Керамика на основе шпинелей

Шпинелями называются соединения, кристал­лизующиеся в кубической системе и имеющие формулу Ме²⁺Ме₂³⁺О₄ .Число шпинелей очень велико. Свойства и области примене­ния шпинелей весьма разнообразны. Особую группу составляют шпинели с общей формулой Ме²⁺Fe₃³⁺О₄, называемые феррошпинелями.

Чистые шпинели в природе встречаются крайне редко, обыч­но они содержат различные примеси. В технике шпинели синтезируют путем спека­ния тонкодисперсной смеси оксидов. Они также могут быть синтезированы при электроплавке смеси соответст­вующих оксидов. При синтезе шпинелей, содержащих оксиды переменной валентности, важно соблюдать соответствующую газовую среду, предохраняющую эти оксиды от окисления или восстановления.

Наиболее подробно изуче­на и применяется так называемая благородная магнезиальная шпинель MgAl₂O₃, которая используется как огнеупорный, конструкционный и электроизоляционный материал. Температура плавления MgAl₂O₃ составляет 2135°С, она является весьма химически стойким соединением, практически не реагирует с кислотами, слабо взаимодействует с щелочами. Температура спекания изделий из магнезиальной шпинели составляет около 1750°С. Спеченная шпинель обладает средним уровнем механиче­ских характеристик (σ_сж около 2000МПа, σ_изг до 200МПа) и высокими значениями электрофизических свойств.

Керамика на основе феррошпинели Ме²⁺Fe₃³⁺О₄ имеет очень важное значение в технике.В качестве Ме²⁺ могут быть Fе²⁺, Ni²⁺, Мn²⁺, Со²⁺ и др. Подавляющее большинство феррошпинелей является ферромагнитными веществами, т. е. они обнаруживают магнитные свойства в отсутст­вии магнитного поля или после его воздействия на них. Неметаллические ферромагнитные материалы называются ферритами. Ферритами, кроме феррошпинелей, являют­ся также соединения Fе₂О₃ с другими оксидами, имеющими структуру, отличную от шпинелей. Называют ферриты по двухвалентному иону, например МnFе₂О₃ – марганцевый феррит.

Магнетизм вещества обусловлен дви­жением электронов по орбитам вокруг ядра атома или вращением электрона вокруг своей оси, т. е. спином. Магнитные мо­менты возникают в системах, в которых имеется нечетное коли­чество электронов и которые образуют нескомпенсированный магнитный момент. Нечетное число электронов содержат некоторые атомы и ионы с частично заполненными внутренними электронными обо­лочками. Поэтому магнитными свойствами обладают шпинели, у которых двухвалентный ион представлен главным образом переходными металлами, например, Мп²⁺. Магнитные свойства феррошпинелей самым тесным образом связаны со структурой шпинели и распределением ио­нов металлов внутри кристаллической решетки шпинели.

Магнитную керамику оценивают по ряду свойств. Важнейшими из них являются магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Маг­нитная восприимчивость определяется по формуле

χ_m=I_m/H, (18)

где I_m – намагниченность, H – напряженность внешнего магнитного поля.

Эта величина является мерой намагниченности вещества. Магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчи­востью следующей зависимостью:

μ=1 + 4π χ_m. (19)

Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз уси­ливается магнитное поле в данной среде.

Для каждого ферромагнетика существует некая предельная температура – температура Кюри, при которой вещество теря­ет магнитные свойства в результате теплового движения ионов.

Ферриты получают из оксидов соответствующих металлов либо из их солей в виде карбонатов, нитратов и др. Исходные оксиды измельчают до среднего размера зерен 1–3 мкмв шаровых или в вибрационных мельницах. Затем смесь после сушки и рас­тирания прессуют в брикеты, которые об­жигают при температурах 500–1000°С в зависимости от соста­ва шпинелей. При этом происходит синтез шпинели.

Брикеты синтезированной шпинели дробят до зерен разме­ром 1–1,5мм, затем измельчают в шаровых мельницах до порошка требуемой дисперсности. Изделия из феррошпинели формуют прессования с пластификатором и литьем пластифицированных масс под давлением.

Тем­пература спекания в зависимости от состава феррита колеблется в пределах 1000–1400°С. Общая длительность обжига 10–24ч с выдержкой при окончательной температуре 2–6ч.Ферриты спекают обычно в электрических печах с силитовыми нагрева­телями в слабоокисли­тельной или нейтральной среде. Для сохранения заданного стехиометрического состава спекаемой феррошпинели крайне важно следить за стабильностью парциального давления кислорода в среде.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 179; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!