Введение к работе
Актуальность темы
Из всех промышленных ферритов самыми востребованными являются марганец-цинковые, прежде всего из-за широкого применения их в радио-телекоммуникационных системах. Это обусловлено тем, что рабочая индукция в магнитопроводах из этих ферритов достигает 0,2 Тл, что значительно выше, чем при использовании других магнитомягких материалов в соответствующем диапазоне частот. Именно это обстоятельство позволяет изготавливать большую номенклатуру силовых трансформаторов, прежде всего для телевизионной техники.
Повышение надежности и экономичности телевизионных приемников, уменьшение их габаритов невозможно без использования в них ферритовых материалов с улучшенными свойствами. Однако технология получения ферритовых материалов является сложным многооперационным процессом, поэтому электромагнитные параметры ферритовых изделий определяются многими факторами, такими как физико-химические характеристики исходного сырья, химический состав, режимы проведения технологических операций, способы переработки промежуточных продуктов синтеза ферритов, применяемое технологическое оборудование. В связи с этим комплексный подход к поиску путей улучшения электромагнитных параметров ферритов и эффективных способов управления ими через создание новых составов ферритовых материалов и совершенствование технологических процессов изготовления изделий из них представляется весьма актуальным.
Улучшение частотных характеристик ферритов обычно достигается введением в них определенных модифицирующих добавок, снижающих электропроводность, а, следовательно, и потери. Однако такие добавки одновременно снижают магнитную проницаемость ферритов и вызывают увеличение потерь на гистерезис. Перспективно также применение тонкодисперсных ферритовых порошков, позволяющих получить
плотн
4с№Ь№Ш№Ш1\Щет быть
мелкозернистую структуру и высокую БИБЛИОТЕКА Т
1 СЛетегіург л ^ і
О» 3091'
обеспечена высокая индукция и термостабильность электромагнитных свойств ферритовых изделий. Однако, при размерах частиц менее 0,5 мкм, используя в качестве связки поливиниловый спирт (ПВС), невозможно изготовить по традиционной керамической технологии пресс-заготовки удовлетворительного качества на операции прессования пресс-порошков.
Причиной этого является резкое увеличение внутреннего межчастичного трения, не позволяющего получить высокоплотные заготовки даже в случае приложения высоких давлений (до 1000 МПа). Недостатком ПВС является химическая неустойчивость к ряду оксидов (CaO, MgO, AI203 и т.д.), применяемых в качестве модифицирующих добавок для повышения электросопротивления ферритов. В этой связи актуальной является задача создания новых связующих веществ, снижающих межчастичное трение и являющихся химически устойчивыми к широкому классу оксидов.
Несомненно, что себестоимость ферритовых изделий в значительной степени зависит от разработки высокоэффективных и малоэнергоемких технологических процессов получения ферритовых порошков, пресс-порошков и конечных изделий. По этой причине при производстве Mn-Zn-ферритов на операции сушки суспензий широко применяется распылительная сушка, благодаря производительности и непрерывности процесса, но налипание суспензии на стенки сушилок и выбросы пыли в атмосферу обусловливают потери шихты и экологические проблемы. Поэтому представляется весьма актуальной разработка технологии сушки суспензий с использованием барабанной сушилки. Перспективно использование дисковых грануляторов для массового производства пресс-порошков, благодаря их высокой производительности и малой энергоемкости. Использование дисковых грануляторов взамен распылительных сушилок позволяет исключить энергоемкую операцию сушки ферритовых суспензий. Однако внедрение дисковых грануляторов требует разработки связующих веществ, тонко диспергирующихся при распылении и обеспечивающих получение "пластичных" гранул. Поскольку при производстве Mn-Zn-ферритов нередко
до 15-20 % изделий бракуется из-за несоответствия геометрических параметров и внешнего вида после их спекания, весьма актуальным является совершенствование технологических процессов переработки брака ферритового производства с целью экономии сырьевых материалов, энергетических ресурсов, а также уменьшения нагрузки на окружающую среду. Исходя из вышеизложенного,. необходимость разработки ресурсосберегающих процессов получения Mn-Zn-ферритов с улучшенными частотными характеристиками в области сильных магнитных полей путем модификации их состава и применения новых реологических подходов к основным этапам изготовления ферритовых порошков, предопределяет актуальность представленной работы.
Целью настоящей работы являлась разработка ресурсосберегающих процессов получения Mn-Zn-ферритов с улучшенными частотными характеристиками в области сильных магнитных полей.
Для достижения поставленной цели решался следующий комплекс задач:
разработка модифицированных составов и технологии Mn—Zn-ферритов с улучшенными частотными характеристиками для применения в сильных магнитных полях;
разработка экономичных технологических процессов изготовления Mn-Zn-ферритов с повышенным уровнем электромагнитных свойств при использовании сушки суспензий с помощью барабанной сушилки и применения дискового гранулятора;
разработка новых поверхностно-активных связующих веществ, обеспечивающих повышение производительности операции сушки, гранулирования и получение высокоплотных Mn-Zn-ферритовых изделий.
Научная новизна работы:
1. Установлен вклад емкостной проводимости, зависящей от наличия
высокоомных тонких слоев на границах зерен, в частотную зависимость
электропроводности Mn-Zn-ферритов
-
Показано, что высокие значения диэлектрической проницаемости Mn-Zn-ферритов обусловлены наличием высокоомных тонких слоев на границах зерен; предложена модель для расчета удельного электросопротивления и диэлектрической проницаемости Mn-Zn-ферритов с учетом параметров их микроструктуры.
-
Установлено, что снижение составляющей общих потерь в Mn-Zn-ферритах, обусловленной вихревыми токами, может быть достигнуто путем увеличения удельного электросопротивления (прежде всего снижением содержания двухвалентных ионов железа), а также изменением параметров микроструктуры - уменьшением среднего размера зерен и увеличением толщины их границ.
4. Выявлено влияние комплексных добавок на основе ряда оксидов
(кобальта, титана, кальция и магния) на процессы формирования
микроструктуры и электромагнитные свойства Mn-Zn-ферритов.
Практическая ценность работы:
разработана комплексная добавка на основе оксидов кобальта, магния и титана, обеспечивающая существенное снижение потерь на вихревые токи в Mn-Zn-ферритах в диапазоне частот 100-200 кГц;
разработана технология сушки суспензии из смеси оксидов (Fe203, Мп304, ZnO) с использованием барабанной сушилки, которая исключает потери шихты при сушке и выброс пыли в окружающую среду;
разработаны модифицированные составы поверхностно-активных веществ, повышающие в 2-3 раза скорость сушки суспензий на барабанной сушилке;
разработан способ гранулирования порошков на дисковом грануляторе, предусматривающий распыление суспензии порошка со связкой на
вращающийся диск с сухим порошком; по сравнению с традиционными способами гранулирования на дисковом грануляторе, предусматривающими распыление раствора связки, предлагаемый способ позволяет увеличить производительность процесса гранулирования в 1,5 - 2 раза с сохранением высокой однородности гранулометрического состава пресспорошка;
разработаны химически устойчивые составы связок для гранулирования тонкодисперсных порошков Mn-Zn-ферритов, обеспечивающие получение пресс-заготовок практически без остаточных межгранульных пор с одновременным повышением производительности операции мокрого помола порошков;
разработана технология мокрого помола бракованных изделий Mn-Zn-ферритов, обеспечивающая существенное повышение активности получаемых порошков при их промышленном использовании.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Закономерности изменения магнитных потерь марганец-цинковых ферритов в зависимости от их состава, природы модифицирующих добавок и параметров микроструктуры;
-
Влияние поверхностно-активных веществ на реологические свойства марганец-цинковых ферритовых порошков и изделий на их основе.
-
Способы интенсификации процессов сушки суспензий и гранулирования порошков марганец-цинковых ферритов, заключающиеся в разработке модифицированных составов поверхностно-активных и связующих веществ и изменении условий гранулирования.
Апробация работы.
Материалы работы докладывались на:
- Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и
технологии в машиностроении и приборостроении» (Пенза, 1997г.);
13-й Международной конференции по магнитомягким материалам (Гренобль, Франция, 1997г.);
Международной конференции- «Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии» (Киев, Украина, 1997г.);
Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 1999г.);
Международных конференциях по деформации и разрушению композиционных материалов (Кошице, Словакия, 1999 и2002г.г.);
8-й Международной конференции по ферритам (Киото, Япония, 2000г.);
Международной конференции «Физика электронных материалов» (Калуга, 2002г.);
XI конференции «Поверхностно-активные вещества - наука и производство» (Белгород, 2003г.);
5-ой Международной конференции «Электроника, электротехнология и электроматериаловедение» (Алушта, Крым, 2003 г.).
Результаты исследований опубликованы в 14 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 93 наименований. Объем диссертации составляет 148 страниц текста, включая 89 рисунков и 8 таблиц.
