Исследование влияния состава и термической обработки на свойства марганец-цинковых феритов

Развитие техники стимулирует совершенствование магнитных материалов, улучшение их механических и физических свойств. Это достигается за счет исследования новых составов, и совершенствования старых путем модифицирования добавками либо, наоборот их удаления и корректировки основного состава, что в соединении с различными режимами термообработки может дать положительный качественный эффект.
Цель работы: изучить влияние содержания оксида железа в составе и режимов термообработки на свойства Mn-Zn-ферритов марки 2500НМС-2.
Различное содержание оксида железа закладывалось на стадии приготовления шихты при постоянном соотношении МnО/ZnО = 2,675. Концентрационный интервал по Fе2O3составлял 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 (см. рис. 1).

Рис. 1 Р(O2)-T фазовая диаграмма  с линиями режимов охлаждения (V, IX) и изоконцентратами γ=10*10-3и γ=1*10-3

Экспериментальные зависимости магнитной проницаемости µ0,2, магнитных потерь P0,2, максимальной магнитной индукции Вmax и намагниченности насыщения от содержания Fe2O3 для различных режимов обжига в вакууме приведены на рис.2. Для зависимостей µ0,2 характерны максимумы в области 52-54 мол. % Fe2O3, для зависимостей Вmax(ν) - максимумы в области 54-56 мол. % Fe2O3, а для зависимостей P(ν) - минимумы в области 52-55 мол. % Fe2O3. На концентрационных зависимостях магнитных потерь минимумы P0,2 при 25 °С расположены при больших содержаниях оксида железа, чем минимумы P0,2 при 100°С. Таким образом, существует предельное содержание Fe2O3 (52,5-54 мол. % в зависимости от окислительно-восстановительных условий), выше которого отрицательный температурный коэффициент магнитных потерь изменяется на положительный. Это обстоятельство является определяющим при выборе оптимального состава высокопроницаемых Mn-Zn-ферритов с отрицательным коэффициентом магнитных потерь.

Рис. 2 Свойства ферритов в зависимости от содержания Fe2O3

Величина σS при повышении содержания Fe2O3 во всем интервале 48-56,5 мол. % линейно возрастает. По мере увеличения степени окисленности условий термообработки величина σS снижается. Сравнивания полученные результаты с имеющимися литературными данными по влиянию кислородной нестехиометрии на свойства можем сделать вывод об их аналогии: изменение всех обсуждаемых свойств с увеличением содержания оксида железа аналогично их изменению при снижении содержания кислорода в ферритах.

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. 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. Известно, что зависимо­сти таких свойств, как магнитная проницаемость и магнитные поте­ри, могут быть 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.