Изготовление ферритовых изделий

 

Формование ферритовых изделий производится в пресс-формах на гидрав­лических прессах, литьем горячего шликера, мундштучным прессованием в экструдерах, изостатическим прессованием, взрывным прессованием, горячим прессованием и, наконец, вибрационным уплотнением.

При формовании в порошки обычно вводят смазки и органические связую­щие вещества — пластификаторы (водный раствор поливинилового спирта, па­рафин, искусственный воск и др.).

Спекание пресс-заготовок производят в туннельных печах непрерывного действия с зонами удаления связки, предварительного нагрева, спекания и контролируемого охлаждения как по температурному режиму, так и по составу газовой среды (марганеццинковые ферриты).

В некоторых случаях, главным образом для магнитотвердых кобальтовых ферритов, ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса и магнитострикцион-ных, применяют термомагнитную обработку—термическую обработку в маг­нитном поле, обусловливающую появление в феррите наведенной магнитной анизотропии. Ее эффективно применяют для изменения формы петли гистере­зиса, уменьшения начальной и увеличения максимальной магнитной проницае­мости.

Имеются некоторые особенности в технологии изготовления постоянных магнитов из бариевых (стронциевых) ферритов.

Объем производства магнитотвердых ферритов значительно превышает выпуск всех других видов магнитов. Это связано с тем, что, обладая магнит­ной энергией на уровне магнитов альнико с высоким содержанием кобальта, магнитотвердые ферриты значительно превосходят их по величине коэрцитив­ной силы. Важным преимуществом является также недефицитность и низкая стоимость исходного сырья. Так, 1 кг исходного сырья для производства ферритового магнита в 4—6 раз дешевле, чем для производства магнита альнико. Более проста и технология, не связанная с использованием вакуумных высоко­температурных печей.

Изотропные магниты прессуют из смешанных с пластификатором (обычно 10 %-ный водный раствор поливинилового спирта в количестве 10 % массы смеси) порошков феррита с размерами частиц 1—2,5 мкм.

Анизотропные магниты прессуют из водной суспензии (30—35 % влаги) тонкого ферритового порошка в магнитном поле 500—600 кА/м под давлением 25—35 МПа. После загрузки влажной ферритовой массы в пресс-форму вклю­чают магнитное поле и после ориентации частиц (обычно в направлении прило­жения давления) через специальные отверстия в пуансоне при помощи форвакуумного насоса откачивают воду с одновременным приложением давления. Время набора давления в магнитном поле в зависимости от размера магнита составляет 10—100 с. В полученных брикетах (заготовках) 60—70 % частиц ориентированы осью легкого намагничивания (кристаллографическая ось с) в направлении приложения магнитного поля. Сырые брикеты (остаточная влаж­ность до 10 %) сушат, спекают в туннельных печах при 1150—1250 °С в тече­ние 1—3 ч. После спекания в анизотропных брикетах вследствие преимуще­ственного роста ориентированных зерен за счет неориентированных степень текстуры увеличивается до 90—95 %. В спеченном анизотропном феррите зерна имеют форму плоских чешуек, причем гексагональная ось с направлена вдоль толщины чешуйки.

Ферриты кобальта прессуют без приложения магнитного поля под дав­лением 0,2—0,5 ГПа. После спекания при температуре 1000 °С магниты охлаж­дают в магнитном поле до комнатной температуры. При этом возникает наведен­ная магнитная анизотропия в направлении поля.

В технологический процесс входит также шлифование рабочих поверхно­стей (обычно торцов кольцевых магнитов), отбраковка по размерам и внешнему виду, магнитным свойствам, размагничивание. Обычно магниты размагничи­вают нагревом до точки Кюри (450—460 °С для бариевых и стронциевых ферри­тов, 520 °С для кобальтовых).

В технологии изготовления магнитострикционных ферритов, предназначен­ных для преобразования электромагнитных колебаний в механические и для которых основным показателем является способность изменять форму и размер тела при наложении на него внешнего магнитного поля, должно быть обес­печено оптимальное значение коэффициента магнитомеханической связи (К_с).

Этому условию соответствуют высокие значения магнитострикции насыще­ния X_s и начальной магнитной проницаемости m₀.

Высокому значению К_с также удовлетворяет минимум суммы энергии

кристаллической магнитной анизотропии и внутренних напряжений. Магнитострикционные ферриты должны быть термостабильны. Всем этим требованиям удовлетворяют в наибольшей степени ферриты в системе Ni₁._xCo_хFe₂O₄ (при х= 0,025).

В отличие от обычной технологии производства магнитомягких ферритов, для магнитострикционных только тщательное смешение и высокие температуры ферритизации могут обеспечить однородность не только магнитных, но и упру­гих свойств.

Высокий уровень магнитомеханических характеристик и их температурная стабильность могут быть обеспечены только в высокоплотных изделиях с рав­номерной и мелкозернистой структурой. При производстве магнитострикцион­ных ферритов используют тонкодисперсные порошки в узких пределах зерни­стости, высокие давления при прессовании порошков и высокие температуры спекания Эффективным средством реализации оптимальных свойств в этих ферритах является их изостатическое или же горячее прессование, а также введение в их состав малых легкоплавких добавок (СиО, \^;₂Об).

Как указывалось выше, при производстве магнитострикционных ферри» тов широко применяется операция термомагнитной обработки.

Определяющими параметрами, характеризующими эксплуатационные прз» имущества магнитострикционных преобразователей, являются /С_св — коэффи*

циент магнитомеханической связи, 9_S — показатель магнитомеханической доб­ротности, ТКЧ — температурный коэффициент резонансной частоты v_p и v —« скорость распространения упругих колебаний.

В объектах вычислительной техники, создаваемых на основе управляемых цилиндрических магнитных доменов, и в некоторых других объектах новой техники широко применяются монокристальные феррошпинели и феррогранаты, Их изготавливают выращиванием из расплавов в установках Вернейля, приме­няя методы Чохральского или же Бриджмена.

Поликристаллические ферритовые пленки получают, используя общеиз­вестные методы нанесения пленок конденсацией в вакууме или же катодного распыления. Применяют в последнее время также метод плазменного напы­ления.

Кроме того, что вакуумной конденсацией получают непосредственно на подложке ферриты требуемого состава, иногда эту операцию расчленяют на процесс нанесения на подложку металлического сплава с последующим его окислением при температуре 700—1200 °С с целью ферритизации. Пленки по* лучают также разложением смесей солей, наносимых на подложку тем или иным способом с последующим термическим их разложением и обжигом при 800— 1000 °С в нейтральной или окислительной среде вплоть до достижения полной ферритизации. Во всех случаях обязателен дополнительный отжиг, обеспечи­вающий гомогенизацию, регулирование состава и магнитных свойств пленки. Ферритовые пленки значительной толщины (до 300 мкм) получают из ферритовых порошков с пластификаторами, формуя их шликерной отливкой, про» каткой, пульверизацией; иногда используют метод электрофореза.

Этим методом на платиновом электроде получают пленки магний-марган­цевых ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса, используемые в быстро действующих микроэлементах памяти ЭВМ.

Монокристальные ферритовые пленки получают эпитаксиальным выращи* ванием на подходящей подложке, удовлетворяющей условию структурного соответствия. Для получения эпитаксиальных пленок феррошпинелей в каче­стве подложки используют окиси магния, алюминия либо природную шпинель, В качестве подложки при эпитаксиальном наращивании пленок феррогранатов используют кристаллы иттрий-алюминиевых или гафний-галлиевых гранатов, Монокрисгальные пленки ферритов получают также, используя метод транс портных реакций либо, как его модификацию, метод парофазных реакций.