CC BY
92
Вестник Башкирского университета.2004.№1.
9
раздел ФИЗИКА
УДК 621.318.2. +621.762 ББК 34.39 + 31.235
УЛУЧШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТРОПНОГО ПОСТОЯННОГО МАГНИТА НА ОСНОВЕ ФЕРРИТА БАРИЯ
Абсалямов С.С., Шарифуллин Ф.М., Шафранов Н.Г., Ямбаев Р.Х.*
Описан технологический процесс производства постоянных изотропных магнитов из феррита бария. Использование технологического процесса позволяет: улучшить функциональные свойства постоянных магнитов; сократить и упростить технологический цикл; уменьшить пылевыделение; освободить производственные площади; уменьшить потребление электроэнергии и воды.
Оксидные постоянные магниты на основе феррита бария находят все более широкое применение в электронике, радиотехнике, приборостроении, медицине и др. областях. Именно это обстоятельство предопределяет актуальность задач по улучшению целевых характеристик этих магнитов.
В настоящее время совершенствование производства бариевых ферритовых магнитов идет по двум направлениям. Во-первых, это путь улучшения магнитных параметров изделий, что повышает их конкурентоспособность в областях применения. Во-вторых, поиск новых технологий, обеспечивающих не только требуемый уровень свойств, но и интенсифицирующих как процессы получения порошков, так и изделий на их основе [1 - 3].
Магнитотвердый феррит (ВаО • 6Ре203) относится к классу ферримагнетиков и является веществом, получаемым из окиси железа (Ре203) и углекислого бария (ВаС03) методами порошковой металлургии. Технология порошковой металлургии для изготовления изотропных постоянных магнитов на основе феррита бария, применяемая в настоящее время, включает: смешивание; с пекание - синтез; механическое дробление; сухой помол в вибромельнице; смешивание с поливиниловым с пиртом; гранулирование -пропитку, сушку; прессование; спекание; механическую обработку [4]. Используются и другие технологии изготовления изотропных магнитов из феррита бария, которые включает дробление, грубое измельчение, сухой помол в вибромельнице или мокрое измельчение в шаровой мельнице с последующей сушкой, прессование, спекание, механическую обработку [5]. Недостатком этих технологий является то, что применение механического дробления, сухого помола в вибромельнице способствуют интенсивному пыле-выделению. При гранулировании порошка решетки
протирающих устройств часто закупориваются. На их очистку обычно требуется длительное время. Также существующие технологии не позволяют получить постоянные магниты с повышенными магнитными свойствами.
В данной работе описывается технологический процесс, в который исключены отдельные технологические операции и благодаря этому значительно сокращен технологический цикл производства постоянных магнитов. Уменьшена запыленность помольных помещений и сокращены потребления электроэнергии, воды. В разработанной технологии после тщательного смешивания порошков Ре203 и ВаС03 в вибромельнице производится спекание-синтез. Спеченные гранулы с различными размерами от 3 до 8 мм (в среднем 5 мм) посредством размола измельчается до размеров частиц менее 1 мкм. Для этого сначала производят механическое дробление. Затем осуществляют мокрый помол ферритового порошка с последующим сбором в накопителе, одновременным введением в него поливинилового спирта. После этого производится сушка в башенном сушило. Формование магнитов производится в гидравлическом прессе. Последующими операциями являются спекание, механическая обработка и проверка магнитных свойств.
Производство осуществляется следующим образом. Синтезированный порошок феррита бария удовлетворяющий ТУ 2663 002-48585564-2000 после измерения удельной поверхности анализатором дисперсности порошков АДП-4 подвергается механическому дроблению. Следует отметить, что при измерении удельной поверхности порошка прибором АДП-4 не всегда получается достоверная информация. Так как мелкие частицы феррита бария (особенно при использовании для сепарации от воды магнитного поля) постоянно слипаются друг с другом образуя конгло-
Абсалямов Салават Сабирь янович - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики. Шарифуллин Фалхат Мухамадуллович — генеральный директор ООО «Магнит».
Шафранов Николай Григорьевич — главный технолог ООО «Магнит».
Ямбаев Рифкат Хусаинович — исполнительный директор ООО «Магнит».
10
раздел ФИЗИКА
мераты. Поэтому для определения средних размеров частиц и гранулометрического состава порошка предпочтительно применять методы растровой электронной микроскопии.
После дробления осуществляют мокрый помол до получения порошка со средними размерами частиц
0,3 + 0,8 мкм. Средние размеры частиц порошка
зависит от длительности помола. Время помола определяется для каждой марки магнитов опытным путем. Сбор измельченного порошка после мокрого помола при влажности 50% производятся в накопителе с одновременным введением поливинилового спирта в количестве 8-10%. Далее для получения гранулированного порошка производится сушка в башенном сушило. Гранулирование применяется для лучшего заполнения пресс-формы при прессовании. На гидравлическом прессе формование постоянных магнитов осуществляется в отсутствии магнитного поля. Удельное давление, при котором прессуются изделия из феррита бария, зависит от их геометрической формы, размеров и составляет 50-100 МПа. При конструировании форм для прессования постоянных магнитов необходимо учитывать усадочный коэффициент, равный 1,10 + 0,02. Для получения одинаковых магнитных параметров постоянных магнитов из разных партий в зависимости от дисперсности входящих в шихту порошков, их активности и «предыстории» требуется различные температуры спекания. Поэтому при производстве бариевых магнитов температура спекания устанавливается на основании измерения магнитных свойств пробных образцов, обожженных при двух-трех различных температурах, близких к 1220 'С. При этом при повышении температуры спекания наблюдается увеличение плотности и остаточной индукции насыщения. Зависимость коэрцитивной силы феррита бария от температуры спекания имеет максимум, значение который определяется степенью измельчения порошка.
Спекание производят на воздухе в туннельной печи ТР 20/2х32/13-0Х фирмы Ридхаммер в интервале температур *
1100 + 1300 /С. Скорость нагревания и охлаждения составляет 50-200 'С/час и для каждой марки феррита и размеров магнита также подбираются опытным путем. Выдержка при температуре спекания обычно составляет 2-4 часа. При спекании наблюдается рост размеров частиц, если в порошке доля отличающихся от средних размеров частиц составляет значительную величину. Поэтому для предотвращения превышения критического размера зерен в спеченном магните, частицы должны быть измельчены таким образом, чтобы избегать большой неоднородности в их размерах.
Образцы после спекания охлаждаются до комнатной температуры. При выходе магнитов из печи производится их разбраковка по внешнему виду на отсутствие расслоений, трещин, и сколов. Затем магниты шлифуются и измеряются их магнитные свойства.
Высококоэрцитивное состояние магнитотвердых ферритов характеризуется значениями коэрцитивной силы по индукции (Нсв) и по намагниченности (Нсм), остаточной индукцией насыщения (Вг) и максимальной магнитной энергией (^ (ВН)тах). Для характеристики магнитотвердого феррита обычно снимают не всю предельную петлю гистерезиса, а только ее часть во втором квадрате, называемую кривой размагничивания. Результаты магнитных измерений представлены в таблице №1.
Использование предлагаемого технологического цикла позволяет: значительно улучшить функциональные свойства изотропных постоянных магнитов одновременно с сокращением и упрощением технологического цикла; уменьшить пылевыделение; освободить производственные площади; сократить количество обслуживающего персонала; уменьшить потребление электроэнергии, воды.
Температура спекания, градус Магнитные свойства
Вг, Оё Нсв, кА/м Нсм, кА/м (ВН)тах, кДж/м3
1220 0,19 125 240 6
1220 0,22 133 260 7
1220 0,22 140 260 7
1220 0,22 135 258 7
1220 0,22 135 260 7
ЛИТЕРАТУРА
1. Постоянные магниты. Справочник. Альтман А.Б. и др. под редак. Ю.М. Пятина. М., «Энергия», 1980. 488 с.
2. Рабкин Л.И., Соскин С.А., Эпштейн Б.Ш. Ферриты. Строения, свойства, технология производства. Л., «Энергия», 1988. 384 с.
3. Гончар А.В., Исаенко Е.А., Каморина Г.И., Летюк Л.М., Шишканов А.Н. Особенности синтеза стронциевых ферритовых порошков в динамических условиях фазообразования // Материалы XIV Международной конференции по постоянным магнитам. Суздаль, 2003. С. 68.
4. Левин Б.Е. и др. Физико-химические основы получения, свойства и применение ферритов. М., «Металлургия», 1979, 471 с.
5. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. М.: Высш. шк. 1991, 384 с.
Поступила в редакцию 26.02.04 г.
