📄Работа №200979
Тема: ПОЛУЧЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ФЕРРИТОВ ЛИТИЕВОЙ ГРУППЫ ПРИ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Тип работы
Диссертация
Предмет
физика
Объем:
311 листов
Год:
2019
Просмотров:
58
700
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 6
Глава 1 Структура, свойства и получение ферритов 15
1.1 Кристаллическая структура ферритов-шпинелей 15
1.2 Магнитные свойства ферритов 20
1.3 Электрические свойства ферритов 23
1.4 Методы получения ферритовых материалов 25
1.4.1 Керамический способ получения ферритов 25
1.4.2 Методы химической гомогенизации 29
1.4.3 Активационные методы получения ферритов 30
1.5 Механическая активация материалов 31
1.5.1 Механизмы дефектообразования при механическом измельчении в
планетарных мельницах 31
1.5.2 Использование механической активации для получения ферритов 34
1.6 Действие радиационно-термического нагрева на протекание твердофазных
взаимодействий в оксидных и ферритовых материалах 36
1.7 Твердофазные процессы 41
1.7.1 Кинетические модели твердофазных взаимодействий 41
1.7.2 Особенности твердофазных превращений в литиевых ферритовых системах 45
1.8 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 46
Глава 2 Методика проведения экспериментов 50
2.1 Изготовление экспериментальных образцов 50
2.2 Механическая обработка порошков в шаровых мельницах 50
2.3 Термический нагрев 52
2.4 Радиационно-термический нагрев 52
2.4.1 Методика проведения эксперимента 52
2.4.2 Измерение температуры в мощных пучках ускоренных электронов 56
2.5 Рентгеновская дифрактометрия 58
2.5.1 Методика рентгенофазового анализа 58
2.5.2 Рентгенофазовый анализ литиевых и литий-замещенных ферритов 62
2.6 Термогравиметрия и дифференциально-сканирующая калориметрия 65
2.6.1 Методика термического анализа 65
2.6.2 Кинетический анализ с помощью термогравиметрических измерений 68
2.6.3 Разработка метода контроля гомогенности и фазового состава ферритов с помощью термомагнитометрических измерений 71
2.7 Исследование микроструктуры ферритов методами Брунауэра-Эммета-
Теллера, лазерной дифракции и микроскопии 80
2.8 Измерение плотности и пористости ферритовых образцов 81
2.9 Измерения электромагнитных свойств образцов 81
2.9.1 Методика измерения электрической проводимости 81
2.9.2 Методика измерения магнитных свойств 83
2.10 Выводы по главе 2 84
Глава 3 Твердофазное взаимодействие в системах ГегОз-ЫгСОз, ГегОз-
LiiCCh-ZnO, ГегОз-ЫгСОз-ТЮг при термическом нагреве 86
3.1 Микроструктурный и термический анализы компонентов реакционных
смесей 86
3.1.1 Рентгенофазовый анализ исходных порошков 86
3.1.2 Микроструктурный анализ исходных порошков 88
3.1.3 Термический анализ исходных порошков 93
3.2 Термический анализ порошковых смесей при неизотермическом нагреве 95
3.2.1 Система ТегОз-ПгСОз (1:1) 95
3.2.2 Система ТегОз-ЫгСОз (5:1) 99
3.2.3 СистемаТе2Оз-1л2СОз-/пО 112
3.2.4 Система Fe2O3-Li2CO3-TiO2 116
3.3 Твердофазные взаимодействия в системе Fe2O3-Li2CO3-ZnO при
изотермическом нагреве 121
3.3.1 Рентгенофазовый анализ 121
3.3.2 Термический анализ 121
3.4 Твердофазные взаимодействия в системе Ре2Оз-Ы2СОз-ТЮ2 при
изотермическом нагреве 125
3.4.1 Рентгенофазовый анализ 126
3.4.2 Термический анализ 128
3.5 Магнитные свойства реакционных смесей, синтезированных при
высокотемпературном обжиге 132
3.6 Выводы по главе 3 134
Глава 4 Образование литиевых и замещенных литиевых ферритов из механически активированных реагентов 138
4.1 Микроструктурный и рентгенофазовый анализы исходных реагентов после
механической активации в планетарной мельнице 138
4.2 Исследование влияния механической активации исходных реагентов на
реактивность ферритовой системы ТегОз-ЫгСОз 149
4.3 Образование литиевых ферритов из механически активированной смеси
реагентов ТегОз-ЫгСОз 155
4.4 Образование литий-цинковых ферритов из механически активированной
смеси реагентов ТегОз-ЫгСОз-гпО 169
4.5 Образование литий-титановых ферритов из механически активированной
смеси реагентов БегОз-ЫгСОз-ТЮг 175
4.6 Выводы по главе 4 180
Глава 5 Получение ферритовых порошков при нагреве высокоэнергетическими электронными пучками 183
5.1 Температурные и кинетические закономерности синтеза ферритов при
термическом и радиационно-термическом нагреве 183
5.1.1 Рентгенофазовый анализ 183
5.1.2 Термомагнитометрический анализ 192
5.1.3 Кинетические зависимости степени накопления шпинельных фаз и
степени превращения исходных оксидов при термическом и радиационнотермическом нагреве 195
5.1.4 Кинетический анализ синтеза ферритов 201
5.1.5 Анализ удельной намагниченности ферритов 207
5.2 Температурные и кинетические закономерности синтеза ферритов при термическом и радиационно-термическом нагреве механоактивированных порошковых смесей 209
5.2.1 Дифрактометрические исследования 209
5.2.2 Кинетический анализ синтеза ферритов из механоактивированных
порошковых смесей 214
5.2.3 Термомагнитометрический анализ 218
5.2.4 Кинетические зависимости удельной намагниченности ферритов 225
5.3 Твердофазное образование литий-замещенных ферритов в условиях нагрева
электронными пучками импульсного и непрерывного действия 226
5.4 Выводы по главе 5 230
Глава 6 Получение литиевой ферритовой керамики при механических и электронно-пучковых воздействиях 234
6.1 Влияние механической активации смеси реагентов на процесс уплотнения
ферритовой керамики при термическом нагреве 234
6.2 Влияние механического измельчения синтезированных ферритовых порошков
на структуру и свойства литиевых ферритов 236
6.3 Исследование структуры и электромагнитных свойств литиевой ферритовой
керамики, полученной из ультрадисперсных синтезированных порошков 246
6.4 Микроструктура, диэлектрические и магнитные свойства литий-цинковых
ферритов, полученных в условиях нагрева импульсным пучком электронов 251
6.5 Микроструктура, диэлектрические и магнитные свойства литий-цинковых
ферритов, полученных в условиях нагрева непрерывным пучком электронов 255
6.6 Технологическая схема получения ферритов при высокоэнергетических
механических и электронно-пучковых воздействиях 260
6.7 Выводы по главе 6 263
Основные выводы 267
Заключение 271
Список сокращений и условных обозначений 272
Список литературы 273
Приложение 1 Акт о внедрении материалов диссертационного исследования в АО
«НПЦ Полюс» 305
Приложение 2 Акт о внедрении материалов диссертационного исследования в ООО «ЛИОМЕД» 306
Приложение 3 Акт об использовании результатов диссертационного исследования в учебной и научной деятельности НИ ТПУ 307
Приложение 4 Патенты на результаты интеллектуальной деятельности 308
Глава 1 Структура, свойства и получение ферритов 15
1.1 Кристаллическая структура ферритов-шпинелей 15
1.2 Магнитные свойства ферритов 20
1.3 Электрические свойства ферритов 23
1.4 Методы получения ферритовых материалов 25
1.4.1 Керамический способ получения ферритов 25
1.4.2 Методы химической гомогенизации 29
1.4.3 Активационные методы получения ферритов 30
1.5 Механическая активация материалов 31
1.5.1 Механизмы дефектообразования при механическом измельчении в
планетарных мельницах 31
1.5.2 Использование механической активации для получения ферритов 34
1.6 Действие радиационно-термического нагрева на протекание твердофазных
взаимодействий в оксидных и ферритовых материалах 36
1.7 Твердофазные процессы 41
1.7.1 Кинетические модели твердофазных взаимодействий 41
1.7.2 Особенности твердофазных превращений в литиевых ферритовых системах 45
1.8 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 46
Глава 2 Методика проведения экспериментов 50
2.1 Изготовление экспериментальных образцов 50
2.2 Механическая обработка порошков в шаровых мельницах 50
2.3 Термический нагрев 52
2.4 Радиационно-термический нагрев 52
2.4.1 Методика проведения эксперимента 52
2.4.2 Измерение температуры в мощных пучках ускоренных электронов 56
2.5 Рентгеновская дифрактометрия 58
2.5.1 Методика рентгенофазового анализа 58
2.5.2 Рентгенофазовый анализ литиевых и литий-замещенных ферритов 62
2.6 Термогравиметрия и дифференциально-сканирующая калориметрия 65
2.6.1 Методика термического анализа 65
2.6.2 Кинетический анализ с помощью термогравиметрических измерений 68
2.6.3 Разработка метода контроля гомогенности и фазового состава ферритов с помощью термомагнитометрических измерений 71
2.7 Исследование микроструктуры ферритов методами Брунауэра-Эммета-
Теллера, лазерной дифракции и микроскопии 80
2.8 Измерение плотности и пористости ферритовых образцов 81
2.9 Измерения электромагнитных свойств образцов 81
2.9.1 Методика измерения электрической проводимости 81
2.9.2 Методика измерения магнитных свойств 83
2.10 Выводы по главе 2 84
Глава 3 Твердофазное взаимодействие в системах ГегОз-ЫгСОз, ГегОз-
LiiCCh-ZnO, ГегОз-ЫгСОз-ТЮг при термическом нагреве 86
3.1 Микроструктурный и термический анализы компонентов реакционных
смесей 86
3.1.1 Рентгенофазовый анализ исходных порошков 86
3.1.2 Микроструктурный анализ исходных порошков 88
3.1.3 Термический анализ исходных порошков 93
3.2 Термический анализ порошковых смесей при неизотермическом нагреве 95
3.2.1 Система ТегОз-ПгСОз (1:1) 95
3.2.2 Система ТегОз-ЫгСОз (5:1) 99
3.2.3 СистемаТе2Оз-1л2СОз-/пО 112
3.2.4 Система Fe2O3-Li2CO3-TiO2 116
3.3 Твердофазные взаимодействия в системе Fe2O3-Li2CO3-ZnO при
изотермическом нагреве 121
3.3.1 Рентгенофазовый анализ 121
3.3.2 Термический анализ 121
3.4 Твердофазные взаимодействия в системе Ре2Оз-Ы2СОз-ТЮ2 при
изотермическом нагреве 125
3.4.1 Рентгенофазовый анализ 126
3.4.2 Термический анализ 128
3.5 Магнитные свойства реакционных смесей, синтезированных при
высокотемпературном обжиге 132
3.6 Выводы по главе 3 134
Глава 4 Образование литиевых и замещенных литиевых ферритов из механически активированных реагентов 138
4.1 Микроструктурный и рентгенофазовый анализы исходных реагентов после
механической активации в планетарной мельнице 138
4.2 Исследование влияния механической активации исходных реагентов на
реактивность ферритовой системы ТегОз-ЫгСОз 149
4.3 Образование литиевых ферритов из механически активированной смеси
реагентов ТегОз-ЫгСОз 155
4.4 Образование литий-цинковых ферритов из механически активированной
смеси реагентов ТегОз-ЫгСОз-гпО 169
4.5 Образование литий-титановых ферритов из механически активированной
смеси реагентов БегОз-ЫгСОз-ТЮг 175
4.6 Выводы по главе 4 180
Глава 5 Получение ферритовых порошков при нагреве высокоэнергетическими электронными пучками 183
5.1 Температурные и кинетические закономерности синтеза ферритов при
термическом и радиационно-термическом нагреве 183
5.1.1 Рентгенофазовый анализ 183
5.1.2 Термомагнитометрический анализ 192
5.1.3 Кинетические зависимости степени накопления шпинельных фаз и
степени превращения исходных оксидов при термическом и радиационнотермическом нагреве 195
5.1.4 Кинетический анализ синтеза ферритов 201
5.1.5 Анализ удельной намагниченности ферритов 207
5.2 Температурные и кинетические закономерности синтеза ферритов при термическом и радиационно-термическом нагреве механоактивированных порошковых смесей 209
5.2.1 Дифрактометрические исследования 209
5.2.2 Кинетический анализ синтеза ферритов из механоактивированных
порошковых смесей 214
5.2.3 Термомагнитометрический анализ 218
5.2.4 Кинетические зависимости удельной намагниченности ферритов 225
5.3 Твердофазное образование литий-замещенных ферритов в условиях нагрева
электронными пучками импульсного и непрерывного действия 226
5.4 Выводы по главе 5 230
Глава 6 Получение литиевой ферритовой керамики при механических и электронно-пучковых воздействиях 234
6.1 Влияние механической активации смеси реагентов на процесс уплотнения
ферритовой керамики при термическом нагреве 234
6.2 Влияние механического измельчения синтезированных ферритовых порошков
на структуру и свойства литиевых ферритов 236
6.3 Исследование структуры и электромагнитных свойств литиевой ферритовой
керамики, полученной из ультрадисперсных синтезированных порошков 246
6.4 Микроструктура, диэлектрические и магнитные свойства литий-цинковых
ферритов, полученных в условиях нагрева импульсным пучком электронов 251
6.5 Микроструктура, диэлектрические и магнитные свойства литий-цинковых
ферритов, полученных в условиях нагрева непрерывным пучком электронов 255
6.6 Технологическая схема получения ферритов при высокоэнергетических
механических и электронно-пучковых воздействиях 260
6.7 Выводы по главе 6 263
Основные выводы 267
Заключение 271
Список сокращений и условных обозначений 272
Список литературы 273
Приложение 1 Акт о внедрении материалов диссертационного исследования в АО
«НПЦ Полюс» 305
Приложение 2 Акт о внедрении материалов диссертационного исследования в ООО «ЛИОМЕД» 306
Приложение 3 Акт об использовании результатов диссертационного исследования в учебной и научной деятельности НИ ТПУ 307
Приложение 4 Патенты на результаты интеллектуальной деятельности 308
📖 Введение
Актуальность темы исследования
Ферриты литиевой группы со шпинельной структурой представляют особый интерес для науки и техники, так как обладают рядом уникальных свойств, расширяющих сферу их применения вследствие частичного замещения лития другими металлами, такими как цинк, титан, марганец и т.д. При этом появляется возможность управлять электрическими и магнитными свойствами в соответствии с назначением использования ферритов.
Активное взаимодействие данного класса ферритов с электромагнитным излучением низкочастотного участка СВЧ диапазона предопределило их широкое применение в различных устройствах современной СВЧ техники, например, в качестве дискретных быстродействующих фазовращателей. Кроме того, замещенные цинком литиевые ферриты могут использоваться в качестве активной фазы композиционных изделий для радиопоглощающих покрытий. В последнее время рассматривается возможность применения литиевых ферритов в качестве катодного материала в литий-ионных батареях, а также в качестве сенсоров газовых датчиков.
Эксплуатационные свойства литий-замещенных ферритов (ЛЗФ) напрямую зависят от фазового состава, формируемого при изготовлении ферритов.
Существующие керамические технологии производства ферритовой керамики сложны, многооперационны, чрезвычайно длительны, отличаются высокими энергетическими и материальными затратами, недостаточным качеством продукции. Предпринимаемые попытки избавиться от недостатков существующих технологий сводились лишь к механической модернизации, не затрагивая их физических основ.
Очевидно, что для коренного изменения существующего положения необходимо отказаться от модернизационного подхода, искать и разрабатывать принципиально новые, нетрадиционные пути решения проблемы.
С этих позиций весьма перспективными представляются результаты по механической обработке порошковых материалов в высокоэнергетических планетарных мельницах и по радиационно-термическому воздействию на реагенты.
Первый подход позволит получать мелкодисперсные частицы с высокой дефектностью и повышенной активностью. Второй вариант существенно повысит эффективность протекания твердофазных процессов со всеми вытекающими последствиями.
Адаптация данных методов и их совместное использование для получения высококачественных ферритов литиевой группы является актуальной задачей современного материаловедения.
Степень разработанности темы
Свойства ферритов литиевой группы, изготовленных по классической технологии, исследованы достаточно подробно.
Механическая активация (МА) ферритовых порошков с целью интенсификации в них физико-химических процессов рассмотрена зарубежными и российскими учеными, среди которых, в первую очередь, следует выделить группу ученых Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, выполнивших системные исследования в этом направлении. Однако в литературе не обнаружено данных по исследованию влияния обработки ЛЗФ в высокоэнергетических планетарных мельницах с энергонапряженностью 20g и более.
Влияние нагрева пучками высокоэнергетических электронов (НГ1ВЭ) с энергиями (1-10) МэВ на процессы синтеза, спекания и гомогонизации оксидных и ферритовых материалов, включая гексогональные ферриты, а также марганец-цинковые, магний-цинковые и никельцинковые ферриты со шпинельной структурой исследовалось в работах Института химии твердого тела СО РАН, Института ядерной физики СО РАН, Национального исследовательского технологического университета МИСиС, Томского политехнического университета и Томского государственного университета. Было доказано существование эффекта многократного ускорения твердофазных процессов при электронно-пучковой обработке. Для ЛЗФ до появления настоящей работы такие исследования не проводились.
Эффекты последовательной обработки ЛЗФ в планетарной мельнице и в электронном пучке ранее не рассматривались.
Цель работы
Установление закономерностей твердофазных взаимодействий, изменения структурного и электромагнитного состояния ферритов литиевой группы при их получении с использованием механической активации порошковых исходных реагентов или обжига в пучке высокоэнергетических электронов, а также при последовательном сочетании указанных воздействий, и разработка научных основ технологии получения ферритов методами высокоэнергетических воздействий.
Для достижения и выполнения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
• Разработка метода контроля фазовой гомогенности ЛЗФ, основанного на анализе магнитных фазовых переходов в точках Кюри при термогравиметрических измерениях в магнитном поле.
• Установление закономерностей изменения структурных и реакционных свойств исходных реагентов при механической активации в планетарной мельнице в зависимости от энергонапряженности и длительности обработки, а также оптимальных режимов механической активации, обеспечивающих реализацию процесса получения ферритов литиевой группы.
• Определение кинетических параметров и природы твердофазных взаимодействий в порошковых смесях РегОз-ЫгСОз, Ре2Оз-1л2СОз-/пО и РегОз-ЫгСОз-ТЮг и их компактов в зависимости от условий механической обработки.
• Исследование кинетических и температурных закономерностей твердофазных взаимодействий и формирования ферритовых фаз Lio.5Fe2.5O4, Lio.5(i-x)Fe2.5-o.5xZnA:04, Lio.5(i+x)Fe2.5-i.5xTix04 в смесях исходных реагентов соответственно Ре2Оз-Ь12СОз, Fe2O3-Li2CO3-ZnO и Fe2O3-Li2CO3-TiO2 при синтезе ферритов по традиционной керамической технологии, а также в условиях обжига высокоэнергетическим пучком электронов импульсного или непрерывного действия. Проведение сравнительного анализа результатов.
• Исследование структурных, магнитных и электрических характеристик литиевой ферритовой керамики составов Lio.5Fe2.5O4, Lio.4Fe2.4Zno.2O4, Lio.6Fe2.2Tio.2O4, Li0.65Fe1.6Ti0.5Zn0.2Mn0.05O4, полученной в условиях термического и радиационно-термического обжига ферритовых порошков в зависимости от условий механической обработки.
• Разработка технологических схем синтеза и спекания ферритов литиевой группы с применением комплексных воздействий - механической активации смесей ферритовых реагентов и нагрева с помощью пучков высокоэнергетических электронов.
Объекты исследования
Литиевые LiFeO2, Lio.5Fe2.5O4, литий-цинковые Lio.5(i-x)Fe2.5-o.5xZnA:04, литий-титановые Lio.5(i+x)Fe2.5-i.5xTix04 (%zn,Ti=0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6) и литий-титан-цинковые
Li0.65Fe1.6Ti0.5Zn0.2Mn0.05O4 ферриты со шпинельной структурой.
Предмет исследования
Процессы твердофазных взаимодействий, формирования структурных и электромагнитных свойств в ферритах литиевой группы при их синтезе и спекании с использованием механической активации порошковых исходных реагентов или обжига в пучке высокоэнергетических электронов, а также при последовательном сочетании указанных воздействий.
Научная новизна
1. При термогравиметрических измерениях в магнитном поле, регистрируемые магнитные фазовые переходы при температурах Кюри разделены по температуре, что позволяет идентифицировать присутствующие в ЛЗФ магнитные фазы с высоким разрешением, недоступным для рентгенофазового анализа (РФА).
2. Увеличение плотности компактов смесей порошковых реагентов БегОз-ЫгСОз, РегОз-ЫгСОз-гпО и РегОз-ЫгСОз-ТЮг изменяет характер взаимодействия компонентов смеси, смещая температуру полного разложения ХйгСОз в область температур ниже температуры его плавления. Это способствует увеличению выхода ферритовой фазы.
3. Механическая обработка в планетарной мельнице смесей исходных реагентов РегОз-ЫгСОз, РегОз-ЫгСОз-гпО и РегОз-ЫгСОз-ТЮг приводит к увеличению их удельной поверхности с 8 м2/г до 26 м2/г и величины микродеформаций, а также образованию агломератов с большой поверхностью контакта между частицами реагентов. В результате повышается реакционная активность порошковых смесей, что проявляется в снижении температуры твердофазного взаимодействия между реагентами на (100-200) °C и в уменьшении температуры начала усадки с 750 °C до 400 °C при спекании компактов из этих порошков. Это позволяет объединить технологические этапы синтеза и спекания в один этап получения ферритовой керамики, заключающийся в нагреве пучком высокоэнергетических электронов сразу до температуры спекания компактированных образцов, изготовленных из механоактивированных реагентов.
4. Снижение температуры твердофазного взаимодействия между реагентами имеет место только при механической активации смеси реагентов, а не отдельных порошковых компонентов. При этом эффект высокой реакционной активности порошковых смесей сохраняется в течение длительного времени, по крайней мере не менее двух лет.
5. Шаровое измельчение порошковых реагентов в высокоэнергетической планетарной мельнице приводит к пластической деформации твердых частиц и существенному увеличению количества двойных и тройных контактов. Это приводит к уменьшению количества промежуточных стадий синтеза и, как следствие, ускоренному образованию литиевых и литий-замещенных ферритов заданного состава с высокой удельной намагниченностью без использования операции предварительного компактирования.
6. Реакция твердофазного взаимодействия в системах БегОз-ЫгСОз, Ре2Оз-1л2СОз-/пО и РегОз-ЫгСОз-ТЮг характеризуется как двухэтапный диффузионноконтролируемый процесс, удовлетворительно описываемый на первом и втором этапах соответственно моделями Лидера и Гинстлинга-Броунштейна со значениями энергии активации (245-292) кДж/моль и (304-715) кДж/моль (в зависимости от состава и плотности ферритовой системы) для немеханоактивированных порошков и моделью Гинстлинга-Броунштейна со значениями энергии активации (33-70) кДж/моль и (117-298) кДж/моль для механоактивированных порошковых смесей.
7. Нагрев высокоэнергетическим пучком электронов в интервале температур (600750) °C не изменяет механизм образования ферритов, но приводит, по сравнению с термическим обжигом, к увеличению скорости образования ферритов во время синтеза вследствие снижения энергии активации процесса накопления шпинельных фаз в (1.6-1.8) раз и уменьшения предъэкспоненциального множителя на (2-3) порядка при использовании исходных реагентов, а также соответственно в (3-5) раз и на (4-6) порядков при использовании механоактивированных реагентов.
8. Установлен синергетический эффект ускорения процессов получения гомогенных по фазовому составу ферритовых порошков литиевой группы с намагниченностью (50-80) Гс-см3/г при комплексном использовании двух видов воздействий - механической активации исходных реагентов и последующего обжига в пучке электронов. При этом высокоскоростная стадия образования ферритов практически полностью сдвигается на неизотермический участок нагрева.
9. При обжиге ферритовых компактов в пучке высокоэнергетических электронов с энергиями (1.4-2.4) МэВ формирование микроструктуры и электромагнитных свойств зависит от режима обработки. В импульсном режиме вследствие повышенной дефектности границ происходит локальный их перегрев, превышающий величину перегрева при обработке в непрерывном режиме, и, как следствие, наблюдается интенсификация процесса агломерации частиц. Таким образом, выбором режима облучения можно эффективно управлять структурочувствительными свойствами ферритовой керамики.
Теоретическая значимость работы
Получены новые научные знания о процессах, протекающих при твердофазном взаимодействии в ферритовых системах литиевой группы, подвергнутых
высокоэнергетическим воздействиям, включая механическую активацию порошковых
реагентов и синтезированных ферритовых порошков в планетарной мельнице, и их обжиг в пучке высокоэнергетических электронов, в том числе о влиянии таких воздействий на фазовый состав, структурные, магнитные и электрические свойства ферритов.
Практическая значимость работы
Разработаны технологические условия получения литиевых и литий-замещенных ферритовых порошков и керамики с использованием высокоэнергетических воздействий, включающих механическую активацию смеси исходных реагентов и последующий обжиг в пучке высокоэнергетических электронов, а так же предложены технологические схемы их получения, при которых температура синтеза и время изотермической выдержки значительно
ниже по сравнению с термическим режимом обжига, а количество операций значительно сокращено.
Основные технические решения, полученные в ходе выполнения работы, защищены патентами РФ:
1. Устройство для измерения температуры объекта, нагреваемого ионизирующим облучением (патенты на полезную модель РФ 121367, РФ 121929, РФ 138089).
2. Способ измерения максимальной температуры объекта при нагревании его облучением электронным пучком (патент на изобретение РФ 2168156).
3. Устройство для определения содержания феррита в материале (патенты на изобретение РФ 2559323, РФ 2619310).
4. Устройство для термомагнитных измерений (патент на полезную модель РФ 144586).
5. Способ синтеза ферритов (патент на изобретение РФ 2507031).
6. Способ изготовления ферритовых изделий (патент на изобретение РФ 2410200).
Результаты диссертационного исследования были внедрены в ООО «ЛИОМЕД» (г. Кемерово), в АО «Научно-производственный центр «Полюс» и в Томском политехническом университете.
Методология диссертационного исследования
В основу работы принята гипотеза о реализации синергетического эффекта интенсификации твердофазных взаимодействий в ферритовых материалах при механической активации порошков и последующего обжига в пучке высокоэнергетических электронов импульсного или непрерывного действия.
Предполагалось, что механическая активация исходных порошков в планетарной мельнице при использовании режимов, создающих высокую энергонапряженность, позволит получить порошки с более высокой удельной поверхностью и высокой дефектностью, что увеличило бы их активность при дальнейших обжигах, включающих синтез и спекание.
Также предполагалось, что быстрый разогрев активированных порошков с помощью пучка высокоэнергетических электронов до температур, меньших по сравнению с температурами, применяемыми в традиционной технологии, позволит ускорить процессы твердофазных взаимодействий в ферритовых системах за счет сохранения изначальной дефектности микропорошинок и дополнительного вклада создаваемых радиационных дефектов.
В работе были использованы следующие методы исследования: рентгенофазовый анализ, сканирующая и растровая электронная микроскопия; атомно-силовая микроскопия; лазерная дифракция, анализ удельной поверхности методом Брунауэра-Эммета-Теллера; гидростатическое взвешивание, термогравиметрия (в том числе в магнитном поле) и дифференциально-сканирующей калориметрия, кинетический анализ процессов получения ферритов; электрометрия; магнитометрия.
Научные положения, выносимые на защиту
1. Метод определения гомогенности фазового состава ферритовых материалов по результатам термогравиметрического анализа в магнитном поле, позволяющий идентифицировать магнитные фазы, трудноразличимые при РФА вследствие близости параметров решетки.
2. Повышение удельной поверхности с 8 м2/г до 26 м2/г и насыпной плотности с 1.5 г/см3 до 3.5 г/см3 смесей исходных реагентов Fe2O3-Li2CO3, Fe2O3-Li2CO3-ZnO и Fe2O3-Li2CO3-TiO2 при увеличении длительности их механической обработки в планетарной мельнице до 60 минут, приводящие к повышению реакционной активности порошковых смесей, проявляющаяся в снижении температуры твердофазного взаимодействия между реагентами на (100-150) °C при использовании режима активации 20g и на (200-250) °C при 60g, а также в увеличении скорости образования ферритовых фаз. Сохранение высокой реакционной активности порошковых реагентов в течение не менее двух лет.
3. Уменьшение в (2-4) раза эффективной энергии активации процесса твердофазного взаимодействия между реагентами порошковых смесей Fe2O3-Li2CO3, Fe2O3-Li2CO3-ZnO и Fe2O3-Li2CO3-TiO2 при их механической активации, а также описание эффекта диффузионной моделью Гинстлинга-Броунштейна.
4. Уменьшение кинетических параметров процесса накопления шпинельных фаз при обжиге порошковых смесей Fe2O3-Li2CO3, Fe2O3-Li2CO3-ZnO и Fe2O3-Li2CO3-TiO2 в поле импульсного пучка высокоэнергетических электронов с энергией 2.4 МэВ в интервале температур (600-750) °C и, как следствие, увеличение скорости образования гомогенных по фазовому составу ферритов.
5. Влияние механической обработки ферритовых порошков в сухом виде в планетарной мельнице стальными шарами на ускорение процесса уплотнения ферритовых компактов при их спекании при термическом обжиге и при нагреве пучком электронов, увеличение плотности и уменьшение пористости ферритовой керамики при сохранении мелкозернистой структуры, обеспечивающей высокие значения удельного электрического сопротивления.
6. Технологическая схема синтеза ферритов в непрерывном или импульсном пучке ускоренных электронов при температуре 750 °C в течение (60-120) минут литиевых и литийзамещенных ферритовых порошков с высокими значениями намагниченности насыщения.
7. Технологическая схема спекания ферритовой керамики, основанная на одноэтапном нагреве пресс-заготовок из механоактивированных реагентов, обеспечивающая увеличение плотности образцов на ~5 %, начальной магнитной проницаемости на —10%, удельного электрического сопротивления в (2.5-3) раза, а также уменьшение пористости на ~60 % и сокращение длительности процесса получения ферритов
Личный вклад автора
Результаты, приведенные в работе, получены лично автором или при его непосредственном участии в сотрудничестве с коллективом Проблемной научноисследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников (ПНИЛ ЭДиП) Национального исследовательского Томского политехнического университета. Автор лично сформулировал цели и задачи работы, планировал и проводил эксперименты, обрабатывал экспериментальные данные, проводил анализ полученных данных и делал выводы, активно принимал участие в написании публикаций.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась за счет использования современных методов исследований на сертифицированном оборудовании; выступлений на международных научных конференциях; публикаций научных статей в рецензируемых журналах, включая высокорейтинговые журналы с высоким квартилем.
Апробация результатов работы
Основные результаты экспериментальных исследований, представленных в данной работе, были опубликованы в российских и международных научных высокорейтинговых журналах, а также доложены и обсуждены на следующих Международных научных конференциях: 12й Европейский симпозиум по термическому анализу и калориметрии (г. Брашов, Румыния, 2018г.); «Материалы и технологии» (г. Перуджа, 2018г.); «Нанотехнологии и бионаука» (г. Ираклион, 2018г); «Инструментальные методы анализа» (г. Ираклион, 2017г); «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (г. Севастополь, 2015); XXII-XXV Международной конференции «Радиационная физика твердого тела», (г. Севастополь, 2015 г.); Сибирская конференция по управлению и связи» (г. Омск, 2015 г.); «Фундаментальные основы механохимических технологий» (г. Новосибирск, 2013 г.); «Форум по стратегическим технологиям» (г. Томск, 2012г.); Китайско-Российская конференция по материаловедению и технологиям» (г. Шеньян, 2009г.); «Международная конференция по химической термодинамики в России» (г. Казань, 2009г.); «Модификация материалов пучками частиц и потоками плазмы» (г. Томск, 2004, 2008г.г.); «Корейско-Российский симпозиум по науке и технике» (2003г.) и др.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 124 работы, из них 36 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК, 56 публикаций в журналах, входящих в базы данных Scopus и Web of Science, 29 публикаций в сборниках трудов конференций, 2 монографии; 10 патентов на изобретение; 5 патентов на полезную модель; 1 свидетельство на регистрацию программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 316 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, основных выводов, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка используемой литературы, приложений. Содержит 178 рисунков, 48 таблиц. Список литературы состоит из 377 наименований.
Ферриты литиевой группы со шпинельной структурой представляют особый интерес для науки и техники, так как обладают рядом уникальных свойств, расширяющих сферу их применения вследствие частичного замещения лития другими металлами, такими как цинк, титан, марганец и т.д. При этом появляется возможность управлять электрическими и магнитными свойствами в соответствии с назначением использования ферритов.
Активное взаимодействие данного класса ферритов с электромагнитным излучением низкочастотного участка СВЧ диапазона предопределило их широкое применение в различных устройствах современной СВЧ техники, например, в качестве дискретных быстродействующих фазовращателей. Кроме того, замещенные цинком литиевые ферриты могут использоваться в качестве активной фазы композиционных изделий для радиопоглощающих покрытий. В последнее время рассматривается возможность применения литиевых ферритов в качестве катодного материала в литий-ионных батареях, а также в качестве сенсоров газовых датчиков.
Эксплуатационные свойства литий-замещенных ферритов (ЛЗФ) напрямую зависят от фазового состава, формируемого при изготовлении ферритов.
Существующие керамические технологии производства ферритовой керамики сложны, многооперационны, чрезвычайно длительны, отличаются высокими энергетическими и материальными затратами, недостаточным качеством продукции. Предпринимаемые попытки избавиться от недостатков существующих технологий сводились лишь к механической модернизации, не затрагивая их физических основ.
Очевидно, что для коренного изменения существующего положения необходимо отказаться от модернизационного подхода, искать и разрабатывать принципиально новые, нетрадиционные пути решения проблемы.
С этих позиций весьма перспективными представляются результаты по механической обработке порошковых материалов в высокоэнергетических планетарных мельницах и по радиационно-термическому воздействию на реагенты.
Первый подход позволит получать мелкодисперсные частицы с высокой дефектностью и повышенной активностью. Второй вариант существенно повысит эффективность протекания твердофазных процессов со всеми вытекающими последствиями.
Адаптация данных методов и их совместное использование для получения высококачественных ферритов литиевой группы является актуальной задачей современного материаловедения.
Степень разработанности темы
Свойства ферритов литиевой группы, изготовленных по классической технологии, исследованы достаточно подробно.
Механическая активация (МА) ферритовых порошков с целью интенсификации в них физико-химических процессов рассмотрена зарубежными и российскими учеными, среди которых, в первую очередь, следует выделить группу ученых Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, выполнивших системные исследования в этом направлении. Однако в литературе не обнаружено данных по исследованию влияния обработки ЛЗФ в высокоэнергетических планетарных мельницах с энергонапряженностью 20g и более.
Влияние нагрева пучками высокоэнергетических электронов (НГ1ВЭ) с энергиями (1-10) МэВ на процессы синтеза, спекания и гомогонизации оксидных и ферритовых материалов, включая гексогональные ферриты, а также марганец-цинковые, магний-цинковые и никельцинковые ферриты со шпинельной структурой исследовалось в работах Института химии твердого тела СО РАН, Института ядерной физики СО РАН, Национального исследовательского технологического университета МИСиС, Томского политехнического университета и Томского государственного университета. Было доказано существование эффекта многократного ускорения твердофазных процессов при электронно-пучковой обработке. Для ЛЗФ до появления настоящей работы такие исследования не проводились.
Эффекты последовательной обработки ЛЗФ в планетарной мельнице и в электронном пучке ранее не рассматривались.
Цель работы
Установление закономерностей твердофазных взаимодействий, изменения структурного и электромагнитного состояния ферритов литиевой группы при их получении с использованием механической активации порошковых исходных реагентов или обжига в пучке высокоэнергетических электронов, а также при последовательном сочетании указанных воздействий, и разработка научных основ технологии получения ферритов методами высокоэнергетических воздействий.
Для достижения и выполнения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
• Разработка метода контроля фазовой гомогенности ЛЗФ, основанного на анализе магнитных фазовых переходов в точках Кюри при термогравиметрических измерениях в магнитном поле.
• Установление закономерностей изменения структурных и реакционных свойств исходных реагентов при механической активации в планетарной мельнице в зависимости от энергонапряженности и длительности обработки, а также оптимальных режимов механической активации, обеспечивающих реализацию процесса получения ферритов литиевой группы.
• Определение кинетических параметров и природы твердофазных взаимодействий в порошковых смесях РегОз-ЫгСОз, Ре2Оз-1л2СОз-/пО и РегОз-ЫгСОз-ТЮг и их компактов в зависимости от условий механической обработки.
• Исследование кинетических и температурных закономерностей твердофазных взаимодействий и формирования ферритовых фаз Lio.5Fe2.5O4, Lio.5(i-x)Fe2.5-o.5xZnA:04, Lio.5(i+x)Fe2.5-i.5xTix04 в смесях исходных реагентов соответственно Ре2Оз-Ь12СОз, Fe2O3-Li2CO3-ZnO и Fe2O3-Li2CO3-TiO2 при синтезе ферритов по традиционной керамической технологии, а также в условиях обжига высокоэнергетическим пучком электронов импульсного или непрерывного действия. Проведение сравнительного анализа результатов.
• Исследование структурных, магнитных и электрических характеристик литиевой ферритовой керамики составов Lio.5Fe2.5O4, Lio.4Fe2.4Zno.2O4, Lio.6Fe2.2Tio.2O4, Li0.65Fe1.6Ti0.5Zn0.2Mn0.05O4, полученной в условиях термического и радиационно-термического обжига ферритовых порошков в зависимости от условий механической обработки.
• Разработка технологических схем синтеза и спекания ферритов литиевой группы с применением комплексных воздействий - механической активации смесей ферритовых реагентов и нагрева с помощью пучков высокоэнергетических электронов.
Объекты исследования
Литиевые LiFeO2, Lio.5Fe2.5O4, литий-цинковые Lio.5(i-x)Fe2.5-o.5xZnA:04, литий-титановые Lio.5(i+x)Fe2.5-i.5xTix04 (%zn,Ti=0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6) и литий-титан-цинковые
Li0.65Fe1.6Ti0.5Zn0.2Mn0.05O4 ферриты со шпинельной структурой.
Предмет исследования
Процессы твердофазных взаимодействий, формирования структурных и электромагнитных свойств в ферритах литиевой группы при их синтезе и спекании с использованием механической активации порошковых исходных реагентов или обжига в пучке высокоэнергетических электронов, а также при последовательном сочетании указанных воздействий.
Научная новизна
1. При термогравиметрических измерениях в магнитном поле, регистрируемые магнитные фазовые переходы при температурах Кюри разделены по температуре, что позволяет идентифицировать присутствующие в ЛЗФ магнитные фазы с высоким разрешением, недоступным для рентгенофазового анализа (РФА).
2. Увеличение плотности компактов смесей порошковых реагентов БегОз-ЫгСОз, РегОз-ЫгСОз-гпО и РегОз-ЫгСОз-ТЮг изменяет характер взаимодействия компонентов смеси, смещая температуру полного разложения ХйгСОз в область температур ниже температуры его плавления. Это способствует увеличению выхода ферритовой фазы.
3. Механическая обработка в планетарной мельнице смесей исходных реагентов РегОз-ЫгСОз, РегОз-ЫгСОз-гпО и РегОз-ЫгСОз-ТЮг приводит к увеличению их удельной поверхности с 8 м2/г до 26 м2/г и величины микродеформаций, а также образованию агломератов с большой поверхностью контакта между частицами реагентов. В результате повышается реакционная активность порошковых смесей, что проявляется в снижении температуры твердофазного взаимодействия между реагентами на (100-200) °C и в уменьшении температуры начала усадки с 750 °C до 400 °C при спекании компактов из этих порошков. Это позволяет объединить технологические этапы синтеза и спекания в один этап получения ферритовой керамики, заключающийся в нагреве пучком высокоэнергетических электронов сразу до температуры спекания компактированных образцов, изготовленных из механоактивированных реагентов.
4. Снижение температуры твердофазного взаимодействия между реагентами имеет место только при механической активации смеси реагентов, а не отдельных порошковых компонентов. При этом эффект высокой реакционной активности порошковых смесей сохраняется в течение длительного времени, по крайней мере не менее двух лет.
5. Шаровое измельчение порошковых реагентов в высокоэнергетической планетарной мельнице приводит к пластической деформации твердых частиц и существенному увеличению количества двойных и тройных контактов. Это приводит к уменьшению количества промежуточных стадий синтеза и, как следствие, ускоренному образованию литиевых и литий-замещенных ферритов заданного состава с высокой удельной намагниченностью без использования операции предварительного компактирования.
6. Реакция твердофазного взаимодействия в системах БегОз-ЫгСОз, Ре2Оз-1л2СОз-/пО и РегОз-ЫгСОз-ТЮг характеризуется как двухэтапный диффузионноконтролируемый процесс, удовлетворительно описываемый на первом и втором этапах соответственно моделями Лидера и Гинстлинга-Броунштейна со значениями энергии активации (245-292) кДж/моль и (304-715) кДж/моль (в зависимости от состава и плотности ферритовой системы) для немеханоактивированных порошков и моделью Гинстлинга-Броунштейна со значениями энергии активации (33-70) кДж/моль и (117-298) кДж/моль для механоактивированных порошковых смесей.
7. Нагрев высокоэнергетическим пучком электронов в интервале температур (600750) °C не изменяет механизм образования ферритов, но приводит, по сравнению с термическим обжигом, к увеличению скорости образования ферритов во время синтеза вследствие снижения энергии активации процесса накопления шпинельных фаз в (1.6-1.8) раз и уменьшения предъэкспоненциального множителя на (2-3) порядка при использовании исходных реагентов, а также соответственно в (3-5) раз и на (4-6) порядков при использовании механоактивированных реагентов.
8. Установлен синергетический эффект ускорения процессов получения гомогенных по фазовому составу ферритовых порошков литиевой группы с намагниченностью (50-80) Гс-см3/г при комплексном использовании двух видов воздействий - механической активации исходных реагентов и последующего обжига в пучке электронов. При этом высокоскоростная стадия образования ферритов практически полностью сдвигается на неизотермический участок нагрева.
9. При обжиге ферритовых компактов в пучке высокоэнергетических электронов с энергиями (1.4-2.4) МэВ формирование микроструктуры и электромагнитных свойств зависит от режима обработки. В импульсном режиме вследствие повышенной дефектности границ происходит локальный их перегрев, превышающий величину перегрева при обработке в непрерывном режиме, и, как следствие, наблюдается интенсификация процесса агломерации частиц. Таким образом, выбором режима облучения можно эффективно управлять структурочувствительными свойствами ферритовой керамики.
Теоретическая значимость работы
Получены новые научные знания о процессах, протекающих при твердофазном взаимодействии в ферритовых системах литиевой группы, подвергнутых
высокоэнергетическим воздействиям, включая механическую активацию порошковых
реагентов и синтезированных ферритовых порошков в планетарной мельнице, и их обжиг в пучке высокоэнергетических электронов, в том числе о влиянии таких воздействий на фазовый состав, структурные, магнитные и электрические свойства ферритов.
Практическая значимость работы
Разработаны технологические условия получения литиевых и литий-замещенных ферритовых порошков и керамики с использованием высокоэнергетических воздействий, включающих механическую активацию смеси исходных реагентов и последующий обжиг в пучке высокоэнергетических электронов, а так же предложены технологические схемы их получения, при которых температура синтеза и время изотермической выдержки значительно
ниже по сравнению с термическим режимом обжига, а количество операций значительно сокращено.
Основные технические решения, полученные в ходе выполнения работы, защищены патентами РФ:
1. Устройство для измерения температуры объекта, нагреваемого ионизирующим облучением (патенты на полезную модель РФ 121367, РФ 121929, РФ 138089).
2. Способ измерения максимальной температуры объекта при нагревании его облучением электронным пучком (патент на изобретение РФ 2168156).
3. Устройство для определения содержания феррита в материале (патенты на изобретение РФ 2559323, РФ 2619310).
4. Устройство для термомагнитных измерений (патент на полезную модель РФ 144586).
5. Способ синтеза ферритов (патент на изобретение РФ 2507031).
6. Способ изготовления ферритовых изделий (патент на изобретение РФ 2410200).
Результаты диссертационного исследования были внедрены в ООО «ЛИОМЕД» (г. Кемерово), в АО «Научно-производственный центр «Полюс» и в Томском политехническом университете.
Методология диссертационного исследования
В основу работы принята гипотеза о реализации синергетического эффекта интенсификации твердофазных взаимодействий в ферритовых материалах при механической активации порошков и последующего обжига в пучке высокоэнергетических электронов импульсного или непрерывного действия.
Предполагалось, что механическая активация исходных порошков в планетарной мельнице при использовании режимов, создающих высокую энергонапряженность, позволит получить порошки с более высокой удельной поверхностью и высокой дефектностью, что увеличило бы их активность при дальнейших обжигах, включающих синтез и спекание.
Также предполагалось, что быстрый разогрев активированных порошков с помощью пучка высокоэнергетических электронов до температур, меньших по сравнению с температурами, применяемыми в традиционной технологии, позволит ускорить процессы твердофазных взаимодействий в ферритовых системах за счет сохранения изначальной дефектности микропорошинок и дополнительного вклада создаваемых радиационных дефектов.
В работе были использованы следующие методы исследования: рентгенофазовый анализ, сканирующая и растровая электронная микроскопия; атомно-силовая микроскопия; лазерная дифракция, анализ удельной поверхности методом Брунауэра-Эммета-Теллера; гидростатическое взвешивание, термогравиметрия (в том числе в магнитном поле) и дифференциально-сканирующей калориметрия, кинетический анализ процессов получения ферритов; электрометрия; магнитометрия.
Научные положения, выносимые на защиту
1. Метод определения гомогенности фазового состава ферритовых материалов по результатам термогравиметрического анализа в магнитном поле, позволяющий идентифицировать магнитные фазы, трудноразличимые при РФА вследствие близости параметров решетки.
2. Повышение удельной поверхности с 8 м2/г до 26 м2/г и насыпной плотности с 1.5 г/см3 до 3.5 г/см3 смесей исходных реагентов Fe2O3-Li2CO3, Fe2O3-Li2CO3-ZnO и Fe2O3-Li2CO3-TiO2 при увеличении длительности их механической обработки в планетарной мельнице до 60 минут, приводящие к повышению реакционной активности порошковых смесей, проявляющаяся в снижении температуры твердофазного взаимодействия между реагентами на (100-150) °C при использовании режима активации 20g и на (200-250) °C при 60g, а также в увеличении скорости образования ферритовых фаз. Сохранение высокой реакционной активности порошковых реагентов в течение не менее двух лет.
3. Уменьшение в (2-4) раза эффективной энергии активации процесса твердофазного взаимодействия между реагентами порошковых смесей Fe2O3-Li2CO3, Fe2O3-Li2CO3-ZnO и Fe2O3-Li2CO3-TiO2 при их механической активации, а также описание эффекта диффузионной моделью Гинстлинга-Броунштейна.
4. Уменьшение кинетических параметров процесса накопления шпинельных фаз при обжиге порошковых смесей Fe2O3-Li2CO3, Fe2O3-Li2CO3-ZnO и Fe2O3-Li2CO3-TiO2 в поле импульсного пучка высокоэнергетических электронов с энергией 2.4 МэВ в интервале температур (600-750) °C и, как следствие, увеличение скорости образования гомогенных по фазовому составу ферритов.
5. Влияние механической обработки ферритовых порошков в сухом виде в планетарной мельнице стальными шарами на ускорение процесса уплотнения ферритовых компактов при их спекании при термическом обжиге и при нагреве пучком электронов, увеличение плотности и уменьшение пористости ферритовой керамики при сохранении мелкозернистой структуры, обеспечивающей высокие значения удельного электрического сопротивления.
6. Технологическая схема синтеза ферритов в непрерывном или импульсном пучке ускоренных электронов при температуре 750 °C в течение (60-120) минут литиевых и литийзамещенных ферритовых порошков с высокими значениями намагниченности насыщения.
7. Технологическая схема спекания ферритовой керамики, основанная на одноэтапном нагреве пресс-заготовок из механоактивированных реагентов, обеспечивающая увеличение плотности образцов на ~5 %, начальной магнитной проницаемости на —10%, удельного электрического сопротивления в (2.5-3) раза, а также уменьшение пористости на ~60 % и сокращение длительности процесса получения ферритов
Личный вклад автора
Результаты, приведенные в работе, получены лично автором или при его непосредственном участии в сотрудничестве с коллективом Проблемной научноисследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников (ПНИЛ ЭДиП) Национального исследовательского Томского политехнического университета. Автор лично сформулировал цели и задачи работы, планировал и проводил эксперименты, обрабатывал экспериментальные данные, проводил анализ полученных данных и делал выводы, активно принимал участие в написании публикаций.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась за счет использования современных методов исследований на сертифицированном оборудовании; выступлений на международных научных конференциях; публикаций научных статей в рецензируемых журналах, включая высокорейтинговые журналы с высоким квартилем.
Апробация результатов работы
Основные результаты экспериментальных исследований, представленных в данной работе, были опубликованы в российских и международных научных высокорейтинговых журналах, а также доложены и обсуждены на следующих Международных научных конференциях: 12й Европейский симпозиум по термическому анализу и калориметрии (г. Брашов, Румыния, 2018г.); «Материалы и технологии» (г. Перуджа, 2018г.); «Нанотехнологии и бионаука» (г. Ираклион, 2018г); «Инструментальные методы анализа» (г. Ираклион, 2017г); «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (г. Севастополь, 2015); XXII-XXV Международной конференции «Радиационная физика твердого тела», (г. Севастополь, 2015 г.); Сибирская конференция по управлению и связи» (г. Омск, 2015 г.); «Фундаментальные основы механохимических технологий» (г. Новосибирск, 2013 г.); «Форум по стратегическим технологиям» (г. Томск, 2012г.); Китайско-Российская конференция по материаловедению и технологиям» (г. Шеньян, 2009г.); «Международная конференция по химической термодинамики в России» (г. Казань, 2009г.); «Модификация материалов пучками частиц и потоками плазмы» (г. Томск, 2004, 2008г.г.); «Корейско-Российский симпозиум по науке и технике» (2003г.) и др.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 124 работы, из них 36 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК, 56 публикаций в журналах, входящих в базы данных Scopus и Web of Science, 29 публикаций в сборниках трудов конференций, 2 монографии; 10 патентов на изобретение; 5 патентов на полезную модель; 1 свидетельство на регистрацию программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 316 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, основных выводов, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка используемой литературы, приложений. Содержит 178 рисунков, 48 таблиц. Список литературы состоит из 377 наименований.
✅ Заключение
В соответствии с поставленной целью и задачами в настоящей работе приведен цикл экспериментальных работ по синтезу и спеканию ферритов литиевой группы с применением комплексных воздействий - механической активации смесей ферритовых реагентов и нагрева с помощью пучков высокоэнергетических электронов.
Установлены фундаментальные закономерности формирования фазового состава, структурных и электромагнитных свойств порошковых и керамических ферритовых материалов в условиях комплексных высокоэнергетических механических и электроннопучковых воздействиях. Исследованы проявляющиеся при таких воздействиях синергетические эффекты и их влияние на процессы получения функциональной ферритовой керамики.
Полученные результаты могут быть использованы для организации новых технологических процессов синтеза и спекания ферритовых материалов, включая получение ферритовой керамики сложной формы с помощью аддитивных технологий на основе электронно-пучкового нагрева.
Автор выражает признательность и благодарность своему научному консультанту профессору, доктору физико-математических наук Суржикову Анатолию Петровичу, а также коллективу научной группы «Проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники диэлектриков и полупроводников» за оказанную помощь и рекомендации при выполнении диссертационной работы.
Установлены фундаментальные закономерности формирования фазового состава, структурных и электромагнитных свойств порошковых и керамических ферритовых материалов в условиях комплексных высокоэнергетических механических и электроннопучковых воздействиях. Исследованы проявляющиеся при таких воздействиях синергетические эффекты и их влияние на процессы получения функциональной ферритовой керамики.
Полученные результаты могут быть использованы для организации новых технологических процессов синтеза и спекания ферритовых материалов, включая получение ферритовой керамики сложной формы с помощью аддитивных технологий на основе электронно-пучкового нагрева.
Автор выражает признательность и благодарность своему научному консультанту профессору, доктору физико-математических наук Суржикову Анатолию Петровичу, а также коллективу научной группы «Проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники диэлектриков и полупроводников» за оказанную помощь и рекомендации при выполнении диссертационной работы.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.