CC BY
198
УДК 621.318
Николаев А.Н., Андреев В.Г.
Кузнецкий институт информационных и управленческих технологий
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СВОЙСТВА Mg-Zn-ФЕРРИТОВ
Аннотация. Исследовано влияние свойств исходного железосодержащего сырья, технологических факторов на свойства Mg-Zn-феррита, соответствующего марке 600НН. Показано, что использование дополнительного измельчения исходного оксида железа позволяет повысить его активность. Это приводит к снижению температуры образования Mg-Zn феррошпинели и, в конечном счете, при традиционно используемой температуре спекания, к улучшению качества микроструктуры и повышению магнитных свойств феррита.
Использование двухстадийного синтеза взамен стандартной технологической схемы позволяет повысить значения магнитных и механических свойств феррита с высокой их воспроизводимостью.
Ключевые слова: оксид железа, Mg-Zn-ферриты, магнитные и механические свойства, измельче-
ние, двухстадийный синтез.
Введение
В промышленном масштабе Ni-Zn-ферриты выпускаются уже более 50 лет, их выпуск в мире достиг огромной цифры [1]. Однако, высокая стоимость оксида никеля и его токсические свойства, ограничивают использование Ni-Zn-ферритов в технике.
В последние годы Ni-Zn-ферриты успешно заменяются Mg-Zn-ферритами. Магнитные свойства этих ферритов близки, а низкая стоимость и экологическая безопасность Mg-Zn-ферритов делают их конкурентно способными среди ферритовых материалов группы ВЧ, основу которых составляют Ni-Zn-ферриты [1] . Расширение области применения Mg-Zn-ферритов в значительной степени связано с достижением более высокого уровня их свойств, в первую очередь магнитной проницаемости.
В данной работе приведены результаты исследования влияния некоторых технологических факторов на микроструктуру и свойства Mg-Zn-феррита, соответствующего марке 600НН.
Методика эксперимента
Образцы феррита, отвечающего формуле Mg0.378Zn0.507Mn0.096Fe2.82O4, готовились по стандартной ке-
рамической технологии (СКТ) и методом двухстадийного синтеза (ДС) на Кузнецком предприятии ООО «Мета-Феррит». В качестве сырья использовали Fe2O3 марки «ММ-1» ТУ6-09-4783-83, MgO "чда" ГОСТ 4526-75, ZnO "чда" ГОСТ 10262-73, MnO2 "ч" ТУ 6-09-27-327-92). При ДС часть ZnO в количестве 2 % масс. от массы шихты вводили при втором помоле.
Удельную поверхность порошков оценивали на анализаторе дисперсности АДП-4, насыпную плотность на приборе УИП-0,25 по ГОСТ Р 51462-99. Начальную магнитную проницаемость вычисляли по величине индуктивности обмотки, содержащей кольцеобразный сердечник исследуемого феррита. Объем выборки для измерений определялся согласно ГОСТ 25360-82 и составлял не менее 10шт из каждой партии. Измерения проводили на измерителе индуктивности ЭМ18-2, относительная ошибка измерений в интервале частот 10 - 200 кГц не превышала 1 % при доверительной вероятности 0,97. Тангенс угла потерь измеряли на установке для испытания магнитных материалов УИММ-3, относительная ошибка измерений не превышала 2 % при доверительной вероятности 0,97.
Результаты экспериментов и их обсуждение
В настоящей работе исследовано влияние предварительного измельчения Fe2O3 на свойства Mg-Zn-феррита, получаемого по СКТ и методом ДС. Агрегированность частиц оксида железа препятствует получению высокоплотных изделий и требуемого уровня механических и электромагнитных свойств, т.к. крупные канальные поры между этими агрегатами не удаляются на операциях прессования и спекания. Поэтому в данной работе проводились эксперименты по предварительному измельчению оксида железа. Главная задача операции предварительного измельчения - разрушение агрегатов, представляющих собой пористую структуру из частично припекшихся частиц. Их размер, как правило, на порядок превышает размеры частиц. Сухое измельчение в вибромельницах позволяет быстро разрушить крупные и относительно непрочные агрегаты. Прочные агрегаты могут быть разрушены при длительном мокром измельчении в вибромельнице или аттриторе. Полноту дезагрегации оценивали по изменению насыпной массы порошка (рисунок 1).
рт
bAi3
Рисунок 1 - Влияние длительности измельчения на насыпную плотность оксида железа (1- сухое измельчение в вибромельнице М-10, 2- мокрое измельчение (влажность суспензии 40%) в вибромель-
ницtе М-10.
t1, 12 - оптимальные длительности измельчения.
Дезагрегация и увеличение активности Fe2O3 должно приводить к завершению процесса шпинелеобразования при более низких температурах [2] , что позволит разделить процессы ферритообразоания и собственно спекания и будет способствовать формированию более качественной микроструктуры.
В таблице 1 представлены свойства образцов Mg-Zn-феррита, полученных при использовании различных технологических приемов.
Таблица 1 - Свойства Mg-Zn-феррита марки 600НН, Тсп = 1300 °С, т = 5 часов
* Обычный нагрев Vh = 100 °/час
Технол.схема Свойства
р, кг/м3 Цн (20°) tg 5ц/Цн-106 (20 °)
Н=0,8А/м Н=8А/м
Нагрев * ** * ** * ** * **
СКТ 4705 4708 550 555 29 28 81 77
СКТ с предварительным 4 часовым измельчением Ие20з в вибромельнице М-10 47 68 4771 635 650 18 17 64 62
ДС 47 96 4800 660 690 17 16 57 55
промежуточная изотермическая выдержка при Т = 1000 °С, т = 5 часов
В случае СКТ повысить свойства удается при дополнительном измельчении исходного железосодержащего сырья, повышающем плотность спеченных изделий, а переход от монотонного к ступенчатому нагреву практически не влияет на свойства. При спекании тонких порошков определяющим является процесс зонального обособления - роста более крупных пор, расположенных на границах агломератов, в результате растворения более мелких межчастичных пор внутри агломератов [3]. Основным условием спекания тонких порошков до высокой плотности при относительно низких температурах является более узкое распределение пор по размерам. Это достигается, например, при ДС [4].
Известно [4], что использование ДС позволяет получить однородную, плотную микроструктуру Mg-Zn-феррита, что, в свою очередь, приводит к повышению уровня свойств и их воспроизводимости.
Заключение
Исследовано влияние дополнительного измельчения исходного оксида железа, двухстадийного синтеза и ступенчатого нагрева на свойства Mg-Zn-феррита, соответствующего марке 600НН.
Показано, что дополнительное измельчение оксида железа приводит к существенному улучшению свойств феррита, что объясняется увеличением площади межчастичного контакта и активности порошка за счёт дезагрегирования. Это обеспечивает снижение температуры ферритообразования и способствует разделению при спекании процессов завершения ферритизации и усадки, что позволяет повысить однородность феррита и уровень его свойств.
Дополнительное измельчение Ие20з приводит к увеличению воспроизводимости по геометрическим размерам в результате стабилизации коэффициента усадки при спекании, что повышает выход годного на 5-7%.
Исследования показали, что наиболее эффективным технологическим приёмом, позволяющим повысить плотность и однородность микроструктуры, приводящим к повышению магнитных свойств феррита и их воспроизводимости, является двухстадийный синтез.
Использование двухстадийного синтеза приводит к повышению выхода годных на 10% за счет уменьшения брака по трещинам и геометрическим размерам после спекания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анциферов В.Н., Летюк Л.М., Андреев В.Г., и др. Проблемы порошкового материаловедения. Часть V. Екатеринбург.: Уро РАН. 2004, 395с.
2. Анциферов В.Н., Андреев В.Г., Гончар А.В., и др. Проблемы порошкового материаловедения.
Ч.3. Екатеринбург: Уро РАН, 2003, 147 с.
3. Дубок В.А., Кабанова М.И., Павленко Н.П. Изменение размеров пор при спекании различных порошков частично стабилизированного диоксида циркония. Порошковая металлургия. 1988, №12, с.
18-23.
4. Горелик С.С., Бабич Э.А., Летюк Л.М. Формирование микроструктуры и свойств ферритов в процессе рекристаллизации. М.: Металлургия, 1984, 109с.
