовый порошок идет на формовку изделий. Предварительно его пластифицируют, причем в качестве пластификатора обычно используют водный раствор поливинилового спирта.            

 Формование  изделий наиболее часто осуществляют  методом прессования в стальных  пресс-формах. Высокой производительностью  формовки отличается также метод  горячего литья под давлением.  В этом случае в качестве  пластифицирующего и связующего  веществ применяют парафин.            

 Отформованные  изделия подвергают спеканию  при температуре 1100-1400 ° С в контролируемой газовой среде. Контроль газовой среды особенно необходим на стадии охлаждения, чтобы предотвратить выделение побочных фаз. Наибольшей чувствительностью к изменению давления кислорода характеризуются ферриты марганца и твердые растворы на их основе. В процессе спекания завершаются химические реакции в твердой фазе, устраняется пористость, фиксируется форма изделий. За счет процесса рекристаллизации материал приобретает определенную зеренную структуру, которая существенно влияет на магнитные свойства керамики.            

 Ферриты являются  твердыми и хрупкими материалами,  не позволяющими производить  обработку резанием и допускающим  только шлифовку и полировку.  Для этих видов механической  обработки широко используют  порошки карбида кремния и  абразивные инструменты из синтетических  алмазов.            

 Рассмотрим  подробнее три наиболее распространенные  технологические схемы производства  ферритов.

4.1. Основные технологические  схемы изготовления  ферритов            

 Ферритовые  изделия должны строго соответствовать  требуемым магнитным и электрическим  свойствам, геометрической форме  и размерам. При этом должны  быть использованы наиболее простые  технологические схемы при минимальных  затратах сырья, оборудования  и энергии. Выход годных изделий  должен быть максимальным для  выбранной технологической схемы.             

 В основе  технологии изготовления ферритов  лежат технологические приемы, свойственные  производству керамических изделий  и изделий порошковой металлургии.  Поэтому большая часть отдельных  операций технологической схемы  изготовления ферритов заимствована  из технологической схемы изготовления  керамических изделий и изделий  порошковой металлургии.            

 Можно выделить  три наиболее распространенные  технологические схемы изготовления  изготовления ферритов, основанных на:

1) механическом  смешивании исходных веществ в виде окислов и солей металлов в количествах, соответствующих химическому составу получаемого феррита;

2) термическом  разложении соответствующих солей металлов;

3) совместном  осаждении соответствующих солей металлов или их гидратов

окислов.

Технологическая схема получения  ферритов на основе механического смешивания окислов и солей. Исходными веществами для изготовления ферритов по этой технологической схеме являются окислы металлов, взятые в соотношении, отвечающем химической формуле получаемого феррита. Иногда часть окислов может быть заменена углекислыми солями одноименного с окислом металла. Такая замена не оказывает влияния на характер отдельных операций и общая схема процесса остается неизменной. Иногда эту технологическую схему называют окисной или керамической.            

 Кратко охарактеризуем  каждую из операций технологической  схемы.          Анализ исходных окислов и солей производится для определения их физико-химических характеристик: качественного и количественного содержания примесей, величины и формы частиц порошкообразных окислов и солей, активности компонентов.            

 Для получения  заданного феррита исходная смесь  должна содержать определенные  количества составляющих ее окислов  и солей. Для этого производят  расчет весовых значений окислов  и солей и их взвешивание.             

 Для получения  однородной по химическому составу  и размеру частиц смеси взвешенные  в необходимых пропорциях исходные  окислы и соли перемешивают  и размалывают механическим путем.  Помол и перемешивание смеси  производят в виде сухих порошков (сухой помол), либо в какой-нибудь  жидкости (мокрый помол).            

 При мокром  помоле после окончания операции  полученную смесь подвергают  сушке до полного удаления  влаги.            

 После перемешивания  и помола смесь (иногда ее  называют шихтой) брикетируют и  гранулируют. Цель этих операций - придать шихте более компактную  форму ( в виде цилиндрических брикетов, сферических гранул, таблеток) и обеспечить более полное, качественное протекание реакций, которые происходят на последующей стадии технологического процесса - стадии предварительного обжига.            

 Брикеты,  гранулы или просто порошок,  прошедшие операцию предварительного  обжига, поступают на вторичный  помол и перемешивание. Цель  этой операции в общем та же, что и первого перемешивания и помола. Однако в этом случае процесс помола должен преобладать над процессом перемешивания, т.к. плотность и размер шихты после предварительного обжига значительно больше, чем в случае исходных окислов и солей.

Сушка шихты  после вторичного помола и перемешивания (если эта технологическая операция производилась в какой-либо жидкости) аналогична сушке смеси после  смешивания и помола исходных порошков.            

 Операция  формования служит для придания  полуфабрикату изделия необходимой  формы. Для улучшения формования  приготовляют пресспорошок (для шликерного литья - шликеры) - смесь порошка ферритовой шихты и связующих веществ, способствующих получению пластических свойств. Для этого в порошок вводят различные связки, способствующие сцеплению отдельных частиц и позволяющие формовать изделия достаточно прочные для проведения последующих операций.            

 Отформованные  изделия проходят высокотемпературное  спекание . Цель этой операции - получение ферритовых элементов с определенными магнитными и электрическими параметрами.            

 Спеченые изделия (ферриты) подвергают контролю, в т.ч. по внешнему виду (на отсутствие трещин, раковин, и т.д.); по геометрическим размерам (на соответствие чертежу); определению магнитных, электрических и физико-механических характеристик (на соответствие техническим условиям). По результатам контроля изделия разделяют на годные и бракованные.

Технологическая схема, основанная на термическом разложении солей. Эта технологическая схема  имеет много общих операций с  предыдущей. Отметим лишь те операции, которые ее отличают.            

 Термическое  разложение солей связано с  тем, что в качестве исходных  веществ применяют растворимые сернокислые, азотнокислые, солянокислые соли металлов, соответствующих составу ферритов. Каждую соль грубо измельчают до размера частиц 1-2 мм и перемешивают. Затем соли помещают в соответствующий сосуд вместе с водой (в соответствии 1л воды на каждые 5 кг соли), нагревают смесь до кипения и после полного испарения воды подвергают окончательному обезвоживанию с целью удаления кристаллизационной воды путем дальнейшего нагрева смеси солей до 300 ° С. Процесс обезвоживания достаточно продолжителен (до 24 ч в зависимости от природы используемых солей). Следующей операцией является термическое разложение солей - прокаливание смеси при 900-1000 ° С в керамических сосудах (тиглях) до полного удаления газов - продуктов разложения. Длительность этой операции - 3-5 ч.            

 Следует отметить, что в случае термического  разложения солей можно совместить  операции прокаливания солей  и предварительного обжига, в  этом случае отпадает необходимость  в брикетировании и гранулировании.

Технологическая схема, основанная на совместном осаждении  углекислых солей. Эта схема так  же, как и предыдущая, имеет много  общего с керамической схемой изготовления ферритов. Рассмотрим отличительные  операции этой схемы.     Соли смешивают и растворяют в дистиллированной воде. Растворы солей и осадителя после фильтрации постепенно сливают при непрерывном перемешивании, иногда нагревая смесь для ускорения процесса осаждения. Полученный осадок несколько раз промывают в воде или слабом растворе осадителя для удаления растворимых примесей. Чистоту отмывки контролируют на содержание определенных ионов (например, при растворении сернокислых солей осуществляется контроль на полноту отмывки от ионов SO ₄ ).

Преимущества  и недостатки различных  технологических  схем. К преимуществам изготовления ферритов механическим смешиванием окислов и солей (керамический способ) можно отнести: возможность точного соблюдения заданного химического состава; отсуствие отходов и связанной с этим переработки меньших количеств сырья; отсутствие вредных выделений; простоту технологической схемы.

Недостатки  керамического способа  - необходимость тщательного измельчения и смешивания исходных солей и окислов для получения однородной химической смеси.            

 Преимущества  остальных рассмотренных схем  изготовления ферритов являются: получение очень однородных по  химическому составу смесей, практически  не нуждающиеся в дальнейшем  перемешивании; получение высокой  химической активности шихты.  К недостаткам этих схем относятся:  трудности, связанные с точным  соблюдением химического состава  ферритов из-за возможности потерь  отдельных компонентов при растворении  и осаждении ввиду различной  растворимости исходных солей;  необходимость переработки больших количеств исходных веществ; выделение отходов, загрязняющих воздух или сточные воды.

4.2. Исходное сырье  и материалы, применяемые  для изготовления  ферритов            

 Ферриты получают  при высокотемпературной обработке  смеси окислов, вступающих между  собой в реакцию в твердой  фазе. Происходящая при этом взаимная  диффузия ионов металлов приводит  к образованию соединений типа  МеFe ₂ O ₄ или боле сложных типов в зависимости от природы феррита. Для взаимной диффузии ионов необходим контакт между отдельными частицами окислов (именно окислов, т.к. при разложении солей образуются также окислы, которые участвуют непосредственно в образовании феррита). Все факторы, приводящие к увеличению скорости взаимной диффузии ионов при нагревании смеси порошков, способствуют ускорению образования ферритов. К числу таких факторов относятся, например, величина частиц реагирующих веществ, взаимный контакт, и т.п.