способ изготовления анизотропного поликристаллического ферритового материала и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изготовления анизотропного поликристаллического ферритового материала из порошка гексагонального феррита бария системы BaCo_2-xZe_xFe₁₆O₂₇, где х=1,0-1,4, включающий приготовление порошка феррита и магнитную обработку воздействием на порошок, размещенный в немагнитной пресс-форме, изменяющимся во времени и пространстве магнитным полем, отличающийся тем, что перед магнитной обработкой порошка его смешивают с жидкостью, незамерзающей в части или во всем интервале температур (-150)(320-300х)С, а воздействие магнитным полем на смесь жидкости с порошком, находящимся в пресс-форме при температуре, выбираемой в названном интервале, осуществляют в горизонтальной плоскости поочередно в двух направлениях, угол между которыми составляет 60-120, при этом обе компоненты магнитного поля выбирают в виде плавно нарастающих и плавно убывающих низкочастотных импульсных последовательностей, максимальные значения напряженности которых находятся в пределах 100-400 кА/м, на конечной стадии магнитной обработки осуществляют поджатие порошка давлением, обеспечивающим прекращение движения частиц феррита, с последующим прессованием брикета, полученного в результате поджатия порошка.

2. Устройство для изготовления анизотропного поликристаллического ферритового материала из порошка гексагонального феррита бария системы BaCo_2-xZn_xFe₁₆O₂₇, где х=1,0-1,4, содержащее пресс-форму, отличающееся тем, что оно содержит общее основание, немагнитный термостат пресс-формы, низкочастотный трансформатор, два выпрямительных диода, первую пару стержнеобразных магнитопроводов, расположенных соосно в горизонтальной плоскости с зазором между их рабочими полюсами и закрепленных на общем основании, первую пару обмоток, размещенных вокруг первой пары стержнеобразных магнитопроводов и соединенных между собой согласно-последовательно, вторую пару стержнеобразных магнитопроводов, расположенных соосно с зазором между их рабочими полюсами и закрепленных на общем основании, вторую пару обмоток, размещенных вокруг второй пары стержнеобразных магнитопроводов и соединенных между собой согласно-последовательно, при этом пресс-форма выполнена из немагнитного материала, а оси первой и второй пар стержнеобразных магнитопроводов расположены под углом 60-120, первый вывод выходной обмотки трансформатора соединен с катодом первого диода и анодом второго, начала первой и второй пар обмоток стержнеобразных магнитопроводов соединены соответственно с анодом первого диода и катодом второго, а концы обеих пар обмоток стержневых магнитопроводов соединены со вторым выводом выходной обмотки трансформатора.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вторая пара стержнеобразных магнитопроводов с расположенными вокруг них обмотками закреплена на общем основании с возможностью поворота в горизонтальной плоскости на угол±30°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления ферритового анизотропного материала из гексагонального феррита бария W-типа (BaMe₂Fe₁₆O₂₇) с замещением металла (Me) кобальтом и цинком (BaCo_2-xZn_xFe₁₆O₂₇) и может быть использовано в процессе производства носителей магнитной записи, элементов невзаимных СВЧ-устройств (вентилей и циркуляторов), постоянных магнитов и рабочих тел магнитных холодильников, для которых требуется материал с высокой степенью магнитной текстуры.

Наиболее близким способом к заявляемому является способ получения изделий из феррита бария, включающий приготовление порошка феррита, магнитную обработку воздействием на порошок феррита, размещенный в немагнитной пресс-форме, изменяющимся во времени и пространстве магнитным полем [1]. Недостатком является то, что ферритовый материал, полученный по этому способу, не обладает магнитной анизотропией.

Другим близким аналогом выбрано устройство для получения ферритового материала, содержащее пресс-форму, снабженную индукционной катушкой [2]. Недостатком устройства является то, что получаемый в результате его использования материал приобретает высокую степень магнитной текстуры только для частиц порошка, имеющих одноосную магнитную анизотропию и форму частиц, удлиненную вдоль оси анизотропии (степень магнитной текстуры материала при этом составляет 70 - 80%), а для составов W (BaCo_2-xZn_xFe₁₆O₂₇) с плоской гексагональной формой частиц, имеющих другие виды магнитной анизотропии (к ним относятся составы с х = 0 -1,0, имеющие планарную анизотропию и составы с х = 1,0 -1,4, имеющие анизотропию типа "конус легкого намагничивания"), создание высокой степени магнитной текстуры при указанных в аналоге направлениях воздействия магнитным полем и давлением неосуществимо.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - увеличение магнитной анизотропии или, что эквивалентно, увеличение степени магнитной текстуры материала, выполненного на основе гексагонального феррита бария системы BaCo_2-xZn_xFe₁₆O₂₇, где х = 1,0 -1,4, и относящегося к структурному типу W.

Это достигается тем, что в способе изготовления анизотропного поликристаллического ферритового материала из порошка гексагонального феррита бария системы BaCo_2-xZn_xFe₁₆O₂, где х = 1,0 -1,4, включающем приготовление порошка феррита, магнитную обработку воздействием на порошок феррита, размещенный в немагнитной пресс-форме, изменяющимся во времени и пространстве магнитным полем, поджатие порошка на конечной стадии его магнитной обработки вертикально нарастающим давлением, обеспечивающим прекращение движения частиц феррита, и прессование полученного в результате поджатия порошка брикета, перед магнитной обработкой порошка его смешивают с незамерзающей в части или во всем интервале температур (-150) - (320-300х)^oС жидкостью, воздействие магнитным полем на смесь жидкости с порошком, находящуюся в пресс-форме при температуре, выбираемой в соответствии с составом в названном интервале, осуществляют в горизонтальной плоскости поочередно в двух направлениях, угол между которыми составляет 60-120^o, а обе компоненты магнитного поля выбирают в виде плавно нарастающих и плавно убывающих низкочастотных импульсных последовательностей, максимальные значения напряженности которых находятся в пределах 100-400 кА/м.

Это достигается также тем, что в состав устройства для изготовления анизотропного поликристаллического ферритового материала из порошка гексагонального феррита бария BaCo_2-xZn_xFe₁₆O₂₇, где х= 1,0-1,4, содержащего пресс-форму, дополнительно вводят общее основание, немагнитный термостат пресс-формы, низкочастотный трансформатор, два выпрямительных диода, первую пару стержнеобразных магнитопроводов, расположенных соосно в горизонтальной плоскости с зазором между их рабочими полюсами и закрепленных на общем основании, первую пару обмоток, размещенных вокруг первой пары стержнеобразных магнитопроводов и соединенных между собой согласно-последовательно, вторую пару стержнеобразных магнитопроводов, расположенных соосно в горизонтальной плоскости с зазором между их рабочими полюсами и закрепленных на общем основании, вторую пару обмоток, размещенных вокруг второй пары стержнеобразных магнитопроводов и также соединенных между собой согласно-последовательно, при этом пресс-форма выполнена из немагнитного материала, а оси первой и второй пар стержнеобразных магнитопроводов расположены под углом 60-120^o, первый вывод выходной обмотки трансформатора соединен с катодом первого диода и анодом второго, начала первой и второй пар обмоток стержнеобразных магнитопроводов соединены соответственно с анодом первого диода и катодом второго, а концы обеих пар обмоток стержневых магнитопроводов соединены со вторым выводом обмотки трансформатора.

Вторая пара стержнеобразных магнитопроводов с расположенными вокруг них обмотками закреплена на общем основании с возможностью поворота в горизонтальной плоскости на угол 30^o.

На фиг.1 изображено устройство для изготовления поликристаллического ферритового материала (трансформатор и диоды на фигуре не показаны); на фиг.2 - электрическая схема устройства и на фиг.3 - диаграмма магнитных состояний гексагональных ферритов бария системы BaCo_2-xZn_xFe₁₆O₂₇, необходимая для понимания достижения заявленного технического результата.

Устройство для изготовления поликристаллического ферритового материала содержит общее основание 1, немагнитную пресс-форму 2, немагнитный термостат 3, первую пару стержнеобразных магнитопроводов 4 и 5 и первую пару принадлежащих им обмоток (катушек) 6 и 7, вторую пару стержнеобразных магнитопроводов 8 и 9 и вторую пару принадлежащих им обмоток (катушек) 10 и 11, магнитопроводы С-образного сечения 12 и 13, закрепленные в основании 1 и соединенные с первой и второй парами стержнеобразных магнитопроводов 4 и 5 и 8 и 9. Верхняя часть основания 1 с закрепленным в нем С-образным магнитопроводом 13 выполнена с возможностью поворота на угол30^o относительно нижней части основания (пределы поворота магнитопровода 13 и жестко связанных с ним стержнеобразных магнитопроводов 8 и 9 показаны на фиг.1 штрих-пунктирными линиями). Термостат 3 с размещенной в нем пресс-формой 2 расположен между полюсами стержнеобразных магнитопроводов 4, 5, 8 и 9. Пуансон 14 служит для передачи внешнего вертикально нарастающего давления на размещаемую в пресс-форме 2 смесь жидкости с ферритовым порошком.

На фиг.2 обозначено: 15 - низкочастотный трансформатор; 16 и 17 - первый и второй выпрямительные диоды; 18 и 19 - первый и второй магнитопроводы (совокупность магнитопроводов, изображенных на фиг.1, через 4, 5 и 12 и 8, 9 и 13); 20, 21 и 22, 23 - первая и вторая пара обмоток (обозначенных на фиг.1 через 6, 7 и 10, 11 соответственно).

На фиг.3, на которой приведена диаграмма магнитных состояний системы гексаферритов бария типа W (формульная единица BaCо_2-xZn_xFe₁₆O₂₇) [3], через х обозначено число катионов Zn, замещающих эквивалентное число катионов Со; через Т- температура, через I, II, III, IV и V обозначены области существования в данной системе: I - парамагнетизма, II - оси легкого намагничивания, III - конуса легкого намагничивания, IV - плоскости легкого намагничивания и V - конуса легкого намагничивания. Заштрихованная часть области IV относится к области заявленных нами значений х и Т.

Устройство для изготовления анизотропного поликристаллического ферритового материала работает следующим образом. Приготовленную смесь порошка гексаферрита бария с жидкостью, незамерзающей в интервале температур, соответствующих значению х обрабатываемой системы ферритов (фиг.3), помещают в пресс-форму 2. Пресс-форму 2 размещают в термостате 3, охлаждаемом парами жидкого азота, если выбранная температура обработки ниже комнатной. В этом случае в качестве незамерзающей жидкости можно использовать, например, этиловый спирт или ацетон, температуры плавления которых составляют соответственно -114,15 и -95,35^oС. На входные клеммы трансформатора 15 подают переменное напряжение, частота которого выбирается в диапазоне 1-50 Гц. Со вторичной обмотки трансформатора напряжение через диоды 16 и 17 подают на соединенные согласно-последовательно обмотки 20, 21 и 22, 23. По одной паре обмоток ток проходит в течение одного полупериода переменного напряжения, по другой паре обмоток - другого полупериода.

Импульсные магнитные поля, действующие в горизонтальной плоскости под углом 60-120^o, постепенно "укладывают" плоские гексагональные частицы феррита в горизонтальной плоскости (со стороны внешнего магнитного поля на гексагональные частицы действует вращающий момент). Медленное поворачивание (качание) С-образного магнитопровода 13 с соединенными с ним стержнеобразными магнитопроводами 8 и 9 и обмотками 10 и 11 вокруг вертикальной оси ускоряет ориентацию частиц в горизонтальной плоскости. Жидкость в смеси с порошком феррита выполняет роль замедлителя колебаний частиц. После магнитной обработки частиц (время обработки определяется экспериментально и находится в пределах единиц - десятков минут) производят поджатие смеси жидкости с ферритовым порошком с усилием, при котором становится невозможным движение частиц в смеси. Затем пресс-форму с брикетом извлекают из термостата. Далее производят прессование брикета при давлении, достигающем 100 - 120 МПа.

Увеличение степени магнитной анизотропии (степени магнитной текстуры) при использовании заявленных способа и устройства достигается, во-первых, за счет того, что подобранные соотношения между значениями температуры смеси жидкости с порошком феррита, значением х (доля Zn в составе феррита) и напряженностью магнитного поля дают возможность воздействовать магнитным полем на частицы гексагонального феррита бария, имеющие при этих значениях состояние плоскости легкого намагничивания, т.е. дают возможность все плоские гексагональные частицы "укладывать" параллельно друг другу, и, во-вторых, за счет того, что поджатие частиц производится в направлении, перпендикулярном их плоскостям, а не параллельно, как это делается в прототипе.

Экспериментальные исследования показали, что степень текстуры ферритов состава BaCo_2-xZn_xFe₁₆O₂₇ при х = 1,0-1,4, полученных заявляемым способом, составляла 84-94% (при точности измерения3%). Степень текстуры ферритовых материалов определялась по данным их рентгеновского анализа (по сравнению высоты дифракционных максимумов для отражений с индексами 001 и hkl).

Источники информации

1. Абросимов В. А., Кузнецов Ю. Н., Китаев А. Л., Ляпунов В. Н. Способ получения изделий из феррита бария. А. с. СССР 669416// БИ 23, 1979.

2. Юматов А. И., Гладков Г. И., Тихонов В. С. Устройство для прессования порошков феррита бария. А. с. СССР 535142// БИ 42, 1976.

3. Naiden E.P., Maltzev V.I., Rjabtsev G.I. Magnetic Structure and Spin-orientational Transitions of Hexaferrites of BaCo(2-x)Zn(x)Fe(16)O(27)//Physica Status Solidi(a), 1990, V. 120, 1, р. 209-218.