Сделай Сам Свою Работу на 5

Типы магнитной керамики, их особенности и типичные составы. Технология основных видов магнитной керамики.





Магнитная керамика представляет собой обычно изделия на основе никель-цинковых (система NiO–ZnO–Fe2O3) и никель-марганцевых (система NiO–MnO– Fe2O3) ферритов. Важнейшими группами ферритов являются: магнитомягкие, для СВЧ-диапазона, с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) и магнитотвердые.

Для СВЧ-диапазона используют различные ферриты: иттриевые феррогранаты (Y3Fe5O12) с различными добавками, твердые растворы на основе систем: MgO–Cr2O3– Fe2O3, MgO–Al2O3–Fe2O3, MgO–MnO–Fe2O3 и др.

Ферриты с ППГ изготавливают, из материалов на основе твердых растворов в системе MgO–MnO–Fe2O3 с введением добавок различных оксидов.

Магнитожесткие ферриты на основе гексаферритов бария – BaO·6Fe2O3 и стронция – SrO·6Fe2O3, а также некоторых других соединений используют в качестве постоянных магнитов.

Характерная особенность керамических магнитных материалов — их самопроизвольная (спонтанная) намагниченность без приложения внешнего магнитного поля. Области, в которых магнитные моменты (спины) ориентируются в одном направлении, называют магнитными доменами. Возможны три случая ориентации магнитных доменов: а) все домены ориентируются параллельно. В этом случае феррит относится к ферромагнетикам;



б) домены в результате отрицательного обменного взаимодействия между электронами исходных атомов кристаллической решетки ориентируются антипараллельно друг другу и их суммарный момент равен нулю. В этом случае феррит антиферромагнитный и магнитными свойствами не обладает;

в) домены расположены антипараллельно, но их суммарный момент не равен нулю. Такие ферриты представляют собой нескомпенсированный ферромагнетик и, по терминологии Нееля, их называют ферримагнетиками. Они проявляют ферромагнитные свойства

Исходным сырьем для изготовления магнитной керамики являются оксиды соответствующих металлов либо их соли в виде карбонатов, нитратов и оксалатов. Производство магнитной керамики является двустадийным. На первой стадии осуществляют синтез феррита, на второй – изготовление собственно изделий.

В технологии ферритов решающее значение имеет чистота сырья, так как даже незначительное содержание примесей существенно изменяет свойства магнитной керамики.



Важнейшими свойствами ферритов являются магнитная восприимчивость, магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, форма петли магнитного гистерезиса и температура Кюри.

Синтез ферритов в зависимости от их состава, свойств и назначения может осуществляться по разным схемам:

1)Из порошков оксидов: чистые тонкоизмельченные порошки оксидов с размером зерен 1–3 мкм прессуют в виде брикетов и обжигают в окислительной среде при 500–1000°С в зависимости от состава феррита. Обожженные брикеты дробят, измельчают и из порошка формуют изделия.

2)Способ термического разложения солей основан на смешивании кристаллогидратов солей, в основном сульфатов, в расчете на стехиометрию по катионам будущего феррита. При нагревании до 60–70°С смесь расплавляется, при 100–120°С закипает, а при 300–320°С соли разлагаются. В процессе нагревания происходит смешивание на молекулярном уровне солей, при потере кристаллизационной воды смесь твердеет. Твердую смесь солей прокаливают при 950–1100°С. При обжиге протекает реакция образования нужной фазы – феррошпинели, феррограната и т. п. Прокаливание проводят при хорошей вентиляции и поглощении отходящих газов. Практикуется повторное измельчение, брикетирование и обжиг до 900–1000°С для повышения гомогенности материала. Обожженный спек вновь измельчают, а из порошка с временной технологической связкой формуют изделия прессованием или литьем под давлением.

3)При синтезе из гидроксидов или солей осаждают смесь гидроксидов или нерастворимых солей, например карбонатов и оксалатов в стехиометрическом соотношении к будущему соединению. Осадок промывают, фильтруют и сушат, а затем брикетируют, прокаливают до полного удаления влаги или кислотного остатка при температуре 500–1000°С. При этом протекает процесс ферритизации. Обожженные брикеты дробят и измельчают, из порошка формуют изделия, которые обжигают в зависимости от состава феррита при 1000–1400°С. Обжиг ведут в печах с карбидокремниевыми нагревателями. Изделия с подсыпкой глинозема устанавливают на шамотные подставки или на бомзы из феррита того же состава.



При обжиге ферритов в печи создают соответствующую газовую среду, в которой должно сохраняться равновесие между давлением диссоциации феррита и давлением кислорода. Для обжига большинства ферритов необходима окислительная среда при нормальном давлении кислорода. Однако для активно диссоциирующих ферритов, какими, например, являются марганец-цинковые ферриты, необходимо устанавливать газовый режим с меняющимся парциальным давлением кислорода. В марганец-цинковом феррите марганец находится в двухзарядном состоянии и только при его сохранении феррит будет обладать магнитными свойствами. Однако при нагревании на воздухе, когда парциальное давление кислорода возрастает, происходит окисление Mn2+ до Mn4+ и магнитные свойства при этом теряются. Чтобы восстановить Mn4+ обратно до Mn2+ при охлаждении изделия, снижают парциальное давление кислорода по специальному режиму, что позволяет сохранить равновесное состояние кислорода между материалом и средой в процессе синтеза и охлаждения.

Для создания газовой среды с понижающимся парциальным давлением кислорода обжиговую печь помещают в вакуумную камеру, в которой снижается давление по так называемой вакуумной программе.

Другим способом изменения парциального давления является обжиг в среде из смеси азота и кислорода в герметичных туннельных печах со шлюзовой загрузкой и выгрузкой изделий. Необходимое парциальное давление создается изменением состава газа.


20.Тугоплавкие бескислородные соединения представляют собой обширный класс материалов, обладающих ценными свойствами — высокой температурой плавления и твердостью, электрическими, магнитными, химическими.

По хим. составу тугоплавкие бескислородные соединения подразделяют на карбиды МеС, нитриды MeN, бориды МеВn, силициды MeSin. По кристаллической структуре их разделяют на два основных класса. Первый класс - вещества, имеющие металлоподобные свойства — так называемые «фазы внедрения». В этих веществах атомы металла образуют одну из типичных металлических решеток — кубическую или гексагональную, а атомы -неметалла находятся в пустотах между металлическими атомами. Вещества со структурой этого класса обладают металлоподобными свойствами. Второй класс структур, к которому относятся все бориды переходных металлов, некоторые карбиды (SiC) и нитриды, представляет собой сложные и очень разнообразные структуры, главным образом слоистые и цепочечные.

Наибольшая температура плавления у карбидов и нитридов. Внутри каждой группы соединений, например карбидов, температура плавления возрастает с увеличением атомного номера элемента определенной группы.

Карбиды — это соединение углерода с металлами (МеС). Они отличаются высокой температурой плавления или разложения. Из всех неметаллических бескислородных соединений наиболее высокая температура плавления у карбида гафния (HfC) и карбида тантала(ТаС)(3887 и 3877°С соответственно). Карбиды стойки к окислению до умеренно высоких температур, обладают высокой твердостью и химической стойкостью. Строение карбидов различно. Большинство из них — типичные «фазы внедрения» с кубической решеткой и металлоподобными свойствами, как, например, TiC, ZrC, ТаС, NbC и др.

Карбид кремния существует в двух основных модификациях α- и β-SiC-α-SiC —это высокотемпературная модификация с многослойной цепочечной структурой гексагональной формы. β-SiC имеет кубическую структуру и при температуре выше 2100°С переходит в α-форму. При температуре выше 2700°С карбид кремния возгоняется.

Для производства некоторых видов керамики особое значение имеют их электрофизические свойства, в частности небольшое изменение удельного объемного сопротивления в области температур 1000—1500°С. Карбидокремниевые нагреватели широко применяют в керамической промышленности для обжига изделий при температуре до 1450°С в окислительной среде.

Нитриды — ХNn. Нитриды в большинстве представляют собой «фазы внедрения» с ярко выраженными металлическими свойствами. Они обладают металлическим блеском, электропроводностью и большой твердостью. Не стойки к воде, кислотам и щелочам, и поэтому их применение ограничено. Среди нитридов есть несколько соединений азота с элементами II и IV групп, которые имеют сложистую цепочечную структуру и являются диэлектриками. Такие нитриды имеют ковалентные связи в структуре их кристаллической решетки. Их температура плавления или разложения весьма высокая. Для изготовления керамических изделий технического назначения представляют интерес три соединения: нитрид бора BN, нитрид алюминия A1N и нитрид кремния Si3N4. Нитриды — искусственные материалы. Нитрид бора BN — это единственное соединение бора с азотом. Известны три модификации нитрида бора: α-BN (гексагональный), β-BN (кубический) и γ-BN (гексагональный плотноупакованный). Наибольшее значение для изготовления керамики имеет α-BN. Это белый порошок чешуйчатого строения. Кристаллическая структура аналогична слоистой структуре графита. В химическом отношении нитрид бора очень устойчив в нейтральной и восстановительных средах. Он не смачивается многими расплавленными металлами, расплавом стекла и некоторых солей. Нитрид бора обладает высокой теплопроводностью. Изделия из гексагонального нитрида бора благодаря их высоким электроизоляционным свойствам в сочетании с хорошей химической и термической стойкостью применяются для нужд атомной энергетики, электротехники, производства полупроводников, диэлектриков и др. Кубический нитрид бора применяют как абразивный материал. γ-BN, по различным данным, имеет тетрагональную либо ромбоэдрическую структуру.

Нитрид алюминия A1N — единственное соединение азота с алюминием. Кристаллизуется в гексагональной решетке типа вюртцита. Не имеет, модификаций. ρ=3,27г/см3. При 2000°С разлагается. Oбладает высокой твердостью. Явл. изолятором.

Высокоплотная керамика из нитрида алюминия может применяться в инертной среде — до 1800°С, в вакууме —до 1600°С, на воздухе —до 1300—1400°С. Высокая теплопроводность делаeт эту керамику перспективной для применения в условиях с резким изменением температуры.

Нитрид кремния Si3N4— единственное соединение этих элементов. Существуют две модификации Si3N4 - αиβ. Для керамики имеет значение α-Si3N4. Плотность 3,184 г/см3.

Температура разложения 1900СС. ТКЛР 2,75 в интервале 20—1000°С. Нитрид кремния — хороший диэлектрик, отличается исключительно высокой химической устойчивостью. Он устойчив по отношению к кислотам, парам воды, большинству расплавленных металлов (Al, Pb, Zn, Sn и др.), а также к окислению в среде кислорода при умеренных температурах. В этом смысле нитрид кремния — уникальный материал, и интерес к нему в последнее время возрастает.

Нитрид кремния используют как отличный антикоррозионный материал с высокой термической стойкостью, удовлетворительными механическими и теплофизическими свойствами.

Бориды представляют собой соединения бора с металлами- МехВу. Образуют сложные цепочечные слоистые и каркасные структуры. Бориды имеют весьма высокую температуру плавления или разложения: TiB2—2980°С; ZrB2—3040; ТаВ2—3000; Н1В2—3250°С. Обладают высокой твердостью и хорошей термической стойкостью. Некоторые бориды сохраняют высокую прочность при высоких температурах. Большинство боридов устойчиво против действия минеральных кислот, но разлагается в расплавленных щелочах.

Силициды — это соединения кремния с металлами в основном IV — VI групп. Они образуют главным образом сложные цепочечные слоистые и каркасные структуры и не образуют металлоподобных фаз внедрения. Силициды имеют умеренную температуру плавления или разложения. Они обладают большой теплопроводностью и благодаря этому хорошей термостойкостью. Как правило, они стойки к окислению до 1500—1700СС и к минеральным кислотам. Из большого числа силицидов наиболее применим дисилицид молибдена MoSi2. Имеет слоистую структуру, состоящую из двух слоев атомов кремния и одного слоя атома молибдена. Нерастворим в минеральных кислотах, даже в плавиковой кислоте и царской водке. Водные растворы щелочей на него не действуют, но расплавы щелочей разлагают его. ТКЛР при 200—1500°С—9,2∙10-6.

Si — А1 — О — N - класс керамических материалов сиалон. В этой системе внимание исследователей привлекла фаза β (β-сиалон), представляющая собой твердый раствор на основе β-нитрида кремния. Твердый раствор образуется в результате внедрения ионов А13+ и О2- в кристаллическую решетку β= Si3N4. β-сиалоны характеризуются следующими значениями свойств: плотность 3—3,1 г/см3, прочность при изгибе 400—450 МПа, ТКЛР 20— 1200°С— (2,4—3,2)10-6°С-1. β-сиалон стоек против окисления.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.