Способ получения марганец-цинковых ферритов

(71) Волгоградский политехнический институт(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАРГАНЕЦЦИНКОВЫХ ФЕРРИТОВИзобретение 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 ферритовый 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. - 384 с.).Недостатками такого способа являются двухстадийная термообработка и высокая температура при синтезе материала и спе-(57) 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,кания изделий. Синтез ведется при температуре 900-1100 С, затем, после ряда механических обработок полученного материала, спекание проводйтся 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 при5 10 15 20 25 30 40 4550 55 соотношении исходных компонентов (мас, %)РегОз - 62,71МпСОз - 23,12ЕпО - 14,17Для получения марганец-цинковых ферритов по предлагаемому способу используется следующий процесс:Х 1 Мл СОз + Х 22 пО + ГегОз3 - Х 1 -ХгМпх 1 пхг Еез - х 1 - х 2 04 + Х 1 С 02 + + 0,25 (1 - Х 1 - Х 2) 02,где РегОз - гамма-модификации оксида железа.Возможность совмещения стадии синтеза материала и спекания изделий, а также - снижения температуры объясняется следующим образом. Гамма-оксид железа ( у-ГегОз) имеет шпинельную структуру с большой концентрацией вакансий. Следовательно, химическая формула этого вещества должна записываться: Рез-д 04, где д- индекс, определяющий отклонение от стехиометрии по содержанию катионов, значение которого для гамма-оксида железа равно 1/3. Высокая концентрация катионных 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 шпинельной 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 СОг, Для получения гамма-оксида железа берут оксалат железа ГеС 204 2 Н 20 и нагревают на воздухе до 900 С. При этом образуется магнетит Гез 04, который затем при температуре 300 С окисляется до гамма-оксида железа,П р и м е р 1. Смешивают 68,8679 г гамма-оксида железа у-ГегОз, 25,3962 г карбоната марганца Мп СОз марки "чда" и 15,5613 г оксида цинка ЕпО 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 втечение 1ч при температуре 800 С, после чего охлаждают с печью (см. таблицу). П р и м е р 2, Операции составления35 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).П р и м е р 3, 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 ферритовых1763089 изделий в одну стадию, используя в качестве железосодержащего компонента шихты гамма-оксид железа при соотношении исходных компонентов (мас,):РегОз - 62,71МпСОз - 23,122 пО - 14,17 20 Сравнительные данные по способам изготовления марганец-цинковых ферритов П р и м е ч а н и яи, - начальная магнитная проницаемость на 1 = 100 кГцПл - поверхностная пористостьВ - индукция насыщения) (в статистическом режиме при Нс=80 А/м) Нс - коэрцитивная силаН - твердостьд - средний размер зерна Составитель В, МайзельТехред М,Моргентал Корректор С. Юско Редактор Заказ 3410 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 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 ф ; индукции насыщения - от 0,35 до 0,41 Тл, т.е. на 17,1 ф; коэрцитивной силы - от 9 до 11 А/м, т.е. на 22,2; твердости - от 5000 до 6000 МПа, т.е, на 20,0/; а средний размер зерна уменьшается от 10 до 6 мкм. т.е. на 40 ф. При этом трудоемкость и энергоемкость при получении марганец-цинковыхферритов по предлагаемому способу снижаются,5 Формула изобретенияСпособ получения марганец-цинковыхферритов, включающий смешивание порошкообразных оксидов железа, цинка икарбоната марганца, введение в смесь пла 10 стификатора, прессование, синтез и спекание, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения электромагнитных характеристик и твердости получаемых ферритов иснижения трудоемкости и энергоемкости15 способа, в качестве оксида железа используют его гамма-модификацию, а процесссинтеза и спекания проводят одновременнопри 800 - 850 С в течение 1 - 1,5 ч,