Способ получения ферритовых изделий путем радиационно-термического спекания


 


Владельцы патента RU 2536022:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению магнитомягких ферритовых материалов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности. Готовят шихту из синтезированного ферритового материала и 0,01-0,05 мас.% легкоплавкой добавки, предварительно механоактивированной в планетарной мельнице в течение 25-50 минут. Из полученного пресс-порошка прессуют заготовки, нагревают до температуры спекания облучением проникающим электронным пучком и осуществляют выдержку при температуре спекания под облучением. В процессе нагрева осуществляют изотермическую выдержку в течение 10-20 мин при температуре плавления легкоплавкой добавки. Обеспечивается уменьшение времени спекания, а также улучшение электромагнитных характеристик ферритов. 8 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в электронной и радиопромышленности при производстве ферритовых материалов и изделий на их основе.

Известен способ радиационно-термической обработки (РТО) материалов, в частности изделий из ферритов и керамики, обеспечивающий спекание заготовок ферритов облучением проникающим импульсным электронным лучом (см. а.с. СССР №1391808, B22F 3/24, C04B 35/26. Авторы: Суржиков А.П., Анненков Ю.М., Новиков B.C. и др.). Недостаток - способ характеризуется большой длительностью спекания, не обеспечивает требуемое качество процесса спекания магнитомягкой ферритовой керамики, не обеспечивает требуемое качество магнитомягких ферритов.

Известен также способ получения ферритовых изделий (а.с. СССР №1627324, B22F 3/12, H01F 1/34. Авторы: Суржиков А.П., Притулов A.M., Кожемякин В.А. и др.), позволяющий снизить длительность спекания, качество спекания.

Согласно способу синтезированный ферритовый материал, содержащий лекгоплавкую добавку, формуют в заготовки, нагревают их облучением проникающим импульсным электронным пучком со скоростью 420-520 градусов в минуту до температуры плавления легкоплавкой добавки, выдерживают под облучением и при данной температуре в течение 10-20 мин, после чего продолжают радиационный разогрев заготовок до температуры спекания и выдерживают их при температуре спекания и под облучением.

Однако этот способ не уменьшает существенно время спекания при радиационно-термическом способе получения магнитомягкой ферритовой керамики, не обеспечивает требуемое качество магнитомягких ферритов.

Известны легкоплавкие добавки в виде оксида металла, использующиеся для улучшения процесса спекания ферритовой керамики (например, Bi2O3, CdO; см.: а.с. СССР №1627324, B22F 3/12, H01F 1/34. Авторы: Суржиков А.П., Притулов A.M., Кожемякин В.А. и др.). Однако данные добавки не лишены недостатков, поскольку не обеспечивают требуемое качество процесса спекания ферритовой керамики, не обеспечивают получение керамики с высокими электромагнитными характеристиками.

Цель изобретения - улучшение процесса спекания магнитомягких ферритовых материалов и изделий на их основе путем радиационно-термической обработки, а также уменьшение времени спекания при спекании методом радиационно-термической обработки, достижение характеристиками ферритов требуемых параметров.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый способ получения ферритовых изделий путем радиационно-термического спекания, включающий синтез ферритового материала, введение лекгоплавкой добавки, приготовление пресс-порошка, прессование заготовок, их нагревание до температуры спекания облучением проникающим электронным пучком и выдержку при температуре спекания под облучением, осуществление изотермической выдержки в процессе нагревания в течение 10-20 мин при температуре плавления легкоплавкой добавки, отличается тем, что с целью уменьшения времени спекания магнитомягкой ферритовой керамики, использования способа для магнитомягких ферритов, а также улучшения электромагнитных характеристик последних перед введением в синтезированную шихту легкоплавкой добавки, осуществляют механоактивацию последней в планетарной мельнице в течение 25-50 минут и вводят механоактивированную легкоплавкую добавку в синтезированную шихту в количестве 0,01-0,05 мас.% от общей массы ферритовой шихты.

Механоактивация синтезированного в планетарной мельнице ферритового материала обеспечивает увеличение его активности при спекании, что повышает плотность материала после спекания и уровень электромагнитных свойств.

Примеры реализации способа

Пример 1. В синтезированные по оксидной технологии порошки марганец-цинкового феррита вводили оксид висмута с последующим приготовлением пресс-порошка с поливиниловым спиртом в качестве связки. Кольцевые заготовки К20×12×6, полученные прессованием под давлением 200 МПа, после сушки до влажности менее 0,5 мас.% подвергались РТО, путем воздействия быстрыми электронами энергии 4 МэВ, значение тока в импульсе 400 мA, частота следования импульсов 50 Гц. В процессе нагрева осуществлялась изотермическая выдержка в течение 10 мин при температуре 820°C. Минимальное время РТ-спекания определялось исходя из обеспечения плотности феррита не менее 95% от теоретической плотности.

Использовался оксид висмута Bi2O3 ГОСТ 10216-75 марки «чда» исходный, а также механоактивированный путем измельчения и механической активации порошка в шаровой планетарной мельнице АПФ-3. Время активации составляло 20, 25, 35, 50 и 75 мин. Результаты исследований показали, что механоактивация позволяет на 7% уменьшить время РТО магнитомягких ферритов до их полной готовности и повысить уровень электромагнитных свойств.

В табл.1-4 представлены результаты зависимости времени РТО, требующегося для полной готовности разработанных магнитомягких ферритов, содержащих 0,03 мас.% оксида висмута, от времени механоактивации в планетарной мельнице АПФ-3. Средний размер частиц после механоактивации оценивали на газовом хроматографе ЛХМ-8МД. Значения электромагнитных параметров получены по усредненным данным на 5 образцах.

Таблица 1
Влияние времени механоактивации t добавки Bi2O3 в планетарной мельнице АПФ-3 на процесс РТО и индукцию насыщения ферритовой керамики Mn0,603Zn0,274Fe0,124Fe2O4 (Tсп=1200°C)
t, мин 0 20 25 35 50 75
Средний размер частиц Bi2O3, нм 425 362 251 194 141 139
Требующееся для полной готовности феррита минимальное время РТ-спекания, мин 125-130 118-121 110-114 105-112 108-117 110-119
Индукция насыщения в поле 240 А/м Вм, Тл 0,30 0,31 0,33 0,34 0,34 0,32
Примечание Прототип Выход за пределы Согласно изобретению Согласно изобретению Согласно изобретению Выход за пределы
Таблица 2
Влияние времени механоактивации t добавки Bi2O3 в планетарной мельнице АПФ-3 на процесс РТО и начальную магнитную проницаемость ферритовой керамики Mn0,743Zn0,219Fe0,038Fe2O4 (Tсп=1200°C)
t, мин 0 20 25 35 50 75
Средний размер частиц Bi2O3, нм 425 362 251 194 141 139
Требующееся для полной готовности феррита минимальное время РТ-спекания, мин 120-130 118-126 111-116 105-112 108-115 112-117
Начальная магнитная проницаемость, µ 1962 1996 2014 2211 2204 2103
Примечание Прототип Выход за пределы Согласно изобретению Согласно изобретению Согласно изобретению Выход за пределы
Таблица 3
Влияние времени механоактивации t добавки Bi2O3 в планетарной мельнице АПФ-3 на процесс РТО и начальную магнитную проницаемость ферритовой керамики Ni0,29Zn0,63Fe2,08O4 (Tсп=1200°C)
t, мин 0 20 25 35 50 75
Средний размер частиц Bi2O3, нм 425 362 251 194 141 139
Требующееся для полной готовности феррита минимальное время РТ-спекания, мин 115-119 112-116 108-111 101-104 105-108 109-112
Начальная магнитная проницаемость, µ 1843 1915 2001 2101 2084 1993
Примечание Прототип Выход за пределы Согласно изобретению Согласно изобретению Согласно изобретению Выход за пределы
Таблица 4
Влияние времени механоактивации t добавки Bi2O3 в планетарной мельнице АПФ-3 на процесс РТО и начальную магнитную проницаемость ферритовой керамики Mg0,404Mn0,160Zn0,448Fe2O4 (Tсп=1200°C)
t, мин 0 20 25 35 50 75
Средний размер частиц Bi2O3, нм 425 362 251 194 141 139
Требующееся для полной готовности феррита минимальное время РТ-спекания, мин 110-114 108-111 107-109 97-100 102-105 106-108
Начальная магнитная проницаемость, µ 578 596 614 627 621 599
Примечание Прототип Выход за пределы Согласно изобретению Согласно изобретению Согласно изобретению Выход за пределы

Как видно из представленных в табл.1-4 данных, наилучшие результаты для РТО и уровень параметров магнитомягкой ферритовой керамики оказывает оксид Bi2O3 (как легирующая добавка) после проведения механоактивации на планетарной мельнице АПФ-3 в течение 35 минут. При выходе за предел изобретения менее 25 минут время РТО заметно возрастает, а увеличение времени обработки более 50 минут не приводит к заметному изменению параметров спекания. Механизм улучшения процесса спекания ферритовой керамики в присутствии оксида Bi2O3 состоит в следующем. Оксид висмута является легкоплавкой добавкой и плавится уже при температуре немного выше 800°C. При этом имеет место процесс спекания феррита с участием жидкой фазы. С участием жидкой фазы процесс спекания проходит интенсивнее. Процесс механоактивации и наноразмерное состояние снижают температуру плавления оксида висмута, увеличивают площадь контакта и химическую активность участников реакции в процессе спекания, обеспечивают увеличение уровня электромагнитных свойств.

Пример 2. В синтезированные по оксидной технологии порошки марганец-цинкового феррита, вводили оксид висмута, с последующим приготовлением пресс-порошка с поливиниловым спиртом в качестве связки. Кольцевые заготовки К20×12×6, полученные прессованием под давлением 200 МПа, после сушки до влажности менее 0,5 мас.% подвергались РТО, путем воздействия быстрыми электронами энергии 6 МэВ, значение тока в импульсе 500 mA, частота следования импульсов 250 Гц. В процессе нагрева осуществлялась изотермическая выдержка в течение 20 мин при температуре 820°C. Минимальное время РТ-спекания определялось исходя из обеспечения плотности феррита не менее 95% от теоретической плотности.

Использовался оксид висмута Bi2O3 ГОСТ 10216-75 марки «чда» исходный, а также механоактивированный путем измельчения и механической активации порошка в шаровой планетарной мельнице АПФ-3. Время активации составляло 35 мин. Результаты исследований показали, что использование способа позволяет на 12% уменьшить время РТО магнитомягких ферритов до их полной готовности, повысить уровень электромагнитных свойств.

В табл.5-8 представлены результаты зависимости времени РТО, требующегося для полной готовности разработанных магнитомягких ферритов, содержащих механоактивированный оксид висмута, от его количества. Значения электромагнитных параметров получены по усредненным данным на 5 образцах.

Таблица 5
Влияние количества механоактивированной в планетарной мельнице АПФ-3 добавки Bi2O3 на процесс РТО и индукцию насыщения ферритовой керамики Mn0,603Zn0,274Fe0,124Fe2O4 (Tсп=1200°C)
Содержание Bi2O3, мас.% 0 0,008 0,01 0,03 0,05 0,06
Требующееся для полной готовности феррита минимальное время РТ-спекания, мин 125-130 117-120 110-113 105-112 105-111 107-111
Индукция насыщения в поле 240 А/м Вм, Тл 0,30 0,32 0,33 0,34 0,33 0,32
Примечание Прототип Выход за пределы Согласно изобретению Согласно изобретению Согласно изобретению Выход за пределы
Таблица 6
Влияние количества механоактивированной в планетарной мельнице АПФ-3 добавки Bi2O3 на процесс РТО и начальную магнитную проницаемость ферритовой керамики Mn0,743Zn0,219Fe0,038Fe2O4 (Tсп=1200°C)
Содержание Bi2O3, мас.% 0 0,008 0,01 0,03 0,05 0,06
Требующееся для полной готовности феррита минимальное время РТ-спекания, мин 120-130 117-124 110-114 105-112 105-114 106-114
Начальная магнитная проницаемость, µ 1962 1990 2006 2211 2207 2090
Примечание Прототип Выход за пределы Согласно изобретению Согласно изобретению Согласно изобретению Выход за пределы
Таблица 7
Влияние количества механоактивированной в планетарной мельнице АПФ-3 добавки Bi2O3 на процесс РТО и начальную магнитную проницаемость ферритовой керамики Ni0,29Zn0,63Fe2,08O4 (Tсп=1200°C)
Содержание Bi2O3, мас.% 0 0,008 0,01 0,03 0,05 0,06
Требующееся для полной готовности феррита минимальное время РТ-спекания, мин 115-119 110-114 106-110 101-104 101-104 101-105
Начальная магнитная проницаемость, µ 1843 1919 2012 2101 2087 1998
Примечание Прототип Выход за пределы Согласно изобретению Согласно изобретению Согласно изобретению Выход за пределы
Таблица 8
Влияние количества механоактивированной в планетарной мельнице АПФ-3 добавки Bi2O3 на процесс РТО и начальную магнитную проницаемость ферритовой керамики Mg0,404Mn0,160Zn0,448Fe2O4 (Tсп=1200°C)
Содержание Bi2O3, мас.% 0 0,008 0,01 0,03 0,05 0,06
Требующееся для полной готовности феррита минимальное время РТ-спекания, мин 110-114 106-110 99-104 97-100 97-100 97-101
Начальная магнитная проницаемость, µ 578 598 618 627 620 591
Примечание Прототип Выход за пределы Согласно изобретению Согласно изобретению Согласно изобретению Выход за пределы

Как видно из представленных в табл.5-8 данных, наилучшие результаты для РТО магнитомягкой ферритовой керамики демонстрирует при введении механоактивированного оксида Bi2O3 (как легирующая добавка) в количестве 0,03 мас.% При выходе за предел изобретения менее 0,008 мас.% время РТО заметно возрастает, а увеличение содержания более 0,05% не приводит к заметному изменению параметров спекания, но может снизить уровень электромагнитных параметров. Процесс механоактивации и наноразмерное состояние снижают температуру плавления оксида висмута, увеличивают площадь контакта и химическую активность участников реакции в процессе спекания, что обеспечивает повышение уровня электромагнитных свойств.

Способ получения ферритовых изделий путем радиационно-термического спекания, включающий синтез ферритового материала, введение легкоплавкой добавки в виде оксида висмута Bi2O3, приготовление пресс-порошка, прессование заготовок, их нагревание до температуры спекания облучением проникающим электронным пучком и выдержку при температуре спекания под облучением, осуществление изотермической выдержки в процессе нагревания в течение 10-20 мин при температуре плавления легкоплавкой добавки, отличающийся тем, что перед введением в синтезированную шихту легкоплавкой добавки осуществляют ее механоактивацию в планетарной мельнице в течение 25-50 минут и вводят механоактивированную легкоплавкую добавку в шихту в количестве 0,01-0,05 мас.% от общей массы ферритовой шихты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для получения листа из нетекстурированной электротехнической стали с высокой плотностью магнитного потока в направлении прокатки осуществляют горячую прокатку исходного материала из стали, содержащей в мас.%: С не более 0,03, Si не более 4, Мn 0,03-3, Аl не более 3, S не более 0,005, N не более 0,005 и остальное Fe и неизбежные примеси, отжиг в горячей зоне, холодную прокатку и окончательный отжиг, при этом размер кристаллического зерна перед холодной прокаткой доводят до не более 100 мкм, а окончательный отжиг осуществляют быстрым нагревом до температуры, превышающей температуру рекристаллизации, со средней скоростью повышения температуры не менее 100°С/с.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению материала на основе оксидного гексагонального ферримагнетика с W-структурой. Может использоваться в радиотехнике и радиоэлектронике, например, в качестве радиопоглощающих покрытий.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт. Готовят шихту, содержащую порошки железа, хрома, кобальта и легирующих элементов, и проводят ее механоактивацию в планетарной шаровой мельнице в среде этилового спирта в течение 2-15 минут, с последующей сушкой.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из магнитной стали с полуорганическим изоляционным покрытием. Покрытие содержит неорганический компонент и органическую смолу.

Изобретение относится к способу получения магнитовосприимчивых водорастворимых гидрофобно модифицированных полиакриламидов, а также к магнитной жидкости, содержащей такой полиакриламид, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для контролируемых под действием магнитного поля процессов доставки и размещения магнитных жидкостей при гидроразрыве пласта породы (ГРП), а также в качестве средства мониторинга их нахождения при прокачке по трубам, при нахождении в скважине или в трещине.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения наночастиц маггемита готовят водный раствор хлорида железа (III), добавляют к нему щелочь до рН 6,5-8, нагревают до 60-70°С, промывают до начала окрашивания промывных вод.

Изобретение относится к способу производства нетекстурированной электротехнической стали с высокими магнитными свойствами. Способ включает выплавку стали, содержащей, мас.%: C≤0,0040, Si 0,1-0,8, Al 0,002-1,0, Mn 0,10-1,50, P≤0,2, Sb 0,04-0,08, S≤0,0030, N≤0,0020, Ti≤0,0020, Fe и неизбежные примеси - остальное, отливку стальных прутков, нагрев прутков до температуры 1100-1150°C, горячую прокатку прутков, включающую отделочную прокатку при температуре 860-920°C с получением горячекатаной полосы, охлаждение горячекатаной полосы воздухом в течение времени t (сек), при выполнении соотношения: (2+30×Sb%)≤t≤7, смотку полосы в рулон при температуре ≥720°C, холодную прокатку полосы со степенью обжатия 70-78% с получением холоднокатаной полосы требуемой толщины, отжиг холоднокатаной полосы путем нагрева до температуры 800-1000°C со скоростью нагрева ≥15°C/сек и времени выдержки 10-25 сек.
Изобретение может быть использовано при получении магнитотвердых материалов, используемых в электротехнике и машиностроении. Способ получения магнитотвердого материала Sm2Fe17Nx включает смешивание порошков Sm и Fe, их механоактивацию и последующее азотирование.

Изобретение относится к области металлургии. В настоящем изобретении разработан лист электротехнической текстурированной стали, который может поддерживать низкое значение потерь в сердечнике, собранном в виде фактического трансформатора, и имеет отличные характеристики потерь в сердечнике действующего трансформатора, в котором толщину (мкм) пленки a1 изолирующего покрытия на дне линейных канавок, толщину (мкм) пленки a2 изолирующего покрытия на поверхности стального листа в частях, отличающихся от линейных канавок, и глубину (мкм) a3 линейных канавок регулируют таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям: 0,3   м к м ≤ a 2 ≤ 3,5   м к м                                 и a 2 + a 3 − a 1 ≤ 15   м к м .                                             2 з.п.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства полуобработанной электротехнической изотропной стали, предназначенной для изготовления деталей магнитопровода.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению материала на основе оксидного гексагонального ферримагнетика с W-структурой. Может использоваться в радиотехнике и радиоэлектронике, например, в качестве радиопоглощающих покрытий.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт. Готовят шихту, содержащую порошки железа, хрома, кобальта и легирующих элементов, и проводят ее механоактивацию в планетарной шаровой мельнице в среде этилового спирта в течение 2-15 минут, с последующей сушкой.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт. Шихту, содержащую порошки железа, хрома, кобальта, легирующие добавки и до 15 мас.% нанопорошков железа, хрома и кобальта, формуют с получением заготовки.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий на основе железа, пригодных для обработки резанием. Порошковая композиция на основе железа содержит порошок на основе железа и улучшающую обрабатываемость резанием добавку, содержащую по меньшей мере один силикат из группы глинистых минералов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу изготовления электрода для поверхностной обработки разрядом. Состав, включающий электропроводный смешанный материал с размером частиц менее 5 мкм, содержащий первый порошок, полученный с помощью по меньшей мере любого процесса, выбранного из группы, состоящей из метода распыления, метода восстановления и карбонильного метода, и второй порошок, полученный методом измельчения, и связующее, причем электропроводный смешанный материал содержит второй порошок с долей 10-65 вес.%, подвергают инжекционному формованию с получением сырой заготовки.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получения спеченных твердосплавных деталей из градиентных твердых сплавов. Может использоваться для изготовления режущих вставок инструмента для машинообработки металла, горного инструмента или инструмента для холодной штамповки.

Изобретение относится к огнестойким строительным плитам и способу их производства, а именно к огнестойким плитам из ваты, полученной путем переплетения тонких металлических нитей из ненужных консервных банок, жести, железа, цветных металлов и т.д.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ферромагнитной порошковой композиции. Может использоваться в качестве сердечника в катушках индуктивности, статорах и роторах электрических машин, силовых приводах, датчиках и сердечниках трансформаторов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению прирабатываемых уплотнений турбомашин. Может использоваться в машиностроении, в частности в качестве уплотнений зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению термостабильных редкоземельных магнитов. Магниты могут использоваться в системах автоматики, промышленном оборудовании, автомобилях.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению радиопоглощающих ферритов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности. Ферритообразующие оксиды магния, цинка и железа смешивают и синтезируют ферритовый порошок в печах в воздушной среде. Затем измельчают, вводят поливиниловый спирт в качестве связки и гранулируют измельченную смесь. Из гранулированного ферритового порошка прессованием формуют заготовки в виде пластин и проводят высокотемпературное спекание заготовок в воздушной среде. Нагрев пластин до температуры спекания и спекание проводят проникающим электронным пучком при температуре спекания 1000-1200°C в течение 90-120 мин. По окончании спекания охлаждают от температуры спекания до комнатной температуры на воздухе путем естественного охлаждения ячейки для радиационно-термического спекания. Обеспечивается уменьшение энергопотребления, повышение скорости спекания, повышение радиопоглощения. 2 табл., 1 пр.
Наверх