Получение ферритовых порошков

 

Качественные изделия могут быть получены только на основе высокогомо-генизированных и достаточно высоко активных исходных ферритовых порошков.

Наиболее простым и распространенным является метод смешения и помола порошкоообразных оксидов. В отдельных случаях оксиды (марганца, бария, стронция) заменяют легко разлагающимися углекислыми или азотнокислыми солями соответствующих металлов, что не сказывается на характере техноло­гического процесса. Солицелесообразно использовать, если в оксидах металл может иметь различную трудно контролируемую валентность.

Окисная технология обеспечивает отсутствие отходов и соответственна минимальный объем перерабатываемого сырья, отсутствие вредных атмосфер­ных выделений и сточных вод, возможность точного соблюдения заданного состава при учете фактического содержания основного вещества в материале.

Ее недостаток: необходимость тщательного измельчения и смешения окис­лов для получения высокой однородности смеси.

Смешение и помол производят в шаровых или вибрационных мельницах в воздушной или жидкой среде (мокрый помол). Тонкие порошки получают в струйных, планетарных, вихревых, электромагнитных мельницах .и ультра­звуковых диспергаторах.

Продолжительность мокрого помола в вибромепьницах составляет 1—2 ч; для интенсификации процесса в жидкость вводят ПАВ. Высушенную шихту в виде брикетов, гранул или порошка обжигают на воздухе при 800—1200 °С и повторно размалывают. При крупнотоннажном производстве ферритизацик> проводят в камерных, туннельных или вращающихся печах. Последние обла­дают наибольшей производительностью.

Первое место среди выпускаемых ферритовых порошков занимают порошки магнитотвердых бариевого и стронциевого ферритов.

Магнитотвердые ферритовые порошки получают из окалины (отходов про­катного производства) или оксидов железа заданной чистоты, углекислого бария или стронция и добавок, улучшающих спекание порошка и способствую­щих сохранению мелкозернистой структуры: SiO₂, А1₂О₈, каолин А1₂О₃ X 2SiO₂ • 2Н₂О, Bi₂O₃ и др. При использовании порошков стехиометрического состава не удается получить оптимальные магнитные свойства. В гекса­гональных ферритах это связано с тем, что часть оксидов бария (стронция) связывается примесями. Присутствие моноферрита бария BaFe₂O₄ способствует образованию легкоплавкой фазы, препятствующей росту зерен. Поэтому для производства порошков бариевого феррита обычно используют состав Ва X X 5,6 Fe₂O₃, стронциевого феррита—SrO-5Fe₂O₃. Наряду со стехиометрическим - кобальтовым ферритом используют материалы с избытком окиси железа, напри­мер Cо_0,8Fe_2,220₄- При изготовлении порошков стронциевого феррита исполь­зуют также минерал целестит, содержащий 34 мол.% SrO, 4 мол. % щелочноземельных элементов и 1—2 мол. % тугоплавких окислов, способствующих получению высоких магнитных свойств.

Необходимость получения частиц с размерами, близкими к однодоменному (1 мкм), требует после сухого помола проведения мокрого помола в бара­банных мельницах с загрузкой по сухому порошку 1000—1500 кг. После помола водную суспензию порошка бариевого феррита отстаивают в течение 3—5 суток, после чего воду сливают, а влажный порошок подсушивают в су­шильных агрегатах. Для ускорения процесса отстоя в 3—4 раза суспензию омагничивают в поле 400—600 кА/м, в результате чего ферритовые частицы коагулируют, притягиваясь друг к другу.

В производстве средних масштабов для помола порошка используют аттри-торы (шаровые мельницы с вертикальной осью вращения).

Порошки бариевого феррита выпускают не только для изготовления из них спеченных магнитов, но и для использования в качестве наполнителей для магнитопластов и магнитоэластов. В процессе размола под действием ударных «нагрузок на поверхности частиц возникают многочисленные дефекты, напряже­ния (в результате наклепа), что ведет к снижению магнитных свойств. При спекании происходит отжиг дефектов и магнитные свойства восстанавливаются. Если же порошок не спекают, а связывают органической связкой (магнитопласты и магнитоэласты), то дефекты должны быть устранены посредством отжига при температуре 700—800 °С. Чтобы не происходило припекание час­тиц порошка друг к другу, их разделяют высокодисперсной окисью алюминия А1₂О₃, от которой освобождаются после отжига посредством магнитной сепа­рации.

Магнитные ферритовые порошки можно вводить в каучук, резину, винило­вые и эпоксидные пластики, нейлон и т. д. Благодаря высокому электриче­скому сопротивлению порошки не влияют на изолирующие свойства резинового или пластикового носителя и инертны по отношению к химическим продуктам. В составе магнитоэласта после намагничивания порошки проявляют высокую стойкость к размагничиванию.

Высокое электрическое сопротивление порошков определяется малым со­держанием двухвалентного железа (0,2 % по ТУ 6-09-1452—76). Порошки марок А, 5 и В по ТУ 6-09-1452—76 поставляются после сухого помола (удель­ная поверхность соответственно 0,6—0,8; 0,8—0,9; 0,8—1,0 м²/г). Перед прес­сованием анизотропных магнитов такой порошок должен быть подвергнут дополнительному мокрому помолу для получения частиц размером порядка 0,5 мкм. Порошок поставляют в завальцованных стальных банках, барабанах массой до 80 кг, мягких контейнерах массой до 1500 кг или бумажных мешках с полиэтиленовым вкладышем.

Для получения порошков магнитомягких ферритов широко используют химические методы, позволяющие производить высокогомогенные смеси без этомола и смешения с высокой воспроизводимостью физикохимических и струк­турных характеристик.

Метод термического разложения солей предусматривает использование в качестве исходных материалов преимущественно сернокислых солей соответ­ствующих металлов, содержащих кристаллизационную воду. В смесь взятых в заданных соотношениях солей добавляют небольшое количество воды (20 % массы солей), нагревают до расплавления солей (60—70 °С), кипения (100— 120 °С), удаляют кристаллизационную воду (300 °С). Затем смесь разлагают «а окислы (950—1100°С). После охлаждения массу окислов дробят и размалы­вают до заданной дисперсности.

Для этого метода характерна высокая однородность смешения компонентов шихты. Однако полная однородность в распределении компонентов по объему практически не достигается из-за различной растворимости солей разных ме­таллов.

Значительный интерес представляет бездиффузионный, или шенитный, метод получения ферритовых порошков, основанный на использовании в ка­честве исходного сырья твердых растворов шенитов.

Их кристаллизация может осуществляться как равновесным, так и неравно­весным методами (криохимической кристаллизации, распылительной сушки, замены растворителя и т. д.).

Очень важны стадии дегидратации и термического разложения солей, которые и должны обеспечить предельную гомогенизацию ферритообразующих компонентов — их ферритизацию и активирование, определяемое состоянием поверхности частиц, дефектностью кристаллической решетки и соотношением полиморфных модификаций.

Метод совместного осаждения солей или гидроокисей позволяет из раствора серно- или азотнокислых солей соответствующих металлов осадить нераствори­мые продукты реакции, соотношение металлов в которых соответствует задан­ному составу феррита.

Пастообразный осадок тщательно отмывают, сушат, прокаливают при 300—800 °С до разложения на окислы, которые размалывают до необходимой дисперсности. Порошок является высокодисперсным и однородным по составу.

Недостатком химических методов получения ферритовых порошков яв­ляется необходимость переработки значительных количеств сырьевых материа­лов, потребление значительного количества воды для отмывки осадка (метод осаждения), загрязнение окружающей среды.

Качество порошков оценивается определением фазового состава, удельной поверхности, гранулометрического состава, коэффициента усадки и микро­искажений Dа/а, определяемых по уширению линий на рентгенограмме.