Способ спекания радиопоглощающих магний-цинковых ферритов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению радиопоглощающих ферритов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности. Ферритообразующие оксиды магния, цинка и железа смешивают и синтезируют ферритовый порошок в печах в воздушной среде. Затем измельчают, вводят поливиниловый спирт в качестве связки и гранулируют измельченную смесь. Из гранулированного ферритового порошка прессованием формуют заготовки в виде пластин и проводят высокотемпературное спекание заготовок в воздушной среде. Нагрев пластин до температуры спекания и спекание проводят проникающим электронным пучком. По окончании спекания охлаждение от температуры спекания до температуры 900-850°C ведут путем естественного охлаждения ячейки для радиационно-термического спекания на воздухе, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры ведут путем пропускания через ячейку радиационно-термического спекания аргона или азота. Обеспечивается уменьшение энергопотребления, повышение скорости спекания, повышение радиопоглощения. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в электронной и радиопромышленности при производстве ферритовых материалов и изделий на их основе.

Известен способ получения радиопоглощающих никель-цинковых ферритов (Патенты США №5965056 и 6146545). Способ включает синтез ферритового порошка из оксидов никеля, цинка и железа, измельчение синтезированной шихты до размеров частиц 1-3 мкм, гранулирование шихты с введением связки, прессование заготовок, спекание и последующее охлаждение спеченных заготовок в воздушной среде.

Поглощение радиоволн радиопоглощающими ферритами обусловлено магнитными потерями в результате резонанса магнитных доменных стенок и ферромагнитного резонанса. Недостатками никель-цинковых ферритов являются недостаточное поглощение радиоволн в интервале частот от 10 МГц до 30 МГц и высокая стоимость из-за дороговизны никельсодержащего сырья.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, изложенный в (см. патент РФ №2473998, H01F 1/34, H01Q 17/00, авторы Костишин В.Г., Вергазов P.M., Андреев В.Г. и др.).

Технология феррита включает смешивание ферритообразующих оксидов магния, цинка и железа, синтез ферритового порошка из полученной смеси в печах в воздушной среде прокалкой смеси исходных оксидов в интервале температур 900-980°C, измельчение синтезированной шихты с введением оксида меди и карбоната кальция до размеров частиц 1-3 мкм, введение поливинилового спирта в качестве связки и гранулирование полученной измельченной смеси, формование сырых заготовок в виде пластин из гранулированного ферритового порошка прессованием, высокотемпературное спекание заготовок в воздушной среде при 1290-1350°C и дальнейшее естественное охлаждение на воздухе до комнатной температуры.

Недостатки указанного способа - высокие энергозатраты и продолжительность способа, недостаточное радиопоглощение.

Цель изобретения - уменьшение времени спекания и энергозатрат, повышение радиопоглощения.

Поставленная цель достигается тем, что способ спекания радиопоглощающих магний-цинковых ферритов, включающий смешивание ферритообразующих оксидов магния, цинка и железа, синтез ферритового порошка из полученной смеси в печах в воздушной среде прокалкой смеси исходных оксидов, измельчение синтезированной шихты, введение поливинилового спирта в качестве связки и гранулирование полученной измельченной смеси, формование сырых заготовок в виде пластин из гранулированного ферритового порошка прессованием и высокотемпературное спекание заготовок в воздушной среде, охлаждение до комнатной температуры, отличающийся тем, что нагревание пластин до температуры спекания и спекание проводят проникающим электронным пучком, по окончании спекания охлаждение от температуры спекания до температуры 900-850°C ведут путем естественного охлаждения ячейки для радиационно-термического спекания на воздухе, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры ведут путем пропускания через ячейку РТС аргона или азота.

Технический результат изобретения - уменьшение энергопотребления, повышение скорости спекания, повышение радиопоглощения.

Примеры реализации способа

Кольцевые заготовки K16×7×6, полученные прессованием под давлением 200 МПа, после сушки до влажности менее 0,5% масс. подвергались РТО, путем воздействия быстрыми электронами энергии 4 МэВ, значение тока в импульсе 400 мА, частота следования импульсов 50 Гц. Воздействие быстрыми электронами энергии 4 МэВ, значение тока в импульсе 400 мA, частота следования импульсов 50 Гц. Минимальное время РТ-спекания определялось исходя из обеспечения плотности феррита не менее 95% от теоретической плотности. По окончании спекания охлаждение от температуры спекания до температуры 900°C вели путем естественного охлаждения ячейки для радиационно-термического спекания (РТС) на воздухе, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры вели путем пропускания через ячейку РТС аргона или азота.

В таблице 1 представлены влияние режимов охлаждения после РТ-спекания при 1100°C в течение 105 мин, требующегося для полной готовности магний-цинковых ферритов, содержащих марганец, с последующим охлаждением после заданной температуры в среде азота на их радиопоглощающие свойства. Для сравнения приведены данные, по ферритам, полученным известным способом спекания в туннельной печи при 1200°C 105 мин. Измерения коэффициента ослабления отраженного сигнала проводились на базе измерителя комплексных коэффициентов передачи "Обзор-103", сопряженного с компьютерной системой регистрации и обработки сигнала. Образцы помещались в коаксиальную измерительную ячейку сечением 16,00×6.95 мм, согласованную с коаксиальным измерительным трактом и включенную в режим измерения ослаблений. Значения электромагнитных параметров получены по усредненным данным на 5 образцах.

Таблица 1
Влияние режимов охлаждения после РТ-спекания на радиопоглощающие свойства феррита Mg0,404Mn0,160Zn0,448Fe2O4 (t=105 мин)
	Обычное спекание, 1200°C	РТ-спекание, 1100°C
Температура начала подачи азота, °C		800	850	875	900	950
Коэффициент ослабления отраженного сигнала по мощности, дБ при частоте, МГц	10	6	12	17	19	19	16
	20	9	13	18	20	19	16
30	9	14	17	19	18	14
примечание	прототип	Выход за пределы	Согласно изобретению	Согласно изобретению	Согласно изобретению	Выход за пределы

Как видно из представленных в табл.1 данных, наилучшие результаты по уровню ослабления отраженного от поверхности феррита сигнала достигаются при РТ-обработке с последующим охлаждением в среде азота с температуры 875°С. Охлаждение в среде азота в интервале 850-900°C приводит к восстановлению части ионов Fe³⁺ до Fe²⁺. В результате возрастает диэлектрическая проницаемость феррита в интервале частот 10-30 МГц, что способствует процессам поглощения электромагнитных волн в данном диапазоне частот. При выходе за предел изобретения менее 850°C параметры заметно снижаются, что объясняется недостаточной степенью восстановления ионов Fe³⁺ до Fe²⁺. При выходе за предел изобретения более 900°C ухудшение параметров объясняется избыточным восстановлением ионов Fe³⁺ до Fe²⁺. Процесс РТ-спекания с охлаждением в инертной среде обеспечивает увеличение уровня электромагнитных свойств.

В таблице 2 представлены влияние режимов охлаждения после РТ-спекания при 1100°C в течение 105 мин, требующегося для полной готовности магний-цинковых ферритов, содержащих марганец, с последующим охлаждением после заданной температуры в среде аргона на их радиопоглощающие свойства. Для сравнения приведены данные, по ферритам, полученным известным способом спекания в туннельной печи при 1200°C 105 мин. Измерения коэффициента ослабления отраженного сигнала проводились на базе измерителя комплексных коэффициентов передачи "Обзор-103", сопряженного с компьютерной системой регистрации и обработки сигнала. Образцы помещались в коаксиальную измерительную ячейку сечением 16,00×6.95 мм, согласованную с коаксиальным измерительным трактом и включенную в режим измерения ослаблений. Значения электромагнитных параметров получены по усредненным данным на 5 образцах.

Таблица 2
Влияние режимов охлаждения после РТ-спекания на радиопоглощающие свойства феррита Mg0,404Mn0,160Zn0,448Fe2O4 (t=105 мин)
	Обычное спекание, 1200°C	РТ-спекание, 1100°C
Температура начала подачи аргона, °C		800	850	875	900	950
Коэффициент ослабления отраженного сигнала по мощности, дБ при частоте, МГц	10	6	13	18	19	19	17
	20	9	13	19	20	19	16
30	9	14	18	19	18	16
	прототип	Выход за пределы	Согласно изобретению	Согласно изобретению	Согласно изобретению	Выход за пределы

Как видно из представленных в табл.2 данных, наилучшие результаты по уровню ослабления отраженного от поверхности феррита сигнала достигаются при РТ-обработке с последующим охлаждением в среде аргона с температуры 875°C. Охлаждение в среде аргона в интервале 850-900°C приводит к восстановлению части ионов Fe³⁺ до Fe²⁺. В результате возрастает диэлектрическая проницаемость феррита в интервале частот 10-30 МГц, что способствует процессам поглощения электромагнитных волн в данном диапазоне частот. При выходе за предел изобретения менее 850°C параметры заметно снижаются, что объясняется недостаточной степенью восстановления ионов Fe³⁺ до Fe²⁺. При выходе за предел изобретения более 900°C ухудшение параметров объясняется избыточным восстановлением ионов Fe³⁺ до Fe²⁺. Процесс РТ-спекания с охлаждением в инертной среде обеспечивает увеличение уровня электромагнитных свойств.

Способ получения радиопоглощающих магний-цинковых ферритов, включающий смешивание ферритообразующих оксидов магния, цинка и железа, синтез ферритового порошка из полученной смеси в печах в воздушной среде прокалкой смеси исходных оксидов, измельчение синтезированной шихты, введение поливинилового спирта в качестве связки и гранулирование полученной измельченной смеси, формование сырых заготовок в виде пластин из гранулированного ферритового порошка прессованием и высокотемпературное спекание заготовок в воздушной среде, охлаждение до комнатной температуры на воздухе, отличающийся тем, что нагревание пластин до температуры спекания и спекание проводят проникающим электронным пучком, по окончании спекания охлаждение от температуры спекания до температуры 900-850°C ведут путем естественного охлаждения на воздухе ячейки для радиационно-термического спекания, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры ведут путем пропускания через ячейку радиационно-термического спекания аргона или азота.