Реферат по теме магистерской работы

• Введение
• Обзор исследований по теме в Украине
• Обзор исследований по теме в мире
• Цель работы
• Экспериментально-методическая часть
• Выводы
• Литература

Введение  ⇑

Магнитные материалы, как металлы, так и диэлектрики широко используются в современной технике: в энергетике, системах связи, счетно–решающих устройствах. Особенное место занимают ферриты, которые благодаря своему большому электрическому сопротивлению могут использоваться на очень высоких частотах. Ферритовые сердечники и антенны в радио- и телевизионной аппаратуре, магнитные ленты для магнитофонной записи, разные приборы СВЧ диапазона, запоминающие и логические устройства в ЭВМ – вот короткий перечень употреблений магнитных диэлектриков, без которых трудно представить себе существование многих областей современной техники[1]. В промышленности ферриты стали использоваться около полувека назад; они были разработаны как альтернатива металлическим магнитам[2]. Поскольку обеспечивают снижение потерь энергии на перемагничивание, уменьшение вихревых токов и связанных с ними электромагнитных потерь.

Феррит – магнитные полупроводники со структурой ионных кристаллов, образованные на основе химического соединения окиси железа Fe₂O₃ c оксидами других металлов[3]. Существует множество элементов, которые при введении в состав изменяют процессы феритообразования, спекания и рекристаллизации. Ферриты, по сути, являются типичными соединениями переменного состава, который в общем случае можно выразить формулой AB₂O₄±γ, где А, В – любые феритообразующие элементы. Особенно большой научный интерес представляют магнитно-мягкие ферриты.

Марганец-цинковые ферриты используются взамен применявшихся ранее никель-цинковых, так как отличаются более лучшими электромагнитными свойствами и частотными характеристиками. Сравнение магнитных свойств этих ферритов с одинаковой начальной магнитной проницаемостью показывает, что в области частот до 2 МГц марганец-цинковые ферриты имеют существенно меньший относительный тангенс угла потерь, что объясняется очень малыми потерями в них на гистерезис(Рис.1). Немаловажным преимуществом высокопроницаемых марганец-цинковых ферритов является повышенная индукция насыщения и более высокая температура Кюри[4].

Рис.1 – Изменение ориентации доменов в феррите

Безусловно, свойства ферритов существенно зависят от содержания входящих в состав основных компонентов, но при этом существенный вклад вносят и условия их получения. Рассматривая ферриты, как фазы переменного состава следует отметить, что формирование структурно чувствительных свойств в большой мере зависит от содержания в них O₂, формирующего дефектное состояние. Состав феррита по кислороду можно обеспечить изменением условий обжига, исходя из соотношения Р(O₂)–T.

Обзор исследований по теме в Украине  ⇑

Анализ литературы, а также поиск в Интернете показал, что подобные теме исследования проводились в Украине во второй половине 20 века. В девяностых годах темпы исследования ферритов снизились[5]. Те же, что проводились, не касались изучения влияния состава на свойства марганец – цинковых ферритов в условиях спекания в вакуумных печах с поддержанием изоконцентрационного режима по кислороду[6]. А именно это является наиболее актуальным для современных производителей ферритов в Украине.

Связано это со сложностью поддержания равновесного режима спекания в печах, а также с все возрастающими требованиями к качеству продукции. На сегодняшний день «потребитель» запрашивает качественное улучшение электрофизических свойств магнитомягких ферритов.

Обзор исследований по теме в мире  ⇑

Исследования ферритов в мире, после пика шестидесятых – семидесятых годов прошлого века, значительно сократились и возобновились в начале этого[7]. К сожалению, увеличение количества исследований в области магнитных диэлектриков на основе оксидов железа обеспечивается лишь отдельными фирмами, специализирующимися на данной продукции.

Сегодняшними лидерами в странах СНГ являются именно зарубежные компании[8]. К 2008 году в постсоветских странах доминирующее положение заняли силовые ферритовые материалы фирмы Epcos (Германия), объем потребления которых, отечественной промышленностью, значительно превышает объем поставок всех других вместе взятых зарубежных производителей.

Также популярна продукция таких фирм, как Ferroxcube (Нидерланды), Cosmo (Индия), Samwha (Корея), Yeng – Tat (Тайвань), Acme (Тайвань). Единственное, на сегодняшний день, украинское предприятие способное составить им конкуренцию на рынке ближнего зарубежья является "Феррокерам" (г. Белая Церковь, Киевская обл.).

Украинские ферритовые заводы продолжают занимать существенную нишу на отечественном рынке, однако постепенно сдают свои позиции зарубежным изготовителям. Следует отметить, что материал М2500НМС1, выпускаемый заводом "Феррокерам", не уступает по большинству своих характеристик материалу N87 Epcosо[8]. Но изделия из него значительно проигрывают в цене из-за высокой себестоимости, связанной с небольшими, по сравнению с зарубежными конкурентами, объемами производства. Так суммарный объем производства всех магнитомягких ферритовых материалов на территории СНГ по тоннажу составляет менее 3% от объема производства фирмы Epcos.

В результате даже традиционные типы сердечников, которые в основном формировали отечественный рынок, постепенно вытесняются их импортными аналогами. Только за последние два года на рынке появились, например, полные аналоги отечественных типоразмеров Ш4×4, Ш4×8, Ш6×6, Ш10×10(Рис.2).

Рис.2 – Ш–образные ферриты

Рис.3 – Ферритовые кольца

Рис.4 – Кристаллическая структура ферритов – шпинелей: а – схематическое изображение элементарной ячейки шпинельной структуры, разделённой на 8 октантов; б – расположение ионов в смежных октантах ячейки; белые кружки – анионы О₂, образующие остов решётки, чёрные – катионы в октаэдрических и тетраэдрических позициях; в–катион в тетраэдрическом окружении; г–катион в октаэдрическом окружении.

Цель работы  ⇑

Целью работы является исследование влияния состава по основным компонентам марганец – цинкового феррита марки 2500НМС – 2 и условий обжига на формирование структурно–чувствительных свойств.

Экспериментально–методическая часть  ⇑

Работа предполагает получение ферритовых материалов марки 2500НМС–2. Выбор материала 2500НМС–2, обусловлен масштабным производством и большой востребованностью этого феррита[9]. Получение исследуемых образцов осуществлялось по керамической технологии методом твердофазного взаимодействия оксидов и карбонатов металлов, входящих в формулу.

Различное содержание оксида железа закладывалось на стадии при-готовления шихты при постоянном соотношении МnО/ZnО = 2,675. Концентрационный интервал по Fе₂O₃ составлял 48-56,5 мол.% через 0,5 мол.% между точками проведения экспериментов. Обжиг ферритовых образцов проводили в вакуумной установке по равновесным изоконцентратам γ=10*10^-3 и γ=1*10^-3 Р(O₂)-T–фазовой диаграммы и по режимам, моделирующим стандартные вакуумные программы охлаждения V и IX.

При изменении содержания оксида железа в составе установлено, что его увеличение приводит к эффектам, наблюдаемым при снижении кислородной нестехиометрии. Процесс растворения избытка оксида железа в марганец– цинковом феррите при стехиометрическом соотношении Fe/(Zn+Mn)=2:1, без учета катионных распределений по подрешеткам A и B можно выразить следующим уравнением:



из которого видно, что изменение содержания кислорода в феррите связано как с непосредственной кислородной нестехиометрией γ, так и с содержанием избыточного оксида железа ν. Оба параметра – γ и ν – входят в стехиометрический индекс при кислороде. Возрастание содержания избыточного оксида железа ν может быть компенсировано снижением параметра кислородной нестехиометрии γ. Физико–химическая природа этой аналогии связана с противоположным характером влияния величин γ и ν на содержание магнетита в шпинельном твердом растворе[10]. Зависимости таких свойств, как магнитная проницаемость и магнитные потери, объяснены изменением содержания магнетита, положительная магнитострикция которого компенсирует отрицательную магнитострикцию «стехиометрического» по оксиду железа феррита. Содержание магнетита возрастает с увеличением избыточного содержания оксида железа ν и снижением степени окисленности γ. Отсюда следует, что влияние увеличения оксида железа может приводить к эффектам, аналогичным тем, которые наблюдаются при снижении γ.

Выводы  ⇑

1. Показано, что процесс газо–термической обработки оказывает существенное влияние на формирование структурно–чувствительных свойств.
2. Установлено, что электромагнитные свойства зависят как от кислородной нестехиометрии, формирующей дефектность материала, так и от содержания оксида железа в составе.
3. Результаты исследований могут быть использованы для оптимизации состава ферритов на действующих производствах.

Литература  ⇑

1. Поляков А.А. Технология керамических радиоэлектронных материалов – М.: Радио и связь, 1989г. – 200с.: ил.
2. Левин Б.Е., Третьяков Ю.Д., Летюк Л.М. Физико-химические основы получения, свойства и применение ферритов. – М.: Металлургия, 1979. - 470с.
3. Третьяков Ю.Д., Олейников Н.Н., Граник В.А. Физико-химические основы термообработки ферритов, – Издательство московского университета, 1973г. – 205с.
4. Третьяков Ю.Д., Метлин Ю.Г. Керамика – материал будущего. – М.: Металлургия, 1987г.
5. Прилипко Ю. С. Функциональная керамика. Оптимизация технологии: Монография. – Донецк: Норд–Пресс, 2007. – 492 с.
6. Шольц Н.Н., Пискарев К.А. Ферриты для радиочастот, – М.: Энергия, 1966г. – 260с.
7. Свиридов В.В., Адамович Т.И., Кунцевич Н.И., Лобанок А.Д. Особенности образования феррита цинка в системе совместно осажденных гидроксидов Zn(OH)2-Fe(OH)3 – Физические свойства ферритов. Мн.: Наука и техника, 1967 – 395с.
8. Физико-химические основы получения твердофазных материалов электронной техники [Электронный ресурс]. – Режим доступа:www.eunnet.net
9. Новосадова Е.Б., Дригибка Я.Г., Пашкова Е.В. и др. Поли- и монокристаллические марганец-цинковые ферритовые материалы – Марганецсодержащие ферриты: Синтез и физико-химические свойства. М.: Наука, 1986 – 180с.
10. Свиридов В.В., Белозерский Г.Н., Байков М.В. и др. Исследование процесса образования ферритов из совместно осажденных гидроксидов методом ЯГР – Кинетика и катализ. 1974 – 960с.