Способ получения мелкодисперсных порошковых материалов

 

Изобретение относится к порошковой металлургии. Сущность изобретения заключается в том, что в раствор сернокислых солей Fe, Zn и Ni, используемого для получения никель-цинкового феррита, имеющего стехиометрический состав 1: 64: 0,36, добавляют 10%-ный раствор карбоната аммония (NH₄)₂CO₃ . Диспергирование на капли размером 0,05-0,3 мм, замораживание ведут в жидком азоте, сублимационную сушку - обезвоживание - проводят при температуре нагревателя 50-80°С, температуре десублиматора (-60)°С и давлении в аппарате 0,2 мм рт. ст. , термолиз (NH₄)₂CO₃ проходит при температуре 58-60°С. Удельная поверхность сублимированного порошка, замороженного с карбонатом аммония 6,8 м²/г.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ферритовых порошков криохимическим методом, и может быть использовано в радиоэлектронной, химической и других отраслях промышленности, где применяется криохимический метод получения порошковых материалов с высокой химической и гранулометрической однородностью.

Известен керамический метод получения многокомпонентных материалов, при котором твердые ферритообразующие компоненты подвергают механической гомогенизации и затем спекают. Однако он имеет недостатки, связанные с невоспроизводимостью магнитных свойств ферритов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является криохимический метод получения ферритовых материалов, содержащий операции приготовления исходного раствора ферритообразующих компонентов, его диспергирование, замораживание, сублимационное обезвоживание и при необходимости термическое разложение. Суть данного способа заключается в том, что сначала готовят водно-солевой раствор, например водный раствор сернокислых солей железа (II), цинка и никеля в определенном соотношении, затем производят его диспергирование на капли и их замораживание в жидком азоте или вакууме. Замороженные криогранулы подвергают сублимационной сушке, при которой происходит возгонка растворителя (воды). Затем проводят термическое разложение (термолиз) сублимированных сернокислых солей до оксидов и их ферритизацию, в результате чего получается ферритовый порошок, отвечающий по катионному составу первоначально смешанным растворам ферритообразующих компонентов.

При этом качество продукта оказывается тем выше, чем больше дисперсность солей, полученных в результате сублимации льда из замороженного раствора. Важно подчеркнуть, что сублимированные соли сами по себе используются, например, в быстропротекающих гетерогенных процессах с эффектом, пропорциональным их дисперсности.

Недостатком этого способа является то, что управление структурой сублимированных солей производится только за счет варьирования режимных параметров процесса (скорости замораживания и конечной температуры и кинетики процесса сублимационного обезвоживания) и ими же определяется, поэтому формирование более тонкой структуры материала ограничено технологическими параметрами процеccа.

Целью изобретения является повышение дисперсности порошковых материалов.

Указанная цель достигается тем, что в раствор целевого продукта вводится вспомогательный компонент, имеющий температуру термического разложения более низкую, чем температура разложения любого из компонентов целевого продукта, и разлагающийся при термолизе с образованием газообразных составляющих и после сублимационной сушки целевого продукта проводят термическое разложение вспомогательного компонента.

Суть предлагаемого способа можно пояснить следующими соображениями: если в определенном количестве приготовленного раствора кристаллы солей целевого продукта при замораживании (криокристаллизации) занимают определенный объем, равномерно распределяясь по объему в каждой из диспергированных капель, то при введении в раствор вспомогательного компонента, в том же объеме капли распределяются кристаллиты целевого продукта и вспомогательного компонента, следовательно, размер кристаллитов солей целевого продукта при тех же технологических параметрах процессов диспергирования и замораживания будет меньше. Задача удаления сухой соли вспомогательного компонента легко решается, если последний имеет более низкую температуру разложения, чем компоненты (соли) целевого продукта, и при его термолизе образуются газообразные составляющие, которые эвакуируются с водяным паром на конденсатор при помощи откачной системы сублимационного оборудования.

П р и м е р 1. В раствор сернокислых солей Fe, Zn и Ni, используемого для получения никель-цинкового феррита марки 1000НТ, имеющим стехиометрический состав 1: 0,64: 0,36, добавлен 10% -ный раствор карбоната аммония (NH₄)₂CO₃. Диспергирование на капли размером 0,05-0,3 мм. Замораживание в жидком азоте 77К. Сублимационное обезвоживание t нагревателя 50-80^оС, t десублиматора минус 60^оС, давление в аппарате 0,2 мм рт.ст. Термолиз вспомогательного компонента (NH₄)₂СO₃ 2NH+H₂O+CO Удельная поверхность сублимированного порошка (солей целевого продукта, замороженного без вспомогательного компонента) 5,5 м²/г и замороженного с карбонатом аммония 6,8 м²/г.

П р и м е р 2. В водный раствор сернокислых солей для приготовления феррита марки 1000 НТ добавлен 5%-ный раствор гидрокарбоната аммония. Диспергирование на капли размером 0,3-1,0 мм. Замораживание за счет испарения паров воды с поверхности капель в вакууме (давление в аппарате 0,1 мм рт. ст.). Сублимационное обезвоживание: t нагревателя 50-100^оС, t десублиматора 77 К, давление в аппарате 0,1 мм рт.ст. Термолиз вспомогательного компонента NH₄HCO₃ NH+H₂O+CO Удельная поверхность сублимированного порошка (солей целевого продукта), замороженного без вспомогательного компонента 6,3 м²/г и замороженного гидрокарбонатом аммония 7,1 м²/г.

П р и м е р 3. В раствор сернокислых солей Fe, Zn и Ni, используемого для получения никель-цинкового феррита марки 1800 НТ, имеющего стехиометрический состав 1: 0,66:0,33, добавлен 15%-ный раствор перхлората аммония NH₄ClO₄. Диспергирование на капли размером 0,3-1,0 мм. Замораживание за счет испарения паров воды с поверхности капель в вакууме (давление в аппарате 0,1 мм рт.ст.). Сублимационное обезвоживание t нагревателя 80-300^оС, t десублиматора минус 60-70^оС, давление в аппарате 0,1 мм рт.ст. Термолиз вспомогательного компонента NH₄ClO₄ NH+HCl+2O Удельная поверхность сублимированного порошка (солей целевого продукта), замороженного без вспомогательного компонента 6,6 м²/г и замороженного с перхлоратом аммония 10 м²/г.

В приведенных примерах термолиз вспомогательного компонента позволяет увеличить удельную поверхность сублимированных порошковых материалов на 10-50% и за счет этого повысить дисперсность солей целевого продукта при криохимическом методе синтеза многокомпонентных порошков. Кроме того, повышение дисперсности солевых сублимированных порошков позволяет активизировать процесс термического разложения и в конечном счете выходные параметры ферритовых изделий. Повышение дисперсности сублимированных порошков позволяет улучшить технические характеристики материалов, для которых сублимационное обезвоживание является конечной технологической стадией.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий приготовление исходного раствора солей компонентов материала, его диспергирование, замораживание и сублимационную сушку, отличающийся тем, что в раствор вводят вспомогательный компонент с температурой разложения ниже температуры разложения соли любого из компонентов материала, разлагающийся при термолизе с образованием газообразных соединений, и после сублимационной сушки проводят термическое разложение вспомогательного материала.