Сравнение классической керамической технологии с радиационно-термической технологией получения ферритовой керамики

УДК: 536.37

Работа выполнена в рамках стипендии № СП-1220.2015.1 Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики и в рамках программы «УМНИК» 15-10.

Комлев А. С.

Аспирант, НИТУ «МИСиС»

СРАВНЕНИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ КЕРАМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ С РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ ПОЛУЧЕНИЯ

ФЕРРИТОВОЙ КЕРАМИКИ

В работе описываются две технологии получения ферритовой керамики: классическая и радиационно-термическая. Рассматриваются основные особенности каждой технологии. Работа преследует цель показать преимущества альтернативной радиационно-термической технологии над классической керамической технологией.

Ключевые слова: ферритовая керамика, классическая керамическая технология, радиационно-термическое спекание, новые технологии, ферриты, электронные ускорители.

Ферритовые изделия должны строго соответствовать требуемым магнитным и электрическим свойствам, геометрической форме и размерам. При этом должны быть использованы наиболее простые технологические схемы при минимальных затратах сырья, оборудования и энергии. Выход годных изделий должен быть максимальным для выбранной технологической схемы. При этом должна быть предусмотрена возможность управления важнейшими параметрами изделий, их однородностью и повторяемостью.

В основе классической керамической технологии изготовления ферритов лежат технологические приемы свойственные производству керамических изделий и изделий порошковой металлургии. Поэтому большая часть отдельных операций технологической схемы изготовления ферритов заимствована из технологической схемы изготовления керамических изделий и изделий порошковой металлургии.

На рисунке 1 представлена технологическая схема получения ферритов на основе механического смешивания окислов и солей (классическая керамическая технология). Исходными веществами для изготовления ферритов по этой технологической схеме являются окислы металлов, взятые в соотношении, отвечающем химической формуле получаемого феррита [1].

Классическая керамическая технология обладает рядом достоинств: простота технологического процесса, отлаженность технологии в течение десятилетий, высокие объемы выпуска. Однако, в классическом исполнении эффективность керамической технологии ферритов — крайне неудовлетворительна из-за высокой энергоемкости операций синтеза и спекания, а также высокой длительности технологического процесса. В связи с этим, особую актуальность приобретает разработка методов, позволяющих обеспечивать при сохранении преимуществ керамической технологии пониженную энергоемкость.

В последние годы все больший интерес исследователей вызывает метод воздействия на структурное состояние и физико-механические свойства материалов мощного потока ускоренных электронов — радиационно-термический метод, заключающийся в нагреве смеси исходных компонентов или прессовок из них пучками высокоэнергетических электронов без привлечения сторонних источников теплоты [2].

Преимущества радиационно-термического метода (одновременного воздействия радиации и температуры) заключаются в быстроте и низкой инерционности разогрева материалов, отсутствии контакта нагреваемого тела и нагревателя, однородности нагрева

материала по всему объему. Имеющиеся на сегодняшний день типы ускорителей электронов с Е=0,01—13 МэВ позволяют нагревать твердые тела до температуры их плавления [3].

Анализ исходных окислов

Расчет химического состава и взвешивание исходного вещества

Брикетирование (гранулирование) Предварительный обжиг шихты Вторичный помол п перемешивание

Приготовление пресспорошка (шликера) Высокотемпературное спеканпе

Рис. 1. — Схема классической технологии производства ферритов

Существенным фактором является то, что современные ускорители электронов технологического класса малогабаритны и могут быть легко встроены в различные производственные циклы. Помимо высокой эффективности активации твердофазных

процессов, к неоспоримым преимуществам РТ-метода следует отнести отсутствие наведенной радиоактивности (при энергиях электронов менее 5 МэВ).

Все это позволяет использовать сверхвысокие скорости разогрева порошковых компактов, что уже само по себе повышает скорость диффузионного массопереноса.

На рисунке 2 представлена схема радиационно-термической технологии получения ферритов.

Анализ нсх эд и ных окислов

Расчет химич взвешивание пс ее :хс 1 кого состава и одного вещества

Переменил за! 9 ше II помол

Сушь ;а 1 смеси

Введение н 1 гтпфпкатора

Приготовление пре :сс порошка

Формова ни 0 е изделий

Радпацпонно-те] ж 1 [гзеское спекание

Контроль и разработка

Рис. 2 — Схема радиационно-термической технологии производства ферритов

Сравнивая данные технологические схемы можно заметить, что радиационно-термическая технология получения ферритов является более короткой по сравнению с классической керамической технологией. Также мы видим, что высокотемпературное спекание в печах заменяется радиационно-термическим спеканием с помощью пучков ускоренных электронов, полученных электронным ускорителем.

Выводы

Технология радиационно-термического получения образцов (продукции) ферритовой керамики для радиоэлектроники, приборостроения и радиопоглощающих покрытий является более короткой, менее энергоемкой, в следствии чего и экономически эффективной по

сравнению с классической. Основное снижение затрат на производство образцов ферритовой керамики (продукции) обеспечивается за счет энергоэффективности новой технологии, а также использования отечественного сырья [4]. Новая технология позволяет получать продукцию с высоким уровнем свойств [5]. Радиационно-термическая технология может стать альтернативой по сравнению с изготавливаемыми по классической технологии.

Литература

1. Летюк Л. М., Костишин В. Г., Гончар А. В., Технология ферритовых материалов магнитоэлектроники, Москва: МИСиС, 2005.

2. Гальцева О. В., Твердофазный синтез литиевых ферритов в пучке ускоренных электронов, Томск: Кандидатская диссертация, 2009.

3. Васендина Е. А., Радиационно-термический синтез легированных литиевых ферритов в пучке ускоренных электронов, Томск: Кандидатская диссертация , 2011.

4. Kiselev B. G., Kostishin V. G., Komlev A. S., Lomonosova N. V. Substantiation of economic advantages of technology of radiation-thermal agglomeration of ferrite ceramics // Tsvetnye Metally. 2015. № 2015. С. 7-11.

5. Kostishyn V. G., Komlev A. S., Korobeynikov M. V., Bryazgin A. A., Shvedunov V. I., Timofeev A. V., Mikhailenko M. A. Effect of a temperature mode of radiation-thermal sintering the structure and magnetic properties of Mn-Zn-ferrites // Journal of Nano- and Electronic Physics, Vol. 7 No 4, 04044(4pp) (2015).