CC BY
59УДК: 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 (шликера)
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).
