Способ получения марганец-цинковых ферритов Советский патент 1992 года по МПК B22F3/12 H01F1/34 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения марганец-цинковых ферритов, и может быть использовано при изготовлении сердечников магнитных головок, а также других радиотехнических элементов, в которых используется мелкозернистый ферри- товый материал.

Наиболее близким к предлагаемому является способ синтеза материала для марганец-цинковых ферритов из оксидов железа и цинка и карбоната марганца путем смешивания исходных компонентов, введения пластификатора, прессования шихты и ее обжига при температуре синтеза, охлаждения, размола, введения пластификатора, прессования изделий требуемых типоразмеров, окончательного спекания и охлаждения (Рабкин Л.И., Соскин С.А., Эпштейн Б.Ш. Ферриты.-Л,: Энергия, 1968.-384с.).

Недостатками такого способа являются двухстадийная термообработка и высокая температура при синтезе материала и спекания изделий. Синтез ведется при температуре 900-1100°С, затем, после ряда механических обработок полученного материала, спекание проводится при температуре 1200-1300°С. При столь высоких температурах процессов синтеза и спекания наблюдается заметная сублимация цинка, что ведет к изменению состава материала и укрупнению зерен, ухудшающему служебные характеристики изделий. Энергетические затраты при этом также велики.

Целью-данного изобретения является получение высокоплотных марганец-цинковых ферритов с необходимыми электромагнитными характеристиками и тведостью, а также - снижение трудоемкости и энергоемкости способа.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве оксида железа используют его гамма-модификацию, а процесс синтеза и спекания проводят одновременно при температуре 800-850°С в течение 1-1,5 ч при

(Л

С

XI ON СО О С Ю

соотношении исходных компонентов (мае. °/}

Ре20з- 62,71

МпСОз-23,12

ZnO- 14,17

Для получения марганец-цинковых ферритов по предлагаемому способу используется следующий процесс:

XiMnC03 + X2ZnO +

3 - Xi - Х2

Рв20з

МПХ1 ZnX2 Рез-Х1-Х204 +Х1 С02 +

+ 0,25(1 -Xi-X2)02, где Рв20з - гамма-модификации оксида железа.

Возможность совмещения стадии синтеза материала и спекания изделий, а также - снижения температуры объясняется следующим образом. Гамма-оксид железа ( у-РеаОз) имеет шпинельную структуру с большой концентрацией вакансий. Следовательно, химическая формула этого вещества должна записываться: Рез-б 04, где д- индекс, определяющий отклонение от стехиометрии по содержанию катионов, значение которого для гамма-оксида железа равно 1/3. Высокая концентрация кати- онных вакансий является причиной, заметно снижающей энергетический барьер диффузионных процессов по сравнению с материалами, не обладающими столь значительным отклонением от стехиометрири. Кроме того, процесс формирования структуры марганец-цинкового феррита проходит на поверхности уже имеющейся шпинель- ной фазы (гамма-оксид железа), при этом вместо процесса перестройки кристаллической решетки идет процесс обмена катионами железа, марганца и цинка в узлах уже существующей кристаллической структуры, что также уменьшает энергетические затраты.

Так как получение ферритов идет при сравнительно низкой температуре и в течение небольшого промежутка времени, то процесс рекристаллизации выражен довольно слабо и структура ферритов получается мелкозернистой. Изделия из такого материала имеют улучшенные значения электромагнитных параметров и твердости. За счет снижения температуры и сокращения времени термообработки уменьшается также энергоемкость способа. Сокращение количества стадий термообработки делает способ получения ферритов менее трудоемким. ,„

Выбор значений температуры и длительности термообработки определяется тем, что электромагнитные параметры, твердость и размер зерна у образцов, прошедших термообработку при температуре 800-850°С в течение 1-1.5 ч лучше, чем у образцов, прошедших термообработку по другим режимам. Это относится как к образцам, прошедшим термообработку при температурах более низких, чем 800°С, так и при более высоких, чем 850°С.

По предлагаемому способу материал для ферритов синтезируется из смеси карбоната марганца, оксида цинка и гамма-оксида железа. Карбонат марганца МпСОз на начальной стадии процесса синтеза разлагается на оксид марганца МпО и углекислый газ С02. Для получения гамма-оксида железа берут оксалат железа РеС204 2Н20 и нагревают на воздухе до 900°С. При этом образуется магнетит РезСм, который затем при температуре 300°С окисляется до гамма-оксида железа.

Пример 1. Смешивают 68,8679 г гамма-оксида железа у-Ре20з, 25,3962 г карбоната марганца МпСОз марки чда и 15,5613 г оксида цинка ZnO марки чда. В полученную смесь добавляют 10% раствор

поливинилового спирта из расчета 10 мл спирта на 10 г сухой смеси, после чего смесь тщательно перемешивают и из нее прессуют под давлением 200 МПа образцы в форме цилиндрических таблеток диаметром 35 мм,

высотой 12 мм. Таблетки помещают в муфельную печь, где выдерживают в течение 1 ч при температуре 800°С, после чего охлаждают с печью (см. таблицу).

Пример 2. Операции составления

шихты и прессования таблеток проводят также, как в примере 1. Затем таблетки выдерживают в муфельной печи в течение 1 ч при температуре 830°С, после чего охлаждают с печью (см. таблицу).

ПримерЗ. Операции составления шихты и прессования таблеток проводят также, как в примере 1. Затем таблетки выдерживают в муфельной печи в течение 1,5 ч при температуре 850°С, после чего охлаждают с печью (см. таблицу).

Из приведенных примеров видно, что при синтезе и спекании марганец-цинковых ферритов из гамма-оксида железа, карбоната марганца и оксида цинка изотермическая

выдержка в течение 1-1,5 ч при температуре 800-850°С является необходимой и достаточной для получения изделий с требуемыми электромагнитными свойствами, твердостью и средним размером зерна.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет, с целью повышения электромагнитных характеристик и твердости марганец-цинковых ферритов, проводить процессы синтеза и спекания ферритовых

изделий в одну стадию, используя в качестве железосодержащего компонента шихты гамма-оксид железа при соотношении исходных компонентов (мае. %):

Ре20з-62,71

МпСОз- 23,12

ZnO-14,17

При этом по сравнению с прототипом электромагнитные и физико-механические характеристики изделий улучшаются. Так, значения начальной магнитной проницаемости возрастают от 3000 до 3200, т.е. на 6,7%; индукции насыщения -от0,35 до0,41 Тл, т.е. на 17,1 %; коэрцитивной силы - от 9 до 11 А/м, т.е. на 22,2%; твердости-от5000 до 6000 МПа, т.е. на 20,0%; а средний размер зерна уменьшается от 10 до 6 мкм. т.е.

0

5

на 40%. При этом трудоемкость и энергоемкость при получении марганец-цинковых ферритов по предлагаемому способу снижаются.

Формула изобретения Способ получения марганец-цинковых ферритов, включающий смешивание порошкообразных оксидов железа, цинка и карбоната марганца, введение в смесь пластификатора, прессование, синтез и спекание, отличающийся тем, что, с целью повышения электромагнитных характеристик и твердости получаемых ферритов и снижения трудоемкости и энергоемкости способа, в качестве оксида железа используют его гамма-модификацию, а процесс синтеза и спекания проводят одновременно при 800-850°С в течение 1-1,5 ч.

Использование: изготовление сердечников магнитных головок и других радиотехнических элементов. Сущность изобретения: оксид цинка, гамма-оксид железа, карбонат марганца смешивают, вводят в смесь пластификатор, а процесс синтеза совмещают со спеканием и проводят при 800-850°С в течение 1-1,5 ч. Способ позволяет повысить электромагнитные характеристики и твердость получаемых ферритов, а также снизить трудоемкость и энергоемкость их изготовления.

Сравнительные данные по способам изготовления марганец-цинковых ферритов

Примечания.

/гн - начальная магнитная проницаемость на f 100 кГц Пп - поверхностная пористость В - индукция насыщения

} (в статистическом режиме при Не ;

80 А/м)

Нс - коэрцитивная сила Н - твердость д - средний размер зерна