Способ получения керамического материала на основе оксидов бария и титана для пластин магнитных головок

(51).5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательскийинститут реактивов и химически чистых материалов для электронной техники, Всесоюзный научно-исследовательский институтГириконд" и Всесоюзный научно-исследовательский институт химических реактивови особо чистых химических веществ(56) Патент ЯпонииЬ 22949/87, кл. С 04 В 35/00, 1987,Авторское свидетельство СССРМ 581681, кл. С 04 В 35/46, 1987,Патент ЯпонииМ 52-23766, кл. С 04 В 35/00, 1952.Авторское свидетельство СССРйг 1644460, кл. С 04 В 35/46, 1988. Изобретение относится к получению порошковых материалов систем ВаО - Т 02, предназначенныхдля изготовления диэлектрических пластин магнитных головок,Материалы системы ВаО - Т 02 наиболее удовлетворяют требованиям к диэлектрической конструкционной керамике в магнитньх головках, а именно: керамика должна иметь коэффициент термического расширения (Ка), согласующийся с коэффициентом термического расширения магнитного сердечника (преимущественно из. никель-цинкового феррита), обладать определенной микротвердостью(800 кг/мм ), малой микропористостью (6%) и размером зерен (6 мкм). Широко известны(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ БАРИЯ И ТИТАНАДЛЯ ПЛАСТИН МАГНИТНЫХ ГОЛОВОК(57) Использование: для изготовления диэлектрических пластин магнитных головок, Сущность изобретения; смешивают водные растворы хлоридов бария и титана при мольном соотношении ТС 4 . Ва С 2 = (6-15):1, Полученную смесь распыляют под давлением 1,2 - 3,0 атм над поверхностью водного раствора аммиака при мольном соотношении КН 4 ОН: Х ВаС 2 + ТС 4 = (4,5-6.0):1. Полученный осадок отделяют от маточного раствора, промывают и прокаливают. Полученный керамический материал имеет следующие характеристики: макропористость 4 - 4,5%, размер пор6 мкм, микротвердость - 800 - 820 кг/мм . 1 табл,керамические способы получения таких материалов, основанные на механическом смешении: карбоната бария с диоксидом титана, тетратитаната бария с диоксидом титана и с другими оксидами, дибариевого нонатитаната с диоксидом титана, Указанные смеси подвергают длительному помолу и прокаливают, Перечисленные способы обладают существенным недостатком: они включают продолжительные операции помола и смешения, во время которых продукты загрязняются примесями из мелящих тел. Это приводит к появлению раковин и вкраплений на поверхности керамики и, тем самым, к колебаниям плотности, микропористости, величины Ка, т.е, свойствнаиболее важных для пластин магнитных головок.При этом ухудшаются эксплуатационныесвойства и износостойкость головок.Известен способ, включающий механическое смешение и помол дибариевого нонатитаната с диоксидом титана споследующим формованием и обжигом смеси, в котором, с целью повьпцения механической прочйостИ " и снижениямикропористоСти материала, используютдибариевый нонатитайат", полученный хи-.мический осаждениеМ. .,1Способ обесйечивает получение продукта с соответствующими характеристиками и наиболее близок к заявляемому подостигаемому результату,Указанный способ имеет существенныенедостатки, связанные с многостадийностью(способ включает отдельное получениедибариевого нонатитаната, предусматривающее осаждение ДБНТ из смеси хлористыхсолей Ва и Т аммиаком с последующей отмывкой осадка, сушкой, прокалкой, помолом продукта), с длительностью(многочасовое совместное измельчениекомпонентов и помол смеси), с выс" кой температурой прокалки смеси.Целью заявляемого изобретения является сокращение длительности процесса иснижение энергоемкости процесса. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем приготовлениесмеси барий- и титаносодержащих компонентов с последующей ее термообработкой,.готовят смесь растворов хлористых солейбария и титана,взятые в молярном отношении ТС 4/ВаС 2 = 6;15 с последующим распылением смеси под давлением 1,2 - 3 атмнад поверхностью аммиака при молярномсоотношении ИН ОН/ Х ВаС 2 + ТСа, ==4,5:6.Заявляемая совокупность признаковобеспечивает получение продукта с характеристиками, необходимыми для его использования в качестве материала длямагнитных головок (микропористостью26 , микротвердостью800 кг/мм, коэффициентом термического расширенияКа =90 - 110 кг/мм ).При этом по сравнению с прототипомисключается необходимость предварительного получения ДБНТ, исключаются длительные стадии измельчения и помоласмеси ДБНТ с Т 02, сопровождающиеся пылевыделением и приводящие к загрязнению продукта, снижается температураспекания керамики,Известен прием распыления водныхрастворов солей, используемых для получе ния материалов на основе цирконата-тита- ната свинца (ЦТС) и ферритов бария, стронция, кальция, Распылительный гидролиз создает сферические частицы в осадке и обеспечивает полноту осаждения компонентов. Это же явление возникает и в заявляемом способе. Однако условия осуществления этого приема, где предусмотрено использование аммиака с одновременным пропусканием углекислого газа, не позволяют получать гомогенные осадки, так как барий, не успев поглотиться гидроксидом титана, переходит в карбонат ВаСОз. 5 10 15 В предлагаемом способе проявляется способность бария и титана в заявляемых условиях одновременно сросаждаться аммиаком уже в газовой фазе. При этом достигается образование сферических плотных частиц размером 0,5 - 500 мкм, не захватывающих маточник, содержащий МН 4 С, За счет этого и повышается скорость фильтрации и отмывки осадков от хлор-ионов. После прокалки получается порошок, состав и дисперсность которого исключают колебания плотности, микропористости, микротвердости и величины Ка . 20 25 В результате известные приемы и новые условия их проведения впервые позволяют в едином процессе получить материал, пригодный для пластин магнитных головок высокого качества,П р и м е р, Готовят растворы четырех- хлористого титана с концентрацией 1,146 30 моль/л и хлористого бария с концентрацией 0,83 моль/л, Эти растворы смешиваются в держивают равным 4,5, Размер распыляемых капель 0,5 мкм соответствует размеру частиц осадка (определяется под микроскопом), Полученный осадок отфильтровывают, отмывают водой от хлор-ионов, прокаливают при 900 - 950 С и подвергают 10 - 15 минутной дезагрегации.По данным рентгенофазового анализа в состав полученного продукта входит гомо- генная смесь пентатитаната бария ВаТь 01 и диоксида титана Т 02 в форме рутила. Соотношение Т 02/ВаО соответствует заданному. Содержание примесей Ее, М 9, А, 5, РЬ менее 0,02каждого элемента.Последующие примеры выполнялись также, изменялиСь только соотношения 50 55 объемах 2,84 л и 0,314 л из расчета на моль- .ноесоотношениеТ /Ва =12,5. В реактор распылительного гидролиза заливают 1,12 л 40 25 аммиака и столько же воды. Сюда жепод давлением 1,2 атм через пневматическую форсунку, расположенную в. крышке реактора, подают смесь растворов, мольное соотношение чН 4 ОН/ Х ВаС 2+ ТС 4 под6 1768562 Условия полУчения материала системы ВаО-ТЩ Лля ди" электрических магнитных головокщ г г 1 олярное отношение Свойства керамики Объем25";,л Размерчастицосадка,мкм Давле"ние,атм Г1 Отград 11 Н 40 Н/ВаС 1 + ТС 1 Тхс 1 ц/Вас 1 микротвер"достьг/ммг микро- размерпорис- пор,тость, мкм щ щтащщ т щ66565456384,566655 1,2 6001,2 5004001,З 4001,2 5001,2 5001,2 4001,г, ЗОО1,2 6001,2 4002,0 100З,О 1-1 О4,0 0,51,0 10004,0 0,53,0 0,5-10 3 4 5 6 7 8 9 1 О 12 13 14 15 16 680 800 820 800 810 800 820 880 880 900 920 т 86 90 96 96 110 98 92 9698 96 98 4-4,54-65-6,55-6,55-6,55-554-4,5щ5-666 сб 6 сбв 8 а 12 6 6 щ 6 аб сб4-4,5 820 сб компонентов и давление на распыление, Данные исследований приведены в таблице. При других концентрациях делается пересчет объемов растворов при соблюдении заданных соотношений компонентов и давление на распыление. Данные исследований приведены в таблице. При других концентрациях делается пересчет объемов растворов при соблюдении заданных соотношений компонентов.Рз данных видно, что величины Ка = =(90-110) 10град " можно достигнуть при соотношении ТО 2/ВаО6 вплоть до 15). При этом наиболее благоприятное значение Ка = (96 + 5) 10 град при наилучшей микропористости 4 - 4,5% и размере но6 мкм, при микротвердости 820 кг/мм достигается при отношении Т 02/ВаО = =12,5 + 1,0. При мольном отношении Т 02/ВаО менее 6 и более 15 резко ухудшаются свойства керамики, Если отношение КН 4 ОН/ВаС 2+ ТС 4 менее 4,5, то не обеспечивается нужный рН и осаждается гидроксид титана с малой примесью бария. После прокалки порошок не спекается. Если это отношение выше 6, то свойства не улучшаются, а происходит излишний расход аммиака. При давлении сжатого воздуха на распыление менее 1,2 атм образуются крупные капли и, соответственно, частицы в осадке с размером более 500 мкм. При этом прочность гидроксидного слоя, образующегося в газовой фазе, недостаточна, и при соприкосновении с раствором осадителя происходит его разрушение с захватом маточника, содержащего хлорид-ионы. При давлении на распыление более 3 атм образуются очень мелкие частицы (менее 0,5 мкм), склонные к агрегированию, также с 5 захватом хлористого аммония из маточника. В обоих случаях резко снижается скорость фильтрации и отмывки осадков от хлор-ионов и одновременно ухудшаются свойства керамики.10 Таким образом, по сравнению с прототипом способ позволит при сохранении высокого качества керамики сократить длительность процесса с 68 ч до 18 ч, снизить энергоемкость процесса за счет исклю чения операции прокаливания ДБНТ иснижения температуры прокаливания на стадии получения конечного продукта с 1200 С до 900 - 950 С, повысить эксплуатационные свойства керамики.20 Формула изобретенияСпособ получения керамического материала на основе оксидов бария и титана для пластин магнитных головок, включающий смешение водных растворов хлоридов ба рия и титана, обработку смешанного раствора водным раствором аммиака, отделение, промывку и прокаливание образовашегося осадка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения длительности процесса 30 и снижения его энергоемкости, смешениераствора ведут при молярном соотношении ТС 4:ВаС 2 = (6 - 15):1, а обработку смешанного раствора осуществляют его распылением под давлением 1,2-3,0 атм над 35 поверхностью раствора аммиака при молярном соотношении МН 40 Н; ВаС 2+ ТСа = =(4,5 - 6,0):1.1768562 Продольение таблицыУсловия получения материала системы ВаО"Щ для ди"Ьэлектрических магнитных головокМоляряое"отношение ИУпп Свойства керамикиа е ве ав ТС 1 ц/ВаС 1 БНАМОН/Вас 1+ ТС 1/ 10 рад фмикро размер порис- пор, тость мкм 1,0 10003,0 0,5-10 4"530 0,5-10 4-51,2 700 7-8500-600 -О,ввы ,П р и м е ч а н и е, Из порошков, полученных в опытах 9, 13 14, 15, 17 и по прототиу, керамикспечь не удалось,л 25 0 5 Составитель Т. Лим Техред М.Моргента Редакт рректор В Петра Заказ 3618 Тираж 341 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизвддственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гага 17 " 12,5 .18 11,5 19 135 20 16 Прототип 4,0 5555Объем25 З,л 1,24 1,24 1,24 1,50 Давление, атм Размер частиц осадка, мкм микротвер"достьг/ммз 66 820 96с 6 800 93р 12 800 120щЮ