МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУК УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Индивидуальная работа

по курсу „Материаловедение”

Проверил: Выполнил:

Кандидат хим. наук Студент группы ТТМ-09

Прилипко Ю.С. Максаков Николай

Содержание стр.

Реферат………………………………………………………………………….…4

Введение…………………………………………………………………………...5

1 Электромагнитные свойства ферритов………………………………………..7

1.1 Основные понятия о ферритах…………………………………………....9

1.2 Ферримагнетизм………………………………………………………….12

1.3 Магнитомягкие ферриты……………………………………………...…15

2 Спекание твердых тел…………………………………………………………15

2.1 Спекание однокомпонентных систем………………………………..…16

2.1.1 Механизмы транспорта вещества………………………………….18

2.1.1.1 Уплотнение порошкового тела…….…..…………………....22

2.2 Спекание многокомпонентных систем………………………………....23

2.2.1Системы с полной взаимной растворимостью компонентов……..23

2.2.2 Системы с ограниченной растворимостью компонентов………..26

2.3 Спекание пьезокерамики………………………………………………...27

2.4 Основные положения теории спекания………………………………....28

3 Макроскопическая и микроскопическая теории диэлектриков…………….30

3.1 Макроскопическая теория……………………………………………....30

3.2 Микроскопическая теория……………………………………………….36

4. Особенности доменной структуры сегнетоэлектриков…………………….39

4.1 Основные положения сегнетоэлектриков……………………………...40

4.2 Доменная микроструктура сегнетоэлектрика…………………………..41

5 Методы получения функциональных материалов…………………………..46

5.1 Керамическая технология…………………………………………….….47

5.1.1 Выбор и подготовка сырья……………………………………...49

5.2 Химические методы производства……………...………………………49

5.2.1 Метод совместного осаждения…………………………………….52

5.2.2 Полукерамический метод………………………………………....59

5.2.3 Распылительная сушка растворов………………………………...60

5.2.4 Криохимический метод…………………………………………....63

Индивидуальная задача..!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!........

Заключение……………………………………………………………………….65

Список использованной литературы…………………………………………...68

РЕФЕРАТ

В работе использовано, страниц – 70, источников – 12, рисунков – 26, таблиц – 1.

Цель работы – изучить структуру ферритов, и их электромагнитные свойства. Раскрыть понятия – ферримагнетизм и магнитомягкие ферриты. Изучить процесс спекания твердых тел и его разновидности, такие как спекание однокомпонентных и многокомпонентных систем, а так же основные положения теории спекания и спекание пьезокерамики. Раскрыть макроскопическую и микроскопическую теории диэлектриков. Изучить особенности доменной структуры сегнетоэлектриков и основные методы получения функциональных материалов.

КЕРАМИКА, ФЕРРИТЫ, СПЕКАНИЕ, ДИЭЛЕКТРИКИ, СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ, ПЬЕЗОКЕРАМИКА,

ВВЕДЕНИЕ

Трудно назвать область научной и инженерной деятельности, которая не пользовалась бы таким вниманием, как создание керамики. Существует Международная академия керамики, национальные керамические общества, старейшему из которых свыше 100 лет, проводятся всемирные конгрессы по керамике, созданы музеи керамики, издаются многочисленные научные и профессиональные журналы. Наконец, в 1987 году Г. Беднорцу и А. Мюллеру была присуждена Нобелевская премия за создание керамических сверхпроводников. Когда несколько лет назад средства массовой информации распространили прогноз о скором наступлении керамической эры, которая в истории человеческой цивилизации займет место, сопоставимое с каменным или бронзовым веком, все понимали гиперболичность такого сравнения. Но оно свидетельствовало о несомненном интересе к керамическим материалам и необходимости удовлетворить этот интерес, тем более что традиционный образ керамики, сложившийся в сознании каждого из нас, существенно отличается от того образа, который принято называть материалом будущего.

В мире современных материалов керамике принадлежит заметная роль, обусловленная широким диапазоном ее разнообразных физических и химических свойств. Керамика не окисляется и устойчива в более высокотемпературной области, чем металлы. У распространенных керамических материалов (оксидов алюминия, магния, тория) термическая устойчивость намного превышает устойчивость большинства сталей и сплавов. Модуль упругости керамических волокон на порядок выше, чем у металлов.

В семействе керамик легко можно найти материалы как с большими, так и малыми (даже отрицательными) значениями коэффициента термического расширения. Также широк спектр материалов, среди которых есть и диэлектрики, и полупроводники, и проводники (сравнимые по проводимости с металлами), и сверхпроводники. Важнейшими компонентами современной керамики являются оксиды алюминия, циркония, кремния, бериллия, титана, магния, нитриды кремния, бора, алюминия, карбиды кремния и бора, их твердые растворы и разнообразные композиты. Керамика отличается исключительным многообразием свойств по сравнению с другими материалами. Среди видов керамики всегда можно найти такие, которые с успехом заменяют металлы и полимеры, в частности сегнето-, пьезокерамика и ферриты.

За последнее время интерес к функциональной керамике настолько возрос, что можно говорить о своеобразном керамическом ренессансе как важнейшей тенденции современного материаловедения. Причины этого возрождения обусловлены многими обстоятельствами, и прежде всего возможностью создания новых материалов с необходимыми свойствами.

1 Электромагнитные свойства ферритов

1.1 Основные понятия о ферритах.

Ферриты – это ферримагнитная керамика, сочетающая в себе высокие магнитные свойства (ферримагнетизм) и высокое удельное электрическое сопротивление и, следовательно, низкие потери на вихревые токи. Это позволяет применять их в области высоких и СВЧ, т.е. там, где металлические магнитомягкие материалы применять уже нельзя.

Ферриты представляют собой сложные системы оксидов железа и двухвалентного (реже одновалентного) металла, имеющие общую формулу MeO*Fe₂O₃. В качестве металла применяют Ni, Mn, Co, Fe, Zn, Cd, Li и др., которые и дают название ферриту. Например, NiO*Fe₂O₃ – никелевый феррит, ZnO*Fe₂O₃ – цинковый феррит. Применяющиеся в технике ферриты называют также оксиферами. В последнее время широко применяют ферриты с общей формулой 3Me₂O₃*5Fe₂O₃ (где Ме – двух- или трехвалентный металл).

Свойства ферритов и соответственно изделий из них сильно зависят от их состава и технологии получения. В промышленности используют наиболее простую технологию, которая заключается в спекании оксидов при повышенной температуре. В подготовленный ферритовый порошок, состоящий из обожженных оксидов соответствующих металлов, тонко измельченных и тщательно перемешанных, добавляют пластификатор (обычно раствор поливинилового спирта), из полученной массы под большим давлением прессуют изделия требуемой формы и обжигают их при температуре 1100 – 1400^оС. В процессе обжига и формируется феррит, представляющий собой твердый раствор оксидов. При этом происходит усадка, которая может составлять 10 – 20%. Очень важно, чтобы обжиг происходил в окислительной атмосфере (обычно в воздухе). Присутствие даже небольшого количества водорода может вызвать частичное восстановление оксидов, что приведет к увеличению магнитных потерь. Полученные ферритовые изделия являются твердыми, хрупкими и не позволяют производить какую-либо механическую обработку, кроме шлифования и полирования[1].

Ферриты имеют гранецентрированную плотно упакованную кристаллическую решетку, в которой ионы кислорода образуют тетраэдры и октаэдры. В центре тетраэдра располагается ион металла. Если этим ионом является Fe²⁺, материал обладает магнитными свойствами. Примером таких материалов могут служить никелевый (NiO*Fe₂O₃) и марганцевый (MnO*Fe₂O₃) ферриты. Если этим ионом является Zn²⁺ или Cd²⁺, образуется немагнитный цинковый (ZnO*Fe₂O₃) или кадмиевый (CdO*Fe₂O₃) феррит. Указанные явления объясняются тем, что в ферритах между магнитными моментами соседних атомов осуществляется косвенное обменное взаимодействие, которое приводит к их антипараллельной ориентации. В связи с этим в магнитном отношении кристаллическую решетку ферритов можно представить как состоящую из двух подрешеток, имеющих противоположные направления магнитных моментов ионов (атомов). В магнитном феррите намагниченность подрешеток не одинакова, в результате чего возникает суммарная спонтанная намагниченность, а в немагнитном феррите суммарная намагниченность равна нулю.

К магнитомягким ферритам в первую очередь относятся две группы ферритов: никель-цинковые (NiO – ZnO – Fe₂O₃) и марганец-цинковые (MnO – ZnO – Fe₂O₃) представляющие собой трехкомпонентные системы.

В основу маркировки магнитомягких ферритов положена величина на-чальной магнитной проницаемости. Первое число в обозначении марки феррита указывает номинальное значение M_н. Следующая за ним буква Н или В обозначает низкочастотный или высокочастотный материал. Далее следует буква, указывающая на состав феррита: Н – никель-цинковый, М – марганец-цинковый. Например, марка 2000НМ означает низкочастотный марганец-цинковый феррит с M_н = 2000[2].

В ряде случаев в конце маркировки добавляют букву, которая указывает на область преимущественного использования данной марки феррита: С – в сильных полях, П – в контурах, перестраиваемых подмагничиванием, Т – для магнитных головок, РП – для радиопоглощающих устройств.

Специальные индексы в маркировке этих ферритов – цифры 1, 2 и 3, которые ставятся в конце обозначения, означают различия в свойствах.

Основные недостатки ферритов – трудность получения точных размеров изделий из-за большой усадки при обжиге (до 20%), недостаточно высокая воспроизводимость магнитных свойств, невысокие значения индукции насыщения и температуры Кюри, невысокая стабильность магнитных параметров во времени [3].