文档介绍：第二讲固相反应
《铁氧体生产工艺技术》
教学目标:
了解铁氧体的固相反应过程,基本掌握欲使固相反应完全、烧结时间缩短应采取的措施。
职业技能教学点:
1、固相反应的基理及过程,
2、固相反应的简化模型分析,
3、添加剂的种类及作用。
教学设计:
复习——讲授——小结——作业布置
教学手段:
课堂讲授
《铁氧体生产工艺技术》
复习上次课重点:
1、铁氧体磁性材料的分类,
2、铁氧体磁性材料主要生产工艺流程,
3、影响原料活性的因素:A、形貌,B、结构,预烧温度。
新课教学
§1、2 固相反应
大量生产的是多晶铁氧体,它的制造工艺与陶瓷粉末冶金工艺相似,其基本工艺流程如下:
《铁氧体生产工艺技术》
配料(一次)(A)混合预烧(初步固相反应)→备料(B)成型→烧结→加工→检测包装
(A)包括氧化物法、盐类分解法、化学共沉淀法、喷雾热分解法、溶液—凝胶法等。
(B)包括干压法、磁场成型法、注浆法、热压法等。
但是,不管制备方法怎么变化,除粘结铁氧体外,所有的铁氧体的制备都必须经过烧结,固相反应。
即产品在烧结前基本是各种金属氧化物的机械混合物,烧结后生成新的复合氧化物,即铁氧体。
一般产品的烧结温度比各原料的熔点低,约为铁氧体熔点的80~90%,
即: T烧结=(—)T熔点(0C)
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一、概念
固相反应:是固体粉末间(多相成分)
在低于熔化温度下的化学反应,
它是由参与反应的离子或分子经过热扩散而生成新的固熔体。
固相反应是烧结中的一种形式,基本上是在预烧过程中进行的。直到今天,铁氧体的制造均是两次烧结,一次是化工原料配方后进行一次预烧,初步固相反应,二次是在成型后进行烧结,使之充分铁氧体化。
二、固相反应的过程
固相反应与温度密切相关。
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铁氧体产品在高温下发生固相反应
《铁氧体生产工艺技术》
下面以ZnFe2O4的生成为例进行说明:
1、表面接触期(T<3000C):无离子扩散,晶格结构无变化。
2、形成表面孪晶期(300—4000C):颗粒表面质点相互作用形成表面分子膜(假分子或孪晶),随着温度升高,孪晶数增加。
3、孪晶发展与巩固期(400—5000C):假分子结合强度进一步加强,少数金属离子发生扩散至表面,表面离子接触构成新的表面分子,但该阶段尚无明显的新相生成。
4、全面扩散期(500—6000C):表面与内部的Zn2+,Fe3+充分扩散形成固熔体,产生晶格畸变,但尚在固熔度范围内,无新相(ZnFe2O4)出现。
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5、反应结晶产物形成期(600—7500C):新相出现,形成晶粒,密度提高。(开始析出锌铁氧体晶粒)
6、形成化合物的晶格校正期(>7500C):修正结构缺陷,晶粒长大,密度大大上升(扩散加速进行,晶格缺陷消失成为正常尖晶石结构)。一般固相反应完成后,约有90—95%的原始粉料已生成新相,新相出现的温度与反应达完成的温度有可能相差甚远,如:
NiO+Fe2O3 600~8000C NiFe2O4 1100~12000C达反应完成
三、固相反应的简化模型分析
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以MgO+Al2O3=MgAl2O4生成反应为例:
1、假设
(1)氧离子未参与扩散过程
(2)Mg2+,Al3+以3:2的比例进行相反方向的扩散
进入氧离子晶格间隙,形成MgAl2O4,如果在原接触界面做一标志,则在界面两边按1:3的比例形成MgAl2O4相,这种离子扩散机制称为Wagner机制。
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(3)反应产物无限薄
欲使化学反应完成,烧结时间缩短,需考虑以下因素:
(1)粉料愈细反应速度愈快。
通常用机械球磨粒度约1—5μm,化学共沉淀法制得的粉料粒度有可能更细。
(2)粉末间接触面积越大越好。
为此,增大成型压力(提高坯件密度)
或采用二次球磨工艺(混合球磨→预烧→再球磨)时,将进行预烧后的粉料先预压成块状或造粒。
(3)降低激活能,增进原料的活性
采用高纯原料往往需要提高烧结温度。
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