ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ ФЕРРИТОВ С ВЫСОКИМИ ЗНАЧЕНИЯМИ КОНСТАНТЫ МАГНИТОСТРИКЦИИ Российский патент 2012 года по МПК B22F1/00 H01F1/10 H01F1/34 

Изобретение относится к технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов, в частности к процессам порошковой металлургии, а именно к созданию магнитострикционных ферритовых керамических материалов.

Известна шихта (авторское свидетельство СССР N 25847), используемая для изготовления ферритовых сердечников, которая имеет следующий состав, мас.%: закись никеля - 25,0-35,0; закись кобальта - 0,1-10,0; закись меди - 0,1-10,0; окись свинца - 0,5-3,0; двуокись кремния - 0,2-1,0; борный ангидрит - 0,1-0,5; окись железа - остальное. Недостатком изделий на ее основе является недостаточная величина константы магнитострикции, ограничивающая область их применения.

Известен также ферритовый материал литий-титановой системы Li_1,2Fе_0,4Ti_1,4О₄, содержащий, мас.%: карбонат лития - 33,53; окись железа -24,16; двуокись титана - 42,31. Температура точки Кюри данного материала равна -148°С (125 К), что позволяет использовать его лишь в малом диапазоне рабочих температур, т.к. при более высоких температурах он парамагнитен.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является магнитострикционный ферритовый материал, имеющий следующий состав, мас.%: окись никеля - 30,89; окись цинка - 0,35; окись железа - 68,76. Константа магнитострикции ферритовых сердечников на основе данного материала составляет 25×10^-6, диапазон рабочих температур от 0 до 500°С. Недостатком прототипа является невозможность его использования при магнитных полях малой напряженности (до 1000 Э) (JP 55-009431 А, МПК H01F 1/34, 23.01.1980, реферат).

Целью изобретения является получение магнитострикционных ферритов с высокими значениями константы магнитострикции, используемых при магнитных полях малой напряженности в широких диапазонах температур.

Технический результат достигается использованием шихты, имеющей состав Li_aMg_bCo_cCu_dNi_eZn_fGa_gAl_hTi_xMn_yFe_zO₄, причем а может принимать значения от 0 до 0.56, b может принимать значения от 0 до 1, с может принимать значения от 0 до 0.8, d может принимать значения от 0 до 1, е может принимать значения от 0 до 1, f может принимать значения от 0 до 0.22, g может принимать значения от 0 до 1, h может принимать значения от 0 до 0.35, х может принимать значения от 0 до 0.56, у может принимать значения от 0 до 1.11, z может принимать значения от 1.1 до 3.

Шихта для получения магнитострикционных ферритов с высокими значениями константы магнитострикции может содержать, масс.%:

Окись лития 0-3.61 Окись магния 0-20.15 Окись кобальта 0-25.44 Окись меди 0-33.25 Окись никеля 0-31.87 Окись цинка 0-8.89 Окись галлия 0-52.39 Окись алюминия 0-9.25 Двуокись титана 0-4.86 Окись марганца 0-3 8.01 Окись железа 44.63-96.39.

Шихта для получения магнитострикционных ферритов с высокими значениями константы магнитострикции изготавливается по обычной оксидной технологии путем смешения оксидов в соотношении мас.% согласно таблице 1. Смешение оксидов и первый помол проводятся в шаровой мельнице в течение четырех часов. Стадию ферритизации проводят при температуре 1000°С в течение 4 часов. Второй помол проводят в шаровой мельнице в течение 10 часов. В качестве связки используется раствор поливинилового спирта, который вводится в количестве 3%.

Дополнительное введение сульфата аммония в количестве 5% по массе порошка позволяет создать шихту с неупорядоченной кристаллической решеткой, что приводит к активации поверхности (Левин Б.Е., Третьяков Ю.Д., Летюк Л.Ф. Физико-химические основы получения, свойства и применение ферритов. - 1979, - 471 с.), а следовательно, спекаемости, что, в свою очередь, обеспечивает улучшение всех технологических свойств готовых изделий и снижение числа бракованных изделий.

Изделия, изготовленные из шихты для получения магнитострикционных ферритов с высокими значениями константы магнитострикции, можно охлаждать от температуры синтеза до 100°C в постоянном магнитном поле. Исходя из того, что в поликристаллических ферритах существуют направления трудного и легкого намагничивания, причем магнитострикция по различным направлениям намагничивания имеет разные знаки (Смит Я., Вейн X. Ферриты. - 1962, - 223 с.), охлаждая изделие в магнитном поле, и тем самым формируя магнитную текстуру образца, можно увеличить константу магнитострикции для области сильных магнитных полей. Кроме того, взаимодействие внешнего магнитного поля с магнитным полем намагниченного образца может приводить к сложным механическим деформациям. Например, при взаимодействии продольно намагниченного образца с перпендикулярным полем магнита возникает деформация кручения.

Пример

Шихта для получения магнитострикционных ферритов с высокими значениями константы магнитострикции, содержащая, мас.%: NiO - 30,74; ZnO - 0,49; Fе₂О₃ - 69,04. Изделие на основе данной шихты характеризуется значением константы магнитострикции, равной 28,5×10^-6, и диапазоном рабочих температур от 0 до 570°С.

Изделия, полученные на основе рассматриваемой шихты, отличаются значением магнитострикции, превышающим 26×10^-6, рабочими температурами от -70 до 600°С, а также характеризуются более высокой нагрузочной способностью.

Изделия на основе шихты для получения магнитострикционных ферритов с высокими значениями константы магнитострикции могут применяться в мощных системах ультразвуковой очистки и металлообработки, аппаратах для сваривания полимеров, приборах технического обслуживания ГЭС и ТЭЦ а также в сверхчувствительных приемниках звука, механизмах микро- и наноперемещений для наукоемкого технологического, научного и медицинского оборудования, нажимных устройствах, клапанах, расходомерах, линиях задержки звуковых и электрических сигналов, бесконтактных датчиках уровня, системах механической модуляции, лазерной технике, оптике, дефектоскопии.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых магнитострикционных ферритов. Ферриты могут применяться в мощных системах ультразвуковой очистки и металлообработки, аппаратах для сваривания полимеров, приборах технического обслуживания ГЭС и ТЭЦ, в сверхчувствительных приемниках звука, механизмах микро- и наноперемещений для технологического, научного и медицинского оборудования и др. Шихта для получения ферритов содержит, мас.%: окись галлия до 52,39, окись железа 44,63-96,39 и по меньшей мере один из окиси лития до 3,61; окиси магния до 20,15; окиси кобальта до 25,44; окиси меди до 33,25; окиси никеля до 31,87; окиси цинка до 8,89; окиси алюминия до 9,25; двуокиси титана до 4,86 и окиси марганца до 38,01. Феррит получен из шихты путем охлаждения в постоянном магнитном поле от температуры синтеза до 100°С. Полученные ферриты имеют значение магнитострикции, превышающее 26×10^-6, рабочие температуры от -70 до 600°С, а также характеризуются более высокой нагрузочной способностью. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Шихта для получения магнитострикционных ферритов с высокими значениями константы магнитострикции, содержащая окись железа, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит окись галлия и по меньшей мере один из окиси лития, окиси магния, окиси кобальта, окиси меди, окиси никеля, окиси цинка, окиси алюминия, двуокиси титана, окиси марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
окись лития до 3,61 окись магния до 20,15 окись кобальта до 25,44 окись меди до 33,25 окись никеля до 31,87 окись цинка до 8,89 окись галлия до 52,39 окись алюминия до 9,25 двуокись титана до 4,86 окись марганца до 38,01 окись железа 44,63-96,39

2. Шихта для получения магнитострикционных ферритов с высокими значениями константы магнитострикции по п.1, отличающаяся тем, что в шихту дополнительно вводят 5 мас.% порошка сульфата аммония.

3. Магнитострикционный феррит, полученный из шихты по п.1 или 2 путем охлаждения в постоянном магнитном поле от температуры синтеза до 100°С.