Исходное сырье и материалы, применяемые для изготовления ферритов

Ферриты получают при высокотемпературной обработке смеси окислов, вступающих между собой в реакцию в твердой фазе. Происходящая при этом взаимная диффузия ионов металлов приводит к образованию соединений типа МеFe₂ O₄ или боле сложных типов в зависимости от природы феррита. Для взаимной диффузии ионов необходим контакт между отдельными частицами окислов (именно окислов, т.к. при разложении солей образуются также окислы, которые участвуют непосредственно в образовании феррита). Все факторы, приводящие к увеличению скорости взаимной диффузии ионов при нагревании смеси порошков, способствуют ускорению образования ферритов. К числу таких факторов относятся, например, величина частиц реагирующих веществ, взаимный контакт, и т.п.

Выпускаемые промышленностью окислы и соли, используемые для производства ферритов, различаются по их квалификации, например " Ч" - чистые, " ЧДА" - чистые для анализа, " ХЧ" - химически чистые и др. Эти окислы отличаются по степени частоты, т.е. количественному содержанию примесей. Например, никель углекислый (NiCO3), квалификации " ЧДА", выпускаемый промышленностью по ГОСТ 4466-48 содержит следующие примеси (в %): вещества, нерастворимые в соляной кислоте - 0, 01; хлориды - 0, 005; сульфиты - 0, 01; железо - 0, 001; кобальт - 0, 05; цинк - 0, 05; щелочные и щелочноземельные металлы (в виде сульфатов) - 0, 4. В той же соли, но квалификации " Ч" содержание примесей больше. Кроме того, может измениться и качественный состав примесей.

Исходные вещества различаются также по размеру и форме частиц, удельной поверхности, активности. При этом сырье отличается по качественному содержанию примесей и содержанию влаги (влажности) как в различных партиях, так и в различных упаковках одной партии. Поэтому при производстве ферритов исходные материалы усредняют: перемешивают разные партии сырья и разные упаковки одной партии. Содержание основного вещества определяют на усредненных партиях сырья.

Реакция в твердой фазе (при нагреве порошков) протекает неодинаково в окислах, очищенных от примесей, и содержащих примеси. Установлено, что наличие некоторых примесей, как правило, способствует процессам, протекающим при реакции в твеердой фазе. Однако очень важно для каждого вида феррита определить допустимый качественный и количественный состав примесей, который позволит полусать одинаковые по характеристикам ферриты на различных партиях исходного сырья. От этого в большой степени зависят повторяемость и воспроизводимость технологического процесса получения ферритов.

Критерии оценки качества исходного сырья для производства ферритов должны быть установлены и по другим физико-химическим параметрам. До сих пор, однако, такие критерии для исходных веществ не выработаны. Поэтому возникает необходимость в подборе исходного сырья экспериментальным путем: изготовлением пробных партий ферритов из различных партий сырья и соответствующей корректировки технологических процессов.

Окись железа является основной составляющей частью всех ферритов. Ее физико-химические характеристики оказывают определяющее влияние на характеристики ферритовых элементов. Окись железа имеет три модификации: a - Fe₂ O₃ - парамагнитная, g и d - Fe₂ O₃ - обе ферромагнитные. Из них d - Fe₂ O₃сохраняется лишь при низкой температуре и при нагреве до 110°С переходит в a - Fe₂ O₃. Температурный интервал g - Fe₂ O₃ различен для разного состояния g - Fe₂ O₃ и свойств примесей. Обычно промышленная окись железа содержит смесь a - Fe₂ O₃ и g - Fe₂ O₃, при этом наиболее активной составляющей является g - Fe₂ O₃. Чем выше ее содержание, тем активнее ферритовая шихта. Поэтому при производстве ферритов важно знать соотношение этих модификаций Fe₂ O₃ в исходной окиси железа.

Процентное содержание их можно регулировать с помощью магнитного разделения g и a модификаций, учитывая, что g - Fe₂ O₃ - магнитна, а a - Fe₂ O₃ - немагнитна.

Активность исходной порошкообразной окиси железа зависит от формы и размера ее частиц. Наибольшей активностью обладает окись железа с " игольчатой" формой частиц, наименьшей - с " кубической". Чем мельче размер частиц порошка окиси железа, тем, как правило, выше активность. Т.к. удельная поверхность порошка обратно пропорциональна размеру его частиц, то активность окиси железа растет с увеличением удельной поверхности.

Физико-химические характеристики окиси железа (и других окислов) существенно зависят от способа получения ее из различных солей и других химических соединений.

Так, активность окиси железа, полученной из различных солей (сульфата, карбоната, оксалата, соли Мора), наибольшая у оксалата и наименьшая у сульфата.

Температура разложения солей, из которых получают исходные материалы для производства ферритов, также оказывают значительное влияние на физико-химические характеристики порошков. Так, например, разложение карбоната железа квалификации " ЧДА" при различных температурах (200, 400, 600, 800 и 100°С) в течение 4 часов снижает значение удельной поверхности (увеличивает средний размер частиц), получаемой Fe₂O₃. Окись железа с оптимальными свойствами, пригодными для производства ферритов получается при прокалке в интервале 400-650°С.

Окислы других металлов, используемые для получения ферритов, тоже имеют разлиные физико-химические характеристики, а также количественное и качественное содержание примесей. Характер влияния этих различий на свойства ферритов аналогичен влиянию окиси железа. Однако степень этого влияния меньше и зависит от относительного содержания окисла в феррите.

Таким образом, для получения ферритов с повторяющимися свойствами необходимо при выборе сырья осуществлять контроль по количественному содержанию основного вещества, качественному и количественному содержанию примесей и физико-химическим характеристикам порошков.

Многие вопросы конкретной стандартизации тех или иных параметров исходных веществ для производства ферритов еще не ясны и находятся в стадии экспериментального и теоретического изучения.

ВЫВОДЫ

Ферриты и изделия из них начиная с момента их изобретения нашли наиболее широкое применение в радиоэлектронике и вычислительной технике среди других магнитомягких материалов. Кроме того, что ферритовые изделия в большинстве случаев могут эффективно заменить изделия из других материалов, они обладают рядом уникальных физико-химических, магнитных и электрических свойств, не присущих ни одному другому материалу.

Применение ферритовых изделий в вычислительной технике позволило значительно ускорить процесс вычислений благодаря возможности значительной миниатюризации запоминающих устройств и устройств переключения.

Несмотря на значительный прогресс в области производства интегральных схем высокой степени миниатюризации и связанное с этим некоторое падение интереса к ферритовым сердечникам как к устройствам памяти, изделия подобного рода все еще находят довольно широкое применение в устройствах управления различными процессами и контроля выпускаемых изделий в промышленности.

С другой стороны, прогресс в области производства интегральных схем и производство автоматов на их основе позволило значительно улучшить контроль качества при производстве ферритов, что в свою очередь позволило выпускать ферритовые изделия с более точными характеристиками.

Применение ферритовых сердечников в радиоэлектронной аппаратуре в качестве сердечников катушек и основ для магнитных головок воспроизводящей и записывающей аппаратуры на данный момент является наиболее обширным. По своим характеристикам ферритовые сердечники не имеют аналогов по соотношению цена/качество среди других материалов и применяются в очень широком диапазоне приборов: от любительской техники до высокоточных промышленных аппаратов.

Литература.

1. З.Фактор и др. Магнитомягкие материалы. М.: Энергия, 1964 — 312 с.

2. Э.А.Бабич и др. Технология производства ферритовых изделий. М.: Высшая школа, 1978, 1978 — 224 с.

3. В.А.Злобин и др. Ферритовые материалы. Л.: Энергия, 1970 --112 с.

4. В.В.Пасынков, В.С.Сорокин. Материалы электронной техники, М.: Высшая школа, 1986 — 367 с.

5. Ю.В.Корицкий и др. Справочник по электротехническим материалам. Т.3, Л.: Энергоатомиздат, 1988 — 728 с.