Анализ существующих методов получения порошков РЭМ показывает, что
технологические процессы включают в себя большое количество операций и
переходов, что приводит к значительной трудоемкости и большому числу
нерегулируемых факторов в технологии, затрудняя воспроизводимость
характеристик материалов. Для получения ферритовых порошков по оксидной
технологии требуется пять операций: смешивание, мокрый помол, сушка,
предварительный обжиг и второй помол. В особо ответственных случаях
(материалы для СВЧ техники, магнитной видео- и звукозаписи и т. п.) в
технологию включается дополнительно брикетирование, повторный обжиг,
два, три измельчения в разных средах, и число операций и переходов
возрастает до 13 с общей продолжительностью до 60 ч.
Внимание технологов все больше привлекают прямые методы получения
синтезированных композиций из исходных материалов. К ним относится метод
сжигания растворов азотнокисых солей в высокотемпературном газовом
потоке (рис. 1.4). Приготовленная смесь растворов впрыскивается в
горячую камеру, в которой происходит синтез материала непосредственно из
капель раствора; полученный продукт собирают в специальный сборник.
Впервые об этом методе сообщалось в 1956 г.; в 60—70 гг. метод
воспроизведен и опробован МВТУ им. Н. Э. Баумана совместно с
промышленными предприятиями. Схема установки для реализации такого
процесса (рис. 1.5) состоит из пяти основных частей: смесителя
газовоздушной смеси /, узла подачи и распыления раствора 2, камеры
сжигания 4, бака-улавливателя 6 и пульта управления 12.
Смеситель газововоздушной смеси 1 служит для приготовления горячей смеси
природного газа и воздуха. Контроль и регулирование их количеств
осуществляется расходными ротаметрами 13 и 14 соответственно РС-5 и
РС-7. Подаваемый для смеси сжатый воздух проходит предварительную
очистку от воды, масла и механических включений в специальной
фильтровальной установке 15. Варьированием соотношения газа и воздуха
обеспечивается необходимый коэффициент избытка окислителя (КИ),
характеризующий окислительно-восетановительную среду в камере сжигания,
необходимую для синтеза получаемого материала. Узел подачи и распыления
раствора включает в себя расходную емкость 7, трубопроводы и форсунку 2.
В расходной емкости создается небольшое избыточное давление сжатого
воздуха («20 кПа), обеспечивающего подачу раствора на форсунку через
расходный ротаметр PC-3 (S). Расход сжатого воздуха на пневматическую
форсунку контролируется и регулируется редуктором с манометром 11, 10.
Аналогично это сделано и для воздуха, подаваемого в расходную емкость.
Форсунка обеспечивает необходимую дисперсность капель и расход раствора,
определяющих условия термического разложения солей в камере сжигания.
Камера сжигания 4 — проточный реактор вытеснения непрерывного действия—
служит для воспламенения углеводородовоздушной смеси, распыления
раствора, его испарения, дегидратации, термического разложения и
предварительной ферритизации синтезируемого материала при температурах
800—1000°С (1073—1273 К). Весь процесс длится несколько секунд.
Конструктивно камера выполнена в виде трубы, состоящей из двух частей:
из керамики (собственно камера сжигания) и нержавеющей стали (для отвода
и охлаждения частиц). Температура и степень разрежения в камере
регулируются соответственно потенциометром 3 группы ПП и U-образным
манометром 9. Бак-улавливатель служит для сбора твердых частиц и
выполнен из магнитной стали, а днище — из нержавеющей немагнитной стали,
под которым расположены магниты для улавливания порошка. Температура в
баке контролируется прибором 5. Вентиляция обеспечивает необходимое
разрежение в системе и удаление отходящих паров и газов в атмосферу.
Синтезированные композиции получают прямым методом непосредственно из
раствора: в одной установке происходят процессы смещения, распыления,
дегидратации, термического разложения и измельчения. В определенных
условиях конструкция установки может быть значительно упрощена, если в
качестве растворителя и топлива использовать горючую жидкость, например
этиловый спирт. Такой вариант конструкции был испытан и показал свою
работоспособность. Возможно также применение специальной муфельной печи
с электрическим нагревом.
Степень дисперсности капель определяет дисперсность получаемого порошка,
т. е. распылитель осуществляет как бы помол образующихся из капель
твердых частиц.
Исходными материалами могут быть в принципе любые растворимые соли, но
предпочтение следует отдать азотно-кислым, так как они имеют низкую
температуру начала термического разложения, равную 400—600 °С (673— 873
К).
Основное достоинство метода заключается в простоте
и надежности аппаратурного оформления; резком сокращении длительности
технологического процесса и числа оборудования; автоматизации работы
установок с возможностью активного регулирования качественных
показателей получаемых продуктов.
Подобно можно описать зависимости степени
предварительной ферритиза-ции, удельной свободной поверхностной энергии
порошков, плотности спеченных изделий и др.
Метод сжигания растворов позволяет получать мелкодисперсные порошки
0,1—1 мкм с широким регулированием размеров и формы частиц. Характерно,
что частицы имеют сильно развитую поверхность с большим количеством
дефектов структуры, а это придает им высокую активность при спекании.
Однако порошки имеют малую насыпную массу, плохо смачиваются ПВС, при
прессовании образуются трещины и расслаиваются заготовки, во время
спекания они более склонны к аномальному росту зерен при
рекристаллизации. Дополнительная дезагрегация порошков и получение
пластифицированных пресс-порошков методом распылительной сушки в
значительной степени нивелируют указанные недостатки. Наибольшую
эффективность эти порошки дают при горячем прессовании. В настоящее
время не решен вопрос нейтрализации и утилизации отходящих окислов азота
в методе сжигания растворов азотнокислых солей. Это сдерживает
промышленное использование метода.
Плазмохимический метод в определенной степени аналогичен предыдущему, но
шихта нагревается до более высоких температур. При изменении скорости
плазменной струи изменяются морфологические характеристики шихты,
обеспечивая эффект, в определенном смысле аналогичный размолу в струйной
мельнице. При криохимическом методе распыление растворов солей
производится в жидкий, несмешивающийся с растворителем хладоагент с
получением сферических гранул. Затем растворитель из продукта удаляют с
помощью сублимации (возгонки) льда при низких температурах, не
превышающих температуру плавления криогранул. Шенитный метод является
бездиффузионным, при котором твердые растворы оксидов образуются из
смеси солей типа шенитов непосредственно при термическом
разложении. Можно получать высокую однородность смеси при относительно
низких температурах.
Эти методы получения порошков РЭМ имеют свои преимущества и недостатки,
но при соответствующей доработке могут оказаться полезными [11].