Єння феритів
Рис.13 Основні технологічні схеми виготовлення феритів.
Для отримання заданого фериту вихідна суміш повинна містити певні кількості складових її оксидів та солей. Для цього роблятьрозрахунок вагових значень оксидів і солей та їх зважування.
Для отримання однорідної за хімічним складом та розміром частинок суміші зважені в необхідних пропорціях вихідні оксиди та солі перемішують і розмелюють механічним шляхом.Помел і перемішування сумішівиробляють у вигляді сухих порошків (сухий помел), або в якійсь рідині (мокрий помел).
При мокрому помелі після закінчення операції отриману суміш піддають сушінню до повного видалення вологи.
Після перемішування та помелу суміш (іноді її називають шихтою)брикетують і гранулируют.Мета цих операцій - надати шихті більш компактну форму (у вигляді циліндричних брикетів, сферичних гранул, таблеток) і забезпечити більш повне, якісне перебіг реакцій, які відбуваються на наступній стадії технологічного процесу -стадії попереднього випалу.
Брикети, гранули або просто порошок, що пройшли операцію попереднього випалу, надходять на вторинний помел і перемішування. Мета цієї операції загалом та ж, що і першого перемішування і помелу. Однак у цьому випадку процес помелу повинен переважати процес перемішування, т.к. щільність і розмір шихти після попереднього випалу значно більше, ніж у разі вихідних оксидів та солей.
Сушіння шихти після вторинного помелу і перемішування(якщо ця технологічна операція проводилася в будь-якій рідині) аналогічна сушінню суміші після змішування і помелу вихідних порошків.
Операція формування служить для надання напівфабрикатувироби необхідної форми Для поліпшення формування готують пресспорошок (для шлікерного лиття – шлікери) – суміш порошку феритової шихти та сполучних речовин, що сприяють отриманню пластичних властивостей. Для цього в порошок вводять різні зв'язки, що сприяють зчепленню окремих частинок і дозволяють формувати вироби досить міцні для подальших операцій.
Відформовані вироби проходять високотемпературне спікання. Мета цієї операції - отримання феритових елементів з певними магнітними та електричними параметрами.
Спечені вироби (ферити) піддаютьконтролю, в т.ч. на вигляд (на відсутність тріщин, раковин, і т.д.); за геометричними розмірами (на відповідність кресленню); визначення магнітних, електричних та фізико-механічних характеристик (на відповідність технічним умовам). За результатами контролю вироби поділяють на придатні та браковані.
Технологічна схема, заснована на термічному розкладанні солей.Ця технологічна схема має багато загальних операцій із попередньою. Зазначимо лише ті операції, що її відрізняють.
Термічне розкладання солей пов'язане з тим, що як вихідні речовини застосовують розчинні сірчанокислі, азотнокислі, солянокислі солі металів, відповідних складу феритів. Кожну сіль подрібнюють грубо до розміру частинок 1-2 мм і перемішують. Потім солі поміщають у відповідний посудину разом з водою (відповідно 1л води на кожні 5 кг солі), нагрівають суміш до кипіння і після повного випаровування піддають остаточному зневодненню з метою видалення кристалізаційної води шляхом подальшого нагрівання суміші солей до 300°С. Процес зневоднення досить тривалий (до 24 год залежно від природи солей, що використовуються). Наступноюоперацією єтермічне розкладання солей- прожарювання суміші при 900-1000 ° С в керамічних судинах (тиглях) до повного видалення газів - продуктів розкладання. Тривалість цієї операції – 3-5 год.
Слід зазначити, що у разі термічного розкладання солей можна поєднати операції прожарювання солей та попереднього випалу, у цьому випадку відпадає необхідність у брикетуванні та гранульуванні.
Переваги та недоліки різних технологічних схем.До переваг виготовлення феритів механічним змішуванням оксидів та солей (керамічний спосіб) можна віднести: можливість точного дотримання заданого хімічного складу; відсутність відходів та пов'язаної з цим переробки менших кількостей сировини; відсутність шкідливих виділень; простоту технологічної схеми.
Недоліки керамічного способу- необхідність ретельного подрібнення та змішування вихідних солей та оксидів для отримання однорідної хімічної суміші.
Переваги інших розглянутих схем виготовлення феритів є: отримання дуже однорідних за хімічним складом сумішей, що практично не потребують подальшого перемішування; одержання високої хімічної активності шихти. До недоліків цих схем відносяться: труднощі, пов'язані з точним дотриманням хімічного складу феритів через можливість втрат окремих компонентів при розчиненні та осадженні через різну розчинність вихідних солей; необхідність переробки великих кількостей вихідних речовин; виділення відходів, що забруднюють повітря чи стічні води.
Вихідна сировина та матеріали, що застосовуються для виготовлення феритів
Ферити отримують при високотемпературній обробці суміші оксидів, що вступають між собою в реакцію у твердій фазі. Взаємна, що відбувається при цьомудифузія іонів металів призводить до утворення сполук типу МеFe2 O4 або складніших типів залежно від природи фериту. Для взаємної дифузії іонів необхідний контакт між окремими частинками оксидів (саме оксидів, тому що при розкладі солей утворюються також оксиди, які беруть участь безпосередньо в утворенні фериту). Всі фактори, що призводять до збільшення швидкості взаємної дифузії іонів при нагріванні суміші порошків, сприяють прискоренню утворення феритів. До таких чинників ставляться, наприклад, величина частинок реагуючих речовин, взаємний контакт, тощо.
Вихідні речовини розрізняються також за розміром та формою частинок, питомої поверхні, активності. При цьому сировина відрізняється за якісним вмістом домішок та вмістом вологи (вологості) як у різних партіях, так і в різних упаковках однієї партії. Тому при виробництві феритів вихідні матеріали усереднюють: перемішують різні партії сировини та різні упаковки однієї партії. Зміст основної речовини визначають усереднених партіях сировини.
Реакція у твердій фазі (при нагріванні порошків) протікає неоднаково в оксидах, очищених від домішок, і домішок, що містять. Встановлено, що наявність деяких домішок, як правило, сприяє процесам, що протікають при реакції у твердій фазі. Однак дуже важливо для кожного виду фериту визначити допустимий якісний та кількісний склад домішок, який дозволить напівсати однакові за характеристиками ферити на різних партіях вихідної сировини. Від цього великою мірою залежать повторюваність та відтворюваність технологічного процесу отримання феритів.
Критерії оцінки якості вихідної сировини для виробництва феритів повинні бути встановлені за іншими фізико-хімічними параметрами. До цих пір, однак,такі критерії для вихідних речовин не вироблено. Тому виникає необхідність у підборі вихідної сировини експериментальним шляхом: виготовленням пробних партій феритів із різних партій сировини та відповідного коригування технологічних процесів.
Активність вихідного порошкоподібного окису заліза залежить від форми та розміру її частинок. Найбільшу активність має окис заліза з "гольчастою" формою частинок, найменшою - з "кубічної". Чим дрібніший розмір частинок порошку окису заліза, тим, як правило, вища активність. Т.к. питома поверхня порошку обернено пропорційна розміру його частинок, то активність окису заліза зростає зі збільшенням питомої поверхні.
Фізико-хімічні характеристики окису заліза (та інших оксидів) суттєво залежать від способу одержання його з різних солей та інших хімічних сполук.
Так, активність окису заліза, отриманого з різних солей (сульфату, карбонату, оксалату, солі Мора), найбільша у оксалату та найменша у сульфату.
Температура розкладання солей, з яких отримують вихідні матеріали для виробництва феритів, також значно впливають на фізико-хімічні характеристики порошків. Так, наприклад, розкладання карбонату заліза кваліфікації "ЧДА" при різних температурах (200, 400, 600, 800 і 100°С) протягом 4 годин знижує значення питомої поверхні (збільшує середній розмір часток), одержуваної Fe2O3. Окис заліза з оптимальними властивостями, придатними для виробництва феритів, виходить при прокалюванні в інтервалі 400-650°С.
Таким чином, для отримання феритів з властивостями, що повторюються, необхідно при виборі сировини здійснювати контроль за кількісним вмістом основної речовини, якісним і кількісним вмістом домішок і фізико-хімічним.характеристик порошків.
Багато питань конкретної стандартизації тих чи інших параметрів вихідних речовин для виробництва феритів ще не зрозумілі та перебувають у стадії експериментального та теоретичного вивчення.
Феріти та вироби з них починаючи з моменту їх винаходу знайшли найбільш широке застосування в радіоелектроніці та обчислювальній техніці серед інших магнітом'яких матеріалів. Крім того, що феритові вироби в більшості випадків можуть ефективно замінити вироби з інших матеріалів, вони мають ряд унікальних фізико-хімічних, магнітних та електричних властивостей, які не притаманні жодному іншому матеріалу.
Застосування феритових виробів у обчислювальній техніці дозволило значно прискорити процес обчислень завдяки можливості значної мініатюризації пристроїв і пристроїв перемикання.
Незважаючи на значний прогрес у галузі виробництва інтегральних схем високого ступеня мініатюризації і пов'язане з цим деяке падіння інтересу до феритових сердечників як до пристроїв пам'яті, подібні вироби все ще знаходять досить широке застосування в пристроях управління різними процесами і контролю виробів, що випускаються в промисловості.
З іншого боку, прогрес у галузі виробництва інтегральних схем і виробництво автоматів на їх основі дозволило значно покращити контроль якості при виробництві феритів, що дозволило випускати феритові вироби з більш точними характеристиками.
Застосування феритових сердечників в радіоелектронній апаратурі як осердя котушок і основ для магнітних головок відтворювальної та записуючої апаратури на даний момент є найбільшим. За своїми характеристиками феритові сердечники не мають аналогів заспіввідношення ціна/якість серед інших матеріалів і застосовуються в дуже широкому діапазоні приладів: від аматорської техніки до високоточних промислових апаратів.