3.5.2. Способы изготовления ферритов

Наиболее качественные ферриты получают выращиванием монокристаллов. Подобные кристаллы со структурой шпинели могут выращиваться тремя основными способами:

1) кристаллизацией из расплавов окислов в расплавленных солях;

2) перемещением тигля, содержащего расплавленные окислы, через температурный градиент;

3) кристаллизацией в пламени (метод Вернейля).

Монокристаллы ферритов могут быть также выращены способом зонной плавки. Керамические способы производства ферритов подразделяются на мокрый и сухой. Наиболее часто применяют сухой способ. При получении ферритов по сухому способу смешивают окислы металлов либо их карбонаты, оксалаты и гидроокиси, затем формуют и далее путем предварительного и окончательного обжигов осуществляют реакции в твердых фазах, в результате которых получают требуемые ферриты.

При мокром способе к водному раствору, содержащему ионы соответствующих металлов, добавляют водный раствор едкого натра или другой щелочи и осаждают входящие в раствор окислы. Иногда осуществляют непосредственное осаждение феррита из раствора. Осажденный продукт обжигают. При мокром способе достигается более тщательное смешивание составляющих окислов, вследствие чего изделия получаются более однородными. К недостаткам мокрого способа следует отнести возможность загрязнения окислов при их осаждении.

Из других способов приготовления ферритов можно отметить:

1) электролитическое соосаждение окислов, которое сводится к электролизу водного раствора смеси солей и окислению их до окислов соответствующими окислителями. Полученная смесь окислов отличается высокой чистотой, гомогенностью и не нуждается в смешивании, помоле и предварительном обжиге;

2) разложение спиртового раствора смеси нитратов путем его распыления в предварительно нагретой камере. При этом растворитель выжигается, а растворенные вещества разлагаются, в результате чего происходит мгновенная реакция между компонентами; полученная смесь окислов обладает высокими гомогенностью и дисперсностью;

3) бездиффузионный способ, основанный на использовании присущего смешанным солям типа шенитов свойства образовывать непрерывный ряд твердых растворов, устойчивых в относительно широком интервале температур и концентраций. Общая формула смешанных шенитов:

(1/3)МеSO₄•(2/3)FеSO₄(NН₄)₂SO₄•6Н₂O. При термическом разложении отдельных солей, входящих в состав смешанного шенита, образуется твердый раствор окислов. Из таких солей можно при относительно низких температурах получать ферриты с однородной структурой, обладающие стабильными магнитными свойствами.

Исходные окислы для получения ферритов должны обладать высокой степенью дисперсности, большой реакционной способностью и высокой степенью чистоты.

Для облегчения процесса формования в подготовленную шихту добавляют пластификатор и связующие, после чего гранулируют. Из гранулированного порошка оформляют полуфабрикат прессованием или выдавливанием. Давление прессования составляет 200 - 1500 кГ/см².

Пластифицирующие добавки должны быть разложены и удалены при низкой температуре, т. е. задолго до температуры окончательного обжига. В зависимости от исходного материала ферриты предварительно обжигают при температуре 500 - 1000 ⁰С, а окончательно — при 1000 - 1400 ⁰С. Образование ферритов - шпинелей в результате реакций в твердой фазе может быть представлено следующим образом: при контакте частиц NiO и Fе₂О₃ происходит химическая реакция NiO+Fе₂O₃ = NiFе₂O₄ и на контактной поверхности обеих частиц образуется шпинельная фаза. Таким образом, в некоторый период реакции возникает непрерывный ряд твердых растворов NiO/NiFе₂O₄/Fе₂O₃. Поскольку ионы кислорода значительно больше катионов металлов и практически малоподвижны, перемещаются только катионы. Следовательно, через образовавшийся шпинельный слой взаимно диффундируют ионы Ni²⁺ и Fе³⁺. Таким образом, указанная реакция протекает на границе между NiO и шпинельной фазой, а также на поверхности раздела между шпинельной фазой и Fе₂O₃. В результате процесса диффузии количество шпинельной фазы постепенно возрастает. Кинетика реакции, обусловленная диффузией составляющих окислов, описывается эмпирическим уравнением

где х - количество окислов, прореагировавших за время τ, в %; К - константа, пропорциональная коэффициенту диффузии. Приведенная формула справедлива для NiFе₂O₄, CuFе₂O₄, MgFe₂O₄ и других ферритов.

В процессе обжига необходимо строго регулировать газовую среду. Установлено, что ферриты сохраняют равновесное состояние лишь при некотором определенном парциальном давлении кислорода. При отклонении содержания кислорода от равновесного в газовой среде при обжиге может образоваться шпинель, состав которой будет отличаться от заданного. Практически требуемое парциальное давление кислорода создают, изменяя соотношение СO₂:СО.