Способ изготовления порошка феррита бария

 

Изобретение относится к области получения ферритовых порошков, а именно к способам получения высокодисперсного порошка гексагонального феррита бария и ферритов на его основе пластинчатой формы, который используется при изготовлении носителя высокоплотной магнитной записи, эластичных высокоэнергетических постоянных магнитов, а также СВЧ-устройств. Задачей данного изобретения является улучшение качества получаемого порошка за счет увеличения отношения диаметра к толщине при сохранении значения магнитных параметров. Указанная задача решается в способе получения высокодисперсного порошка замещенного феррита бария, включающем обработку оксида γ -Fe₂O₃ импульсным магнитным полем, 0,1-3 Тл, измельчение и смешение ферритообразующих компонентов и флюса, ферритизацию шихты путем нагрева до 900-980^oC, новым в способе является то, что нагрев шихты осуществляют путем ее облучения пучком электронов с энергией 1,0^oC1,4 Мэ и дозой (2,8^oC6,0)·10¹³см^-2. Изобретение обеспечивает получение однодоменных пластинчатых частиц порошка шестигранной формы с более высоким соотношением диаметра к толщине (d/h ~ 7-10) и оптимальных магнитных параметров (намагниченность, магнитокристаллическая анизотропия, температура Кюри, коэрцитивная сила) при меньшем количестве замещающих ионов (на 25%, в данном случае кобальт и титан) за счет ускорения диффузионной способности ферритообразующих ионов путем совместного термического и радиационного воздействия. 1 табл.

Изобретение относится к области получения ферритовых порошков, а именно к способам получения высокодисперсного порошка замещенного феррита бария и ферритов на его основе, и может быть использовано при изготовлении носителей высокоплотной магнитной записи, эластичных высокоэнергетических постоянных магнитов, а также СВЧ-устройств.

Известен способ получения гексагонального порошка феррита бария BaO·6Fe₂O₃, заключающийся в смешивании оксида Fe, BaCO₃, борной кислоты, BaCl₂·2H₂O, помоле и ферритизации шихты, отмывке флюса и сушке феррита бария [1] Ферритизацию шихты проводят при 1100^oC, отмывку от флюса осуществляют в слабом растворе соляной и уксусной кислот. Способ позволяет получать порошок, частицы которого имеют пластинчатую форму со средним диаметром1 мкм, но обладает достаточно большим значением коэрцитивной силы, что не удовлетворяет одному из основных требований высокоплотной магнитной записи.

Известен также способ получения высокодисперсного порошка замещенного феррита бария BaFe_12-2xCo_xTi_x, где x≅1, заключающийся в приготовлении шихты из смеси оксидов, карбонатов, измельчении и ферритизации шихты, отмывке флюса и сушке феррита. Введение в феррит бария диа- и парамагнитных ионов Ti и Co позволяет уменьшить коэрцитивную силу, однако приводит к нежелательному для высокоплотной магнитной записи эффекту - уменьшению значения намагниченности насыщения, что уменьшает амплитуду выходного сигнала.

Задачей данного изобретения является улучшение качества получаемого порошка за счет увеличения отношения d/h при сохранении значения магнитных параметров.

Указанная задача решается в способе изготовления порошка замещенного феррита бария, заключающегося в воздействии на оксид железа импульсным магнитным полем напряженностью 0,1-3 Тл, измельчении и приготовлении шихты из оксида железа, карбонатов бария и кобальта, оксида титана, борной кислоты и кристаллогидранта хлорида бария, нагреве шихты до 900-980^oC. Новым является то, что нагрев шихты осуществляют путем ее облучения пучком электронов с энергией 1,0^oC1,4 Мэ V и дозой (2,8^oC6,0)·10¹³см^-2.

Как установлено авторами, совместное термическое и радиационное воздействие приводит к изменению катионного распределения, а именно ионы кобальта и титана наряду с локализацией в 4f₁ (тетраэдр) и 4f₂ (октаэдр) позициях занимают и в 2в (пентаэдр) позиции, играющие одну из основных ролей в обменном взаимодействии и в формировании инизотопных свойств феррита. Кроме того, облучение электронным пучком также приводит к ускорению диффузионных процессов в процессе ферритизации шихты и уменьшению времени ферритизации по сравнению с прототипом. Изменение катионного распределения и ускорение диффузионных процессов привело к изменению отношения d/h. В результате удалось получить однодоменные пластинчатые частицы порошка шестигранной формы с более высоким отношением диаметра d к толщине h d/h 7^oC10.

При температуре синтеза ниже 900^oC, уменьшении дозы облучения ниже 2,8·10¹³см^-2 и энергии менее 12,0 Мэ V феррит содержит нежелательную примесную фазу α Fe₂O₃ около 15% и частицы порошка имеют отношение d/h такое же, как у прототипа. При температуре синтеза 980^oC, дозе облучения выше 6·10^-13см^-2 и энергии выше 1,4 Мэ V феррит также содержит нежелательную вторую фазу a Fe₂O₃ около 7% что приводит к ухудшению качества получаемого порошка и уменьшению отношения d/h. Время синтеза изменялось от 0,5 до 0,25 ч, причем, чем выше доза, тем меньше время синтеза. Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить химически и гранулометрически однородный ферритовый порошок с отношением диаметра к толщине d/h 7^oC10 при сохранении магнитных параметров.

Способ осуществляют следующим образом. Измельчают и смешивают обработанный импульсным магнитным полем напряженностью 0,1-2 Тл оксид железа с другими ферритообразующими компонентами и флюсом (борная кислота и двухводный кристаллогидрат хлорида бария), затем осуществляют ферритизацию шихты радиационно-термическим синтезом в пучке ускоренных электронов при 900-980^oC с последующим измельчением в течение 0,5-2 ч. После чего проводят отмывку флюса и сушку готового ферритового порошка.

Способ был осуществлен с использованием ускорителя ЭЛВ-2. Энергия электронов 1,2 МэВ, ток пучка 14^oC15 мА. Геометрия облучения такова, что пучок ускоренных электронов создает на мишени пятно диаметром 1,5 см, при котором нет рассеивания электронов. В связи с необходимостью большего выхода готового продукта и наложением ограничения на толщину слоя было применено облучение с рассеиванием, которое обеспечило увеличение диаметра пятна до 5 см. Температура отжига под пучком варьировалась в пределах 855-980^oC и замерялась термопарой, введенной в зону отжига.

Конкретный состав ферритового порошка, исходя из стехиометрического расчета химической реакции феррита BaFe_10,4Co_0,8Ti_0,8O₁₉ и оптимального содержания флюса, приготавливался следующим образом. Взвешивают исходные компоненты (в г) на 180 г шихты (разовая загрузка барабана мельницы): оксид железа ( g -Fe₂O₃) 83,04, барий углекислый (BaCO₃) 45, титан двуокись (TiO₂) 6,39, кобальт углекислый (CoCO₃) 9,52, борная кислота (H₃BO₃) 13,61, двухводный кристаллогидрат хлорида бария (BaCl₂·2H₂O) 26,89. Исходные компоненты измельчают и перемешивают в течение 6 ч в шаровой мельнице. Последующую ферритизацию шихты осуществляют нагревом электронным пучком энергией 1,2 МэВ в ускорителе ЭЛВ-2 при 900^oC в течение 0,5 ч. Полученный порошок отмывают 5% -ном в водном растворе HCl в течение 1,5 ч при 76-78^oC. Сушка готового продукта производится в сушильном шкафу при T=100^oC. Дозу облучения изменяли в широких пределах (0,5^oC6,5)·10¹³см^-2. Положительный результат получен в диапазоне доз (2,8^oC6,0)·10¹³см^-2 и энергий 1,0^oC1,4 МэВ.

Остальные примеры осуществления способа приведены в таблицу.

Как видно из данных таблицы, оптимальным нижним пределом осуществления способа является температура ферритизации 900^oC в течение 0,5 ч. При этих условиях ферритовый порошок химически однороден, размер частиц и значение коэрцитивной силы соответствует требованиям магнитной записи (d~0,15 мкм, s_S=50 Гс г^-1 см², H_c=760 Э, T_c=365^oC).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить химически и гранулометрически однородный ферритовый порошок с улучшенным отношением диаметра к толщине (d/h 7 10) и оптимальными магнитными параметрами при меньшей концентрации ионов кобальта и титана.

Формула изобретения

Способ изготовления порошка феррита бария, включающий смешение оксида железа, карбоната бария, борной кислоты и кристаллогидрата хлорида бария, помол шихты, ферритизацию, отмывку и сушку, отличающийся тем, что перед смешением оксид железа обрабатывают импульсным магнитным полем напряженностью 0,1 3 Тл, при смешивании в шихту дополнительно вводят карбонат кобальта и оксиды титана, а ферритизацию осуществляют при 900 980^oС путем облучения шихты электронным пучком энергией 1,0 1,4 МЭв и дозой (2,8 - 6,0)·10¹³см^-2.