Преимущества и недостатки различных технологических схем. К преимуществам изготовления ферритов механическим смешиванием окислов и солей (керамический способ) можно отнести: возможность точного соблюдения заданного химического состава; отсуствие отходов и связанной с этим переработки меньших количеств сырья; отсутствие вредных выделений; простоту технологической схемы.
Недостатки керамического способа - необходимость тщательного измельчения и смешивания исходных солей и окислов для получения однородной химической смеси.
Преимущества остальных рассмотренных схем изготовления ферритов являются: получение очень однородных по химическому составу смесей, практически не нуждающиеся в дальнейшем перемешивании; получение высокой химической активности шихты. К недостаткам этих схем относятся: трудности, связанные с точным соблюдением химического состава ферритов из-за возможности потерь отдельных компонентов при растворении и осаждении ввиду различной растворимости исходных солей; необходимость переработки больших количеств исходных веществ; выделение отходов, загрязняющих воздух или сточные воды.
4.2. 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 МеFe2O4 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 - Fe2O3 - парамагнитная, g и d - Fe2O3 - обе ферромагнитные. Из них d - Fe2O3 сохраняется лишь при низкой температуре и при нагреве до 110°С переходит в a - Fe2O3. Температурный интервал g - Fe2O3 различен для разного состояния g - Fe2O3 и свойств примесей. Обычно промышленная окись железа содержит смесь a - Fe2O3 и g - Fe2O3, при этом наиболее активной составляющей является g - Fe2O3. Чем выше ее содержание, тем активнее ферритовая шихта. Поэтому при производстве ферритов важно знать соотношение этих модификаций Fe2O3 в исходной окиси железа.
Процентное содержание их можно регулировать с помощью магнитного разделения g и a модификаций, учитывая, что g - Fe2O3 - магнитна, а a - Fe2O3 - 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.
5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ФЕРРИТОВ
5.1.Механические испытания ферритов.
Целью механических испытаний ферритов является изучение деформаций образцов материалов при механических воздействиях и определение величины механических напряжений, вызывающих разрушение образцов. Механические свойства материалов - способность материалов сопротивляться деформированию и разрушению в сочетании со способностью упруго и пластически деформироваться под действием внешних механических сил.
Измерение механических характеристик различных материалов, в т.ч. и ферритов, имеет большое практическое значение, т.к. при конструировании, сборке и эксплуатации различных аппаратов, приборов, волноводов и других устройств, детали, изготовленные из феррита, могут подвергаться механическим усилиям, хотя иногда и кратковременным, но значительным по величине.
Создание напряженного состояния во время испытаний должно по возможности соответствовать тем условиям, в которых находятся детали или образцы при эксплуатации. Поэтому испытания материалов подразделяются сообразно видам нагружения, которым подвергаются образцы в процессе использования.
Основные виды испытаний ферритов следующие: 1) статические испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение; 2) динамические испытания нп ударную прочность (вязкость); 3) испытания на твердость; 4) определение упругих постоянных динамическим способом.
Необходимо отметить, что при испытаниях образцов из ферритов наблюдается большой разброс результатов. Этот разброс в первую очередь объясняется различными технологическими факторами (различным давлением при прессовании, различием температуры обжига, наличием микротрещин, неоднородной зернистостью и т.п.)
| Система феррита | Марка фер-рита | t,°C | Прочность, кг/см2 | Модуль Юнга, Е´10-6 кг/см2 | Ударная прочность, а´10-2 | Удельный вес, г/см3 | По-ристость, % | ТК ЛР, ´106 | ||||
| раст. | сж. | изгиб | круч. | пов. | об. | |||||||
| -100 | 265 | 1800 | 550 | 190 | ||||||||
| 10ВЧ1 | -50 | 210 | 2200 | 475 | 170 | 1,17-1,45 | 2,9 | 29,0 | 4,2-4,5 | - | - | |
| +20 | 150 | 2600 | 380 | 155 | ||||||||
| Высоко- | +100 | 115 | 3300 | 330 | 150 | |||||||
| частотные | -100 | 120 | 250 | 235 | 205 | |||||||
| никель- | 20ВЧ | -50 | 95 | 1000 | 190 | 170 | 0,45-0,55 | 2,95 | 22,3 | 3-3,2 | 34,5- | 5,8-6,5 |
| цинковые | +20 | 70 | 1050 | 150 | 140 | 42,0 | ||||||
| и др. | +100 | 65 | 1150 | 110 | 115 | |||||||
| -100 | 150 | 1300 | 300 | 220 | ||||||||
| 50ВЧ2 | -50 | 125 | 1400 | 265 | 190 | 0,5-0,6 | 2,1 | 21,0 | 3,2-3,5 | 25-35 | 5,0-5,5 | |
| +20 | 95 | 1550 | 210 | 155 | ||||||||
| +100 | 70 | 1650 | 200 | 135 | ||||||||
| -100 | 225 | 1400 | 395 | 346 | ||||||||
| 1000НМ3 | -50 | 180 | 1600 | 345 | 260 | 0,9-1,1 | 2,37 | 23,2 | 3,8-4,2 | 12-20 | 9-9,8 | |
| +20 | 120 | 1680 | 300 | 200 | ||||||||
| Марганец- | +100 | 100 | 2500 | 265 | 180 | |||||||
| цинковые | -100 | 290 | 1450 | 535 | 290 | |||||||
| 2000НМ1 | -50 | 230 | 1500 | 490 | 215 | 0,8-0,95 | 2,54 | 23,7 | 3,8-4,1 | 9-15 | 9-11 | |
| +20 | 160 | 1600 | 450 | 170 | ||||||||
| +100 | 130 | 2000 | 410 | 150 | ||||||||
| -100 | - | 3750 | 1350 | 495 | ||||||||
| 1БИ | -50 | 290 | 2750 | 1000 | 450 | 1,1-1,5 | 2,3 | 23,0 | 4,4-4,7 | - | - | |
| +20 | 260 | 2300 | 660 | 440 | ||||||||
| +100 | 240 | 2250 | 585 | 505 | ||||||||
| -100 | - | 3250 | 1150 | 710 | ||||||||
| Бариевые | 2БА | -50 | 310 | 2350 | 1000 | 690 | 1,65-1,9 | 2,6 | 26 | 4,7-1,9 | - | - |
| +20 | 250 | 1950 | 750 | 490 | ||||||||
| +100 | 240 | 2000 | 600 | 575 | ||||||||
| -100 | - | - | 875 | - | ||||||||
| 3БА | -50 | 420 | 2900 | 840 | 670 | 1,8-2,0 | 3,0 | 30,4 | 4,8-5,0 | - | - | |
| +20 | 310 | 2200 | 770 | 490 | ||||||||
| +100 | 265 | 2000 | 720 | 610 | ||||||||
| Никель- | 55НН | +20 | 150 | 1100 | 315 | - | 1,7-1,72 | 1,8 | 10,5 | 4,9-5,3 | - | 5,7-6,5 |
| цинковые | 200НН2 | +20 | 160 | 1530 | 270 | - | 1,0-1,3 | 1,8 | 10,8 | 4,8-5,1 | - | 7,8-8,1 |
| 45НН | +20 | 76 | 1340 | 165 | - | 1,2-1,35 | 1,65 | 9,4 | 4,4-4,9 | - | 5,7-6,4 | |
Табл.6 Сводная таблица механических характеристик некоторых марок ферритов