способ получения мелкодисперсных порошковых материалов

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.

Описание изобретения к патенту

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.