RU2548345C1

RU2548345C1 - Method for obtaining ferrite items

Info

Publication number: RU2548345C1
Application number: RU2013143522/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Костишин; Лариса Владимировна Панина; Валерий Георгиевич Андреев; Александр Григорьевич Савченко; Ирина Ивановна Канева; Александр Сергеевич Комлев; Алексей Николаевич Николаев
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-04-20
Also published as: RU2013143522A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to powder metallurgy. A method for obtaining ferrite items involves preparation of moulding powder containing ferrite material and an alloying additive, pressing of workpieces, radiation thermal sintering of workpieces by their heating to temperature of sintering by irradiation with a penetrating electron beam with exposure at the temperature under irradiation with a continuous electron beam. As an alloying additive to the moulding powder there added is nanosized powder of carbonyl iron with particle size of 320-450 nm in the amount of 0.01-0.03 wt % of total weight of the moulding powder.

EFFECT: improvement of a sintering process, reduction of sintering time and improvement of quality of ferrite items.

8 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в электронной и радиопромышленности при производстве ферритовых материалов и изделий на их основе.The invention relates to powder metallurgy and can be used in the electronic and radio industries in the production of ferrite materials and products based on them.

Известен способ радиационно-термической обработки (РТО) материалов, в частности изделий из ферритов и керамики, обеспечивающий спекание заготовок ферритов облучением проникающим импульсным электронным лучом (см. А.С. СССР №1391808, B22F 3/24, С04В 35/26. Авторы: Суржиков А.П., Анненков Ю.М., Новиков B.C. и др.). Недостаток - способ характеризуется большой длительностью спекания и не обеспечивает требуемое качество процесса спекания ферритовой керамики.A known method of radiation-thermal treatment (RTO) of materials, in particular products from ferrites and ceramics, provides sintering of ferrite blanks by irradiation with a penetrating pulsed electron beam (see AS USSR No. 1391808, B22F 3/24, С04В 35/26. : Surzhikov A.P., Annenkov Yu.M., Novikov BC, etc.). The disadvantage is that the method is characterized by a long sintering time and does not provide the required quality of the sintering process of ferrite ceramics.

Известна легирующая добавка в пресс-порошке феррита, представляющая собой карбонильное железо (см. патент РФ №2037384 "Шихта никель-цинкового феррита", авторы Авакян П.Б., Мержанов А.Г., Нерсесян М.Д. и др.). Недостаток настоящего технического решения - в том, что оно не может использоваться при методе радиационно-термического синтеза (РТС) ферритов.Known alloying additive in the ferrite press powder, which is carbonyl iron (see RF patent No. 2037384 "Nickel-zinc ferrite mixture", authors Avakyan PB, Merzhanov AG, Nersesyan MD, etc.) . The disadvantage of this technical solution is that it cannot be used with the method of radiation-thermal synthesis (RTS) of ferrites.

Известен также способ получения ферритовых изделий (Патент РФ №2018988, H01F 1/10, H01F 1/34. Авторы: Суржиков А.П., Шумилов Н.Ю., Мойзес Б.Б., Притулов A.M.), позволяющий снизить длительность спекания.There is also a method of producing ferrite products (RF Patent No.2018988, H01F 1/10, H01F 1/34. Authors: Surzhikov A.P., Shumilov N.Yu., Moises B. B., Pritulov AM), which allows to reduce the sintering time .

Недостатком изобретения является несущественное уменьшение времени спекания при радиационно-термическом способе получения и недостаточное обеспечение требуемого уровня электромагнитных свойств магнитомягких ферритов.The disadvantage of the invention is the insignificant decrease in sintering time with the radiation-thermal production method and the insufficient provision of the required level of electromagnetic properties of soft magnetic ferrites.

Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение процесса спекания магнитомягких ферритовых материалов и изделий на их основе путем радиационно-термической обработки, а также уменьшение времени спекания при спекании методом радиационно-термической обработки.The technical result of the claimed invention is to improve the sintering process of soft magnetic ferrite materials and products based on them by radiation-heat treatment, as well as to reduce sintering time during sintering by the method of radiation-heat treatment.

Технический результат достигается следующим образом. Способ получения ферритовых изделий включает приготовление пресс-порошка, содержащего ферритовый материал и легирующую добавку. Прессование заготовок, радиационно-термическое спекание заготовок проводят путем их нагрева до температуры спекания облучением проникающим электронным пучком с выдержкой при температуре спекания под облучением непрерывным электронным пучком. В пресс-порошок в качестве легирующей добавки вводят наноразмерный порошок карбонильного железа с размером наночастиц 320-450 нм в количестве 0,01-0,03 мас.% от общей массы пресс-порошка. Изобретение осуществляется следующим образом. Готовят пресс-порошок, содержащий ферритовый материал и легирующую добавку - карбонильное железо. Перемешивают полученный пресс-порошок в вибрационной мельнице. Добавляют поливиниловый спирт в качестве связки. Придают необходимую форму заготовкам в прессовальном устройстве под давлением 200 МПа. Помещают полученные заготовки в специальную камеру для спекания. Нагревают заготовки радиационно-термическим способом с помощью проникающего электронного пучка до температуры спекания. Образцы выдерживают при температуре спекания под облучением непрерывным электронным пучком минимальное время, достаточное для обеспечения плотности феррита не менее 95% от теоретической плотности.The technical result is achieved as follows. A method of producing ferrite products includes the preparation of a press powder containing ferrite material and a dopant. Pressing the blanks, radiation-thermal sintering of the blanks is carried out by heating them to a sintering temperature by irradiation with a penetrating electron beam with exposure at a sintering temperature under irradiation with a continuous electron beam. Nanosized carbonyl iron powder with a nanoparticle size of 320-450 nm in an amount of 0.01-0.03 wt.% Of the total mass of the press powder is introduced into the press powder as an alloying additive. The invention is as follows. A press powder is prepared containing ferrite material and a dopant carbonyl iron. Stir the resulting press powder in a vibratory mill. Polyvinyl alcohol is added as a binder. They give the necessary shape to the blanks in a pressing device under a pressure of 200 MPa. Place the obtained blanks in a special sintering chamber. Preforms are heated by the radiation-thermal method using a penetrating electron beam to a sintering temperature. The samples are kept at a sintering temperature under continuous electron beam irradiation for a minimum time sufficient to ensure a ferrite density of at least 95% of the theoretical density.

Примеры реализации способа.Examples of the method.

Пример 1. В синтезированные по оксидной технологии порошки феррита вводили карбонильное железо с последующим приготовлением пресс-порошка с поливиниловым спиртом в качестве связки. Кольцевые заготовки К20×12×6, полученные прессованием под давлением 200 МПа, после сушки до влажности менее 0,5% масс. подвергались РТО путем воздействие быстрыми электронами энергии 6 МэВ, значение тока в импульсе 500 мА, частота следования импульсов 75 Гц. В процессе нагрева осуществлялась изотермическая выдержка в течение 10 мин при температуре 820°С. Минимальное время РТ-спекания определялось исходя из обеспечения плотности феррита не менее 95% от теоретической плотности.Example 1. Carbonyl iron was introduced into ferrite powders synthesized by oxide technology, followed by preparation of a press powder with polyvinyl alcohol as a binder. Ring blanks K20 × 12 × 6 obtained by pressing under a pressure of 200 MPa, after drying to a moisture content of less than 0.5% of the mass. were subjected to RTO by the action of fast electrons with an energy of 6 MeV, the current value per pulse is 500 mA, and the pulse repetition rate is 75 Hz. During heating, isothermal exposure was carried out for 10 min at a temperature of 820 ° C. The minimum RT-sintering time was determined on the basis of providing a ferrite density of at least 95% of theoretical density.

Использовалось карбонильное железо ГОСТ 13610-79 марки «ЖКВ» со средним размером частиц 1,4 мкм по данным, полученным на газовом хроматографе ЛХМ-8МД. Результаты исследований показали, что карбонильное железо позволяет на 12% уменьшить время РТО магнитомягких ферритов до их полной готовности и повысить уровень электромагнитных свойств.Used carbonyl iron GOST 13610-79 brand "ZhKV" with an average particle size of 1.4 microns according to data obtained on a gas chromatograph LHM-8MD. The research results showed that carbonyl iron can reduce the PTO time of soft magnetic ferrites by 12% until they are completely ready and increase the level of electromagnetic properties.

В табл. 1-4 представлены результаты зависимости времени РТО, требующегося для полной готовности разработанных магнитомягких ферритов, от содержания карбонильного железа. Средний размер частиц оценивали на газовом хроматографе ЛХМ-8МД. Значения электромагнитных параметров получены по усредненным данным на 5 образцах.In the table. Figures 1–4 present the results of the dependence of the PTO time required for the complete readiness of the developed soft magnetic ferrites on the content of carbonyl iron. The average particle size was evaluated on a gas chromatograph LHM-8MD. The values of the electromagnetic parameters were obtained from averaged data on 5 samples.

Как видно из представленных в табл. 1-4 данных, наилучшие результаты для РТО и уровень параметров магнитомягкой ферритовой керамики достигается при введении 0,02% мас. карбонильного железа. При выходе за пределы изобретения менее 0,01% мас. и более 0,03% мас. время РТ-спекания заметно возрастает, а уровень параметров снижается. Механизм активации процесса РТ-спекания ферритовой керамики карбонильным железом состоит в следующем. Известно, что карбонильное железо характеризуется способностью интенсивно поглощать электромагнитную энергию. При воздействии быстрых электронов разогрев образцов ферритовой керамики в местах нахождения наночастиц карбонильного железа происходит интенсивнее за счет усиленного поглощения энергии. Это приводит к активации процесса спекания, обеспечивает увеличение уровня электромагнитных свойств. Ухудшение процессов спекания и уровня параметров при избытке карбонильного железа можно объяснить избыточной активностью процессов массопереноса на начальной стадии спекания, приводящее к образованию микротрещин в результате зонального обособления.As can be seen from the table. 1-4 data, the best results for PTO and the level of parameters of soft magnetic ferrite ceramics is achieved with the introduction of 0.02% wt. carbonyl iron. When going beyond the scope of the invention less than 0.01% wt. and more than 0.03% wt. RT sintering time increases markedly, and the level of parameters decreases. The activation mechanism of the process of RT-sintering of ferrite ceramics with carbonyl iron is as follows. It is known that carbonyl iron is characterized by the ability to intensively absorb electromagnetic energy. Under the influence of fast electrons, heating of ferrite ceramic samples at the locations of carbonyl iron nanoparticles occurs more intensively due to enhanced energy absorption. This leads to the activation of the sintering process, provides an increase in the level of electromagnetic properties. The deterioration of sintering processes and the level of parameters with an excess of carbonyl iron can be explained by the excessive activity of mass transfer processes at the initial stage of sintering, which leads to the formation of microcracks as a result of zonal isolation.

Пример 2. В синтезированные по оксидной технологии порошки феррита вводили карбонильное железо с последующим приготовлением пресс-порошка с поливиниловым спиртом в качестве связки. Кольцевые заготовки К20×12×6, полученные прессованием под давлением 200 МПа, после сушки до влажности менее 0,5% мас. подвергались РТО путем воздействие быстрыми электронами энергии 6 МэВ, значение тока в импульсе 500 мА, частота следования импульсов 250 Гц. Минимальное время РТ-спекания определялось исходя из обеспечения плотности феррита не менее 95% от теоретической плотности.Example 2. Carbonyl iron was introduced into ferrite powders synthesized by oxide technology, followed by preparation of a press powder with polyvinyl alcohol as a binder. Ring blanks K20 × 12 × 6 obtained by pressing under a pressure of 200 MPa, after drying to a moisture content of less than 0.5% wt. were subjected to RTO by the action of fast electrons with an energy of 6 MeV, the current value per pulse is 500 mA, and the pulse repetition rate is 250 Hz. The minimum RT-sintering time was determined on the basis of providing a ferrite density of at least 95% of theoretical density.

Для экспериментов использовалось карбонильное железо в количестве 0,02% мас., размеры частиц которого регулировались путем изменения температуры разложения и давления пентакарбонила железа. Средний размер частиц оценивали на газовом хроматографе ЛХМ-8МД. Результаты исследований показали, что карбонильное железо позволяет на 19% уменьшить время РТО магнитомягких ферритов до их полной готовности и повысить уровень электромагнитных свойств.For the experiments, carbonyl iron was used in an amount of 0.02% wt., The particle sizes of which were regulated by changing the decomposition temperature and pressure of iron pentacarbonyl. The average particle size was evaluated on a gas chromatograph LHM-8MD. The research results showed that carbonyl iron can reduce the PTO time of soft magnetic ferrites by 19% until they are completely ready and increase the level of electromagnetic properties.

В табл. 5-8 представлены результаты зависимости времени РТО, требующегося для полной готовности разработанных магнитомягких ферритов, от содержания карбонильного железа. Средний размер частиц после механоактивации оценивали на газовом хроматографе ЛХМ-8МД. Значения электромагнитных параметров получены по усредненным данным на 5 образцах.In the table. Figures 5–8 present the results of the dependence of the PTO time required for the complete readiness of the developed soft magnetic ferrites on the carbonyl iron content. The average particle size after mechanical activation was evaluated on an LHM-8MD gas chromatograph. The values of the electromagnetic parameters were obtained from averaged data on 5 samples.

Как видно из представленных в табл. 5-8 данных, наилучшие результаты для РТО и уровень параметров магнитомягкой ферритовой керамики достигается при введении 0,02% мас. карбонильного железа со средним размером частиц 376 нм. При выходе за пределы изобретения менее 320 нм и более 450 нм время РТО заметно возрастает, а уровень параметров снижается. Механизм активации процесса РТ-спекания ферритовой керамики карбонильным железом состоит в следующем. Известно, что карбонильное железо характеризуется способностью интенсивно поглощать электромагнитную энергию. При воздействии быстрых электронов разогрев образцов ферритовой керамики в местах нахождения наночастиц карбонильного железа происходит интенсивнее за счет усиленного поглощения энергии. Это приводит к активации процесса спекания, обеспечивает увеличение уровня электромагнитных свойств. Ухудшение процессов спекания и уровня параметров при малых размерах частиц карбонильного железа можно объяснить увеличением доли окисленного слоя на поверхности частиц, снижающего способность поглощать электромагнитную энергию, а при больших размерах частиц избыточным разогревом частиц, приводящим к избыточной активности процессов массопереноса на начальной стадии спекания, приводящее к образованию микротрещин в результате зонального обособления.As can be seen from the table. 5-8 data, the best results for PTO and the level of parameters of soft magnetic ferrite ceramics is achieved with the introduction of 0.02% wt. carbonyl iron with an average particle size of 376 nm. When going beyond the scope of the invention less than 320 nm and more than 450 nm, the PTO time increases markedly, and the level of parameters decreases. The activation mechanism of the process of RT-sintering of ferrite ceramics with carbonyl iron is as follows. It is known that carbonyl iron is characterized by the ability to intensively absorb electromagnetic energy. Under the influence of fast electrons, heating of ferrite ceramic samples at the locations of carbonyl iron nanoparticles occurs more intensively due to enhanced energy absorption. This leads to the activation of the sintering process, provides an increase in the level of electromagnetic properties. The deterioration of sintering processes and the level of parameters at small particle sizes of carbonyl iron can be explained by an increase in the fraction of the oxidized layer on the surface of the particles, which reduces the ability to absorb electromagnetic energy, and at large particle sizes by excessive heating of the particles, leading to excessive activity of mass transfer processes at the initial stage of sintering, leading to the formation of microcracks as a result of zonal isolation.

Claims

A method of producing ferrite products, including the preparation of a press powder containing ferrite material and an alloying additive, pressing the blanks, radiation-thermal sintering of the blanks by heating them to a sintering temperature by irradiation with a penetrating electron beam with exposure at a sintering temperature under irradiation with a continuous electron beam, characterized in that a nanosized powder of carbonyl iron with a nanoparticle size of 320-450 nm in an amount of 0.01-0.03 wt. % of the total mass of the press powder.