ФЕРРОМАГНИТНОЕ СТЕКЛО Российский патент 2002 года по МПК C03C3/66 C03C3/89 

Изобретение относится к классу оксидных стеклообразных материалов, обладающих ферромагнитными свойствами и предназначенных для использования в области электроники, магнитооптики, лазерной техники.

Применяемые в настоящее время поликристаллические магнитные материалы получают по керамической технологии, которая дорога и трудоемка. Использование для этих целей стекол с высокими магнитными свойствами отличается простотой изготовления изделий нужного размера и формы, а также широким диапазоном составов, позволяющим получить стеклообразные материалы с комплексом необходимых свойств.

Известны ферромагнитные стекла, содержащие, мас.%: Fe₂О₃ 10-20; В₂О₃ 30-40; Na₂О 30-40; NiO 10-20 (Авт.свид. СССР 1395594 А1, кл. С 03 С 3/14, БИ 18, 1988 г.) К недостаткам этих стекол относятся низкие значения магнитных характеристик. По химическому составу эти стекла относятся к классу боратных стекол.

Известны ферромагнитные стекла, содержащие, мас. %: Fе₂О₃ 10-22; ВаО 20-38; Р₂О₅ 19-35; В₂О₃ 3-6 и по крайней мере один оксид редкоземельного металла из группы: Dу₂О₃, Но₂О₃, Gd₂О₃, Тb₂О₃ 13-33 (Авт.свид. СССР 1725754, A3, кл. С 03 С 3/19, БИ 13, 1992 г.). Недостатки этих стекол заключаются в низких значениях магнитных параметров, в частности намагниченности насыщения. Кроме того, стекло содержит в своем составе дефицитные и дорогие редкоземельные элементы.

Наиболее близким к заявляемому является ферромагнитное стекло, содержащее, мас. %: SiО₂ 35,9-40,9; CaO 2,2-11,7; ВаО 2,0-13,0; MnO 4,2-8,7; Fe₂О₃ 37,8-42,0; NiO 1,0-4,8 (Авт.свид. СССР 1286550 А1, кл. С 03 С 4/00, БИ 4, 1987 г.). Недостатки известного стекла заключаются в низких значениях магнитных параметров, в частности намагниченности насыщения, коэрцитивной силы.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение магнитных характеристик стекол: остаточной намагнитенности, коэрцитивной силы, намагниченности насыщения.

Поставленная цель достигается тем, что ферромагнитное стекло, включающее SiО₂, NiO, Fе₂О₃, дополнительно содержит Na₂О, В₂О₃, ZnO, причем Fе₂О₃, NiO, ZnO стекло содержит в виде никельцинкового феррита (Ni, Zn)Fe₂О₄, представляющего собой отходы ферритового производства, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiО₂ - 35,3-45,2
Na₂О - 5,3 - 7,2
В₂О₃ - 10,8-26,7
Fе₂О₃, NiO, ZnO в виде (Ni, Zn)Fe₂О₄ - 35,7-40,8
Синтез предлагаемого ферромагнитного стекла проводится по технологии стекольного производства (Справочник по производству стекла, т.2, гос.изд. литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, М., 1963, 815 с. ) в корундовых тиглях при температуре 1500-1550^oС в течение 1 часа. Образцы отливали в виде дисков и отжигали в муфельной печи. Введение в состав стекла Na₂О снижает температуру варки стекол.

Дополнительное введение второго стеклообразователя В₂О₃ способствует протеканию ликвационных процессов в стекле.

Предлагаемая натриевоборосиликатная система с добавками никельцинкового феррита является наиболее оптимальной для возникновения ферромагнетизма. Ферромагнитные свойства усиливаются с возрастанием содержания SiO₂ в стеклах (табл. 2). В процессе ликвации боросиликатного стекла добавки ферромагнетика (Ni, Zn)Fe₂О₄ входят в одну из ликвационных фаз, которой является натриевоборатная составляющая. Наилучшие условия для возникновения ферромагнетизма создаются при наличии очень мелких ликвационных областей, и магнитные частицы концентрируются на поверхности раздела фаз. В матрице боросиликатного стекла с добавками феррита (Ni, Zn) Fe₂О₄ реализуются области микроликвации, в которых происходит образование квазидоменных группировок магнитных частиц, что обеспечивает стеклу ферромагнитные свойства.

Стекла являются рентгеноаморфными, что подтверждается рентгенофазовым анализом.

При введении (Ni, Zn)Fe₂О₄ менее 35,7 мас.% снижаются магнитные характеристики стекол, а увеличение концентрации (Ni, Zn)Fe₂О₄ более 40,8 мас.% вызывает кристаллизацию стекол.

Предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.

Составы стекол приведены в табл.1, магнитные характеристики - в табл.2.

Пример 1.

Для приготовления шихты для варки стекла использовали реактивы: оксид бора вводили борной кислотой Н₃ВО₃ марки "хч", ГОСТ 9656-75, использовали диоксид кремния марки "ч", ГОСТ 9428-73, оксид натрия вводили азотнокислым натрием NaNО₃ марки "хч", ГОСТ 4168-79. Компоненты отвешивали с точностью 0,1 г, тщательно перемешивали и засыпали в корундовые тигли емкостью 50 мл. Тигли устанавливали в печь с мазутным обогревом и проводили варку стекла при температуре 1500^oС в течение 1 часа. Из готовой стекломассы отливали образцы в виде дисков диаметром 20 мм и толщиной 3 мм. Затем проводили отжиг образцов в муфельной электрической печи при температуре на 10^oС ниже температуры размягчения в течение 2 часов и охлаждали вместе с печью.

Аналогично примеру 1 готовили стекла составов 2-4, приведенных в табл. 1.

Таким образом, по результатами испытаний (табл.2) у предлагаемого ферромагнитного стекла по сравнению с известным ферромагнитным стеклом в 3-6 раз выше значения коэрцитивной силы по намагниченности, и в 5-7 раз предлагаемое стекло превосходит известное по намагниченности насыщения.

Изобретение относится к классу оксидных стеклообразных материалов, обладающих ферромагнитными свойствами и предназначенных для использования в области электроники, магнитооптики, лазерной техники. Задачей предлагаемого технического решения является повышение магнитных характеристик стекол: остаточной намагниченности, коэрцитивной силы, намагниченности насыщения. Ферромагнитное стекло содержит Fе₂О₃, NiO, ZnO в виде никельцинкового феррита (Ni, Zn)Fe₂О₄, представляющего собой отходы ферритового производства, при следующем соотношении компонентов, мас.%. SiO₂ 35,3-45,2; Na₂О 5,3-7,2; В₂О₃ 10,8-26,7; Fе₂О₃, NiO, ZnO в виде (Ni, Zn)Fe₂О₄ 35,7-40,8. 2 табл.

Ферромагнитное стекло, включающее SiO₂, NiO, Fe₂O₃, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Na₂O, В₂О₃, ZnO, причем Fе₂O₃, NiO, ZnO стекло содержит в виде никельцинкового феррита (Ni, Zn)Fe₂O₄, представляющего собой отходы ферритового производства, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
SiO₂ - 35,3-45,2
Na₂O - 5,3-7,2
В₂О₃ - 10,8-26,7
Fе₂O₃, NiO, ZnO в виде (Ni, Zn) Fe₂O₄ - 35,7-40,8