Способ получения керамического материала на основе оксидов бария и титана для пластин магнитных головок

 

Использование: для изготовления диэлектрических пластин магнитных головок, Сущность изобретения: смешивают водные растворы хлоридов бария и титана при мольном соотношении TiCU :ВаС12 (6-15):1. Полученную смесь распыляют под давлением 1,2-3,0 атм над поверхностью водного раствора аммиака при мольном соотношении NH/iOH: 2BaCl2 + TtCk (4,5-6.0):1. Полученный осадок отделяют от маточного раствора, промывают и прокаливают. Полученный керамический материал имеет следующие характеристики: макропористость 4-4,5%, размер пор 6 мкм, микротвердость - 800-820 кг/мм2. 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 04 В 35/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

0 (Ю

1 м (21) 4852818/26 (22) 19.07.90 (46) 15.10.92. Бюл. N. 38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт реактивов и химически чистых материалов для электронной техники, Всесоюзный научно-исследовательский институт Гириконд" и Всесоюзный научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ (72) Т.Ф,Лимарь, Ю.А,Каган, Л.А,Шепеленко, В,Г.Старенченко, Б.И.Кислов, Е.А.Ненашева, Л.А,Ромадина, Г.P.Àëàõâåðäîâ, В.В.Белов и А.Е.Досовицкий (56) Патент Японии

N 22949/87, кл. С 04 В 35/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 558811668811, кл. С 04 В 35/46, 1987, Патент Японии

N. 52 23766, кл. С 04 В 35/00, 1952.

Авторское свидетельство СССР

N 1644460, кл. С 04 В 35/46, 1988.

Изобретение относится к получению порошковых материалов систем ВаΠ— Ti02, предназначенныхдля изготовления диэлектрических пластин магнитных головок.

Материалы системы ВаО = TiOz наиболее удовлетворяют требованиям к диэлектрической конструкционной керамике в магнитнь)х головках, а именно: керамика должна иметь коэффициент термического расширения (Ка), согласующийся с коэффициентом термического расширения магнитного сердечника (преимущественно из. никель-цинкового феррита), обладать определенной микротвердостью(800 кгlмм2), малой микропористостью (< 6%) и размером зерен (< 6 мкм). Широко известны

„„5U „„1768562 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ

БАРИЯ И ТИТАНАДЛЯ ПЛАСТИН МАГНИТНЫХ ГОЛОВОК (57) Использование: для изготовления диэлектрических пластин магнитных головок, Сущность изобретения; смешивают водные растворы хлоридов бария и титана при мольном соотношении TiCI4 .BaClz =(6-15):1.

Полученную смесь распыляют под давлением 1,2 — 3,0 атм над поверхностью водного раствора аммиака при мольном соотношении NH40H: ХВаС!2 + TiC4 = (4,5-6.0):1.

Полученный осадок отделяют от маточного раствора, промывают и прокаливают. Полученный керамический материал имеет следующие характеристики: макропористость

4 — 4,5%, размер пор 6 мкм, микротвердость — 800 — 820 кгlмм . 1 табл, керамические способы получения таких материалов, основанные на механическом смешении: карбоната бария с диоксидом титана, тетратитаната бария с диоксидом титана и с другими оксидами, дибариевого нонатитаната с диоксидом титана, Указанные смеси подвергают длительному помолу и прокаливают. Перечисленные способы обладают существенным недостатком: они включают продолжительные операции помола и смешения, во время которых продукты загрязняются примесями из мелящих тел. Это приводит к появлению раковин и вкраплений на поверхности керамики и, тем самым, к колебаниям плотности, микропористости, величины Кд, т.е, свойств,,наибо1768562 лее важных для пластин магнитных головок.

При этом ухудшаются эксплуатационные свойства и износостойкость головок.

Известен способ, включающий механическое смешение и помол дибариевого нонатита ната с диоксидом титана с последующим формованием и обжигом смеси, в котором, с целью повьпцения механической проч1ГостИ " и снижения микропористоСти материала, используют дибариевый нонатитайат", полученный хи-. мически1и осаждениеМ." - ": .«L

Способ обйсйечивает получение продукта с соответствующими характеристиками и наиболее близок к заявляемому по достигаемому результату.

Указанный способ имеет существенные недостатки, связанные с многостадийностью(способ включаетотдельное получение дибариевого нонатитаната, предусматривающее осаждение ДБНТ из смеси хлористых солей Ва и Ti аммиаком с последующей отмывкой осадка, сушкой, прокалкой, помолом продукта), с длительностью (многочасовое совместное измельчение компонентов и помол смеси), с выской температурой прокалки смеси.

Целью заявляемого изобретения является сокращение длительности процесса и снижение энергоемкости процесса. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем приготовление смеси барий- и титаносодержащих компонентов с последующей ее термообработкой,. готовят смесь растворов хлористых солей бария и титана, взятые в молярном отношении TiCI4/BaClz = 6:15 с последующим распылением смеси под давлением 1,2-3 атм над поверхностью аммиака при молярном соотношении NH<0H/ Х ВаС 2 + TiCI4. =

=4,5:6.

Заявляемая совокупность признаков обеспечивает получение продукта с характеристиками, необходимыми для его использования в качестве материала для магнитных головок (микропористостью

2 6%, микротвердостью 800 кг/мм, коэффициентом термического расширения

Ка = 90 — 110 кг/мм ).

При этом по сравнению с прототипом исключается необходимость предварительного получения ДБНТ, исключаются длительные стадии измельчения и помола смеси ДБНТ с Т! 02, сопровождающиеся пылевыделением и приводящие к загрязнению продукта, снижается температура спекания керамики.

Известен прием распыления водных растворов солей, используемых для получения материалов на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) и ферритов бария, стронция, кальция, Распылительный гидролиз создает сферические частицы в осадке и обеспечивает полноту осаждения компонентов. Это же явление возникает и в заявляемом способе. Однако условия осуществления этого приема, где предусмотрено использование аммиака с одновременным пропусканием углекислого газа, не позволяют получать гомогенные осадки, так как барий, не успев поглотиться гидроксидом титана, переходит в карбонат ВаСОз.

10

В предлагаемом способе проявляется способность бария и титана в заявляемых условиях одновременно сросаждаться аммиаком уже в газовой фазе. При этом достигается образование сферических плотных частиц размером 0,5 — 500 мкм, не захватывающих маточник, содержащий NH4CI. 3а счет этого и повышается скорость фильтрации и отмывки осадков от хлор-ионов. После прокалки получается порошок, состав и дисперсность которого исключают колебания плотности, микропористости, микротвердости и величины Ka .

В результате известные приемы и новые условия их проведения впервые позволяют в едином процессе получить материал, пригодный для пластин магнитных головок высокого качества, Пример. Готовят растворы четыреххлористого титана с концентрацией 1,146

30 моль/л и хлористого бария с концентрацией

0,83 моль/л, Эти растворы смешиваются в держивают равным 4,5. Размер распыляемых капель 0,5 мкм соответствует размеру частиц осадка (определяется под микроскопом), Полученный осадок отфильтровывают, отмывают водой от хлор-ионов, прокаливают при 900 — 950 С и подвергают 10 — 15 минутной дезагрегации.

По данным рентгенофазового анализа в состав полученного продукта входит гомогенная смесь пентатитаната бария BaTisO>> и диоксида титана TIOz в форме рутила. Соотношение TI0z/ВаО соответствует заданному. Содержание примесей Fe, Mg, AI, SI, Pb менее 0 02% каждого элемента.

Последующие примеры выполнялись также, изменялись только соотношения

55 объемах 2,84 л и 0,314 л из расчета на мольное соотношение Ti /Ba =12,5. В реактор распылительного гидролиза заливают1,12 л

40 25 аммиака и столько же воды. Сюда же под давлением 1,2 атм через пневматическую форсунку, расположенную в- крышке реактора, подают смесь растворов, мольное соотношение МН4ОН/ Х BaClz+ Т!С!4 под6

1768562

Условия получения материала системы Вао-Tio, Лля диЬ электрических магнитных головок г1олярное отношение

Свойства керамики

Объем

25 о, л

Размер частиц осадка, мкм

Да вле" ние, атм

1 ° 10 град

ИН/ОН/ВаС1 + TiCQ

TiC1g/ВаС1 микротвер" дость г/ммз микро- размер порис- пор, тость, мкм

6

6

4,5

6

8

4,5

6

6 5

1,2 600

1,2 500

1,4 400

4оо

1,2 500

1,2 500

1,2 400

1,2 300

1,2 600

1,2 400

2,0 100

3>0 1-10

4,0 0,5

1>0 1000

4,0 0,5

3,0 О 5 10

z

4

6

8

11

12

13

14

8оо

8zo

8оо

8оо

920

86

96

96

»о

98

92

96

98

96

4-4,5

4-6

5-6,5

5-6,5

5-6,5

5-5,5

4-5

4-4,5

5-6

6 сб

«<6 6

8 12 6

"-5

6 с 6 сб

4,5

7,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

1z,5

12,5

12>5

12,5

12,5

12,5

1,50

1, 4п

1,40

1,50

1,50

1,12

1,z4

1,49

0 5

2,2

1,12

1,49

1,49

1,49

1,24

1,25

4-4,5

820 с6 компонентов и давление на раСпыление, Данные исследований приведены в таблице. При других концентрациях делается пересчет объемов растворов при соблюдении заданных соотношений компонентов и давление на распыление. Данные исследований приведены в таблице. При других концентрациях делается пересчет объемов растворов при соблюдении заданных соотношений компонентов. !

/!з данных видно, что величины Ка =

=(90-110) 10 град " можно достигнуть при соотношении Т!02/BaO 6 (вплоть до 15).

При этом наиболее благоприятное значение

Ка = (96 + 5) 10 град при наилучшей микропористости 4 — 4,5% и размере по!1

6 мкм, при микротвердости 820 кг/MM достигается при отношении TIOz/ВаО =

=12,5 + 1,0. При мольном отношении

TiOz/BaO менее 6 и более 15 резко ухудшаются свойства керамики. Если отношение

NH40H/ÂàÑlz+ TiCI4 менее 4,5, то не обеспечивается нужный рН и осаждается гидроксид титана с малой примесью бария. После прокалки порошок не спекается. Если это отношение выше 6, то свойства не улучшаются, а происходит излишний расход аммиака. При давлении сжатого воздуха на распыление менее 1,2 атм образуются крупные капли и, соответственно, частицы в осадке с размером более 500 мкм. При этом прочность гидроксидного слоя, образующегося в газовой фазе, недостаточна, и при соприкосновении с раствором осадителя происходит его разрушение с захватом маточника, содержащего хлорид-ионы. При давлении на распыление более 3 атм образуются очень мелкие частицы (менее 0,5 мкм), склонные к агрегированию, также с

5 захватом хлористого аммония из маточника. В обоих случаях резко снижается скорость фильтрации и отмывки осадков от хлор-ионов и одновременно ухудшаются свойства керамики.

10 Таким образом, по сравнению с прототипом способ позволит при сохранении высокого качества керамики сократить длительность процесса с 68 ч до 18 ч. снизить энергоемкость процесса за счет исклю15 чения операции прокаливания ДБНТ и снижения температуры прокаливания на стадии получения конечного продукта с

1200 С до 900 — 950 С, повысить эксплуатационные свойства керамики.

20 Формула изобретения

Способ получения керамического материала на основе оксидов бария и титана для пластин магнитных головок, включающий смешение водных растворов хлоридов ба25 рия и титана, обработку смешанного раствора водным раствором аммиака, отделение, промывку и прокаливание образовашегося осадка, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности процесса

30 и снижения его энергоемкости, смешение раствора ведут при молярном соотношении

TICI4:BaClz = (6 — 15):1, а обработку смешанного раствора осуществляют его распылением под давлением 1,2-3,0 атм над

35 поверхностью раствора аммиака при молярном соотношении NH40H; Z ВаС!2+ Т!О4 =

=(4,5 — 6,0):1.

1768562

Продолжение таблицы

Условия получения материала системы ВаО"TiO, для ди"

4, электрических магнитных головок

Свойства керамики

Моля ряое "отношение

Vtf пп k 0 .град /

TiCl q/ВаС1 NHqOH/ВаС1 + TiCQ микро" размер порис- пор, тость мкм

1,О 1000

3,0 0,5-10 4-5

3,0 0,5«10 4-5

1,2 700 7«8

500-600 - :

:П р и м е ч а н и е, Из порошков, полученных в опытах 9,13,14,15,17 и по прототиу, керамику спечь не удалось.

« О

25

35

50

Составитель Т. Лимарь

Техред М.Моргентал Корректор В. Петраш

Редактор

Заказ 3618 Тираж 341 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Произвддственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

17 " 12 5 .18 11,5

19 13 5

20 . - 16

Прототип 4,0

5

5

Объем

253, л

1>24

1,24

1,24

1,50

0,6

Давление, атм

Размер частиц осадка, мкм в6 с6 р12 микротвердость г/ммз

820 96

800 93

800 120