Спосіб одержання керамічного матеріалу на основі оксидів барію і титану для пластин магнітних головок

Изобретение относится к области получения порошковых материалов систем ВаО-ТiO2, предназначенных для изготовления диэлектрических пластин магнитных головок. Материалы системы ВаО-ТiO2 наиболее удовлетворяют требованиям, предъявляемым к диэлектрической конструкционной керамике в магнитных головках, а, именно: керамика должна иметь коэффициент термического расширения (Κα ), согласующийся с коэффициентом термического расширения магнитного сердечника (преимущественно из никель-цинкового феррита), обладать определенной микротвердостью (≥800 кг/мм 2), малой микропористостью (≤6%) и размером зерен (≤6 мкм). Широко известны керамические способы получения таких материалов, основанные на механическом смешении: карбоната бария с диоксидом титана [1], тет-рати таната бария с диоксидом титана и с .другими оксидами [2], дибариевого нонатитаната (ДБНТ) с диоксидом титана [3]. 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 мелящих тел. Это приводит к появлению раковин и вкраплений на поверхности керамики и. тем самым, к колебаниям плотности, микропористости, величины Кα т. е. свойств наиболее важных для пластин магнитных головок. При этом ухудшаются эксплуатационные свойства и износостойкость головок. Известен способ, включающий механическое смешение и помол дибариевого нонатитаната с диоксидом титана с последующим формованием и обжигом смеси, в котором, с целью повышения механической прочности и снижения микропористости материала, используют дибариевый нонатитанат, полученный химическим осаждением [4]. Указанный способ имеет существенные недостатки, связанные: - с многостадийностью (способ включает отдельно получение дибариевого нонатитаната, предусматривающее осаждение ДБНТ из смеси хлористых солей Ва и ТІ аммиаком с последующей отмывкой осадка, сушкой, прокалкой, помолом продукта), -с длительностью (многочасовое совместное измельчение компонентов и помол смеси), - с высокой 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 барийи титансодержащих компонентов с последующей ее термообработкой, готовят смесь растворов хлористых солей бария и титана, взятые в молярном отношении ТіСІ4/ВаСІ2=6-15 с последующим распылением смеси под давлением 1,2-3 атм над поверхностью аммиака при молярном соотношении NH 4OH/åBaCl2 + ТІСІ4=4,5-6. Заявляемая совокупность признаков обеспечивает получение продукта с характеристиками, необходимыми для его использования в качестве материала для магнитных головок (микропористостью :≤6%, микротвердостью ≥ 800 кг/мм , коэффициентом термического расширения Кa =90-110 кг/мм 2). При этом по сравнению с прототипом: - исключается необходимость предварительного получения ДБНР, - исключаются длительные стадии измельчения и помола смеси ДБНТ с ТiO2, сопровождающиеся пылевыделением и приводящие к загрязнению продукта, - снижается температура спекания керамики. Из литературы известен прием распыления водных растворов солей, используемых для получения материалов на основе цирконататитаната 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, т. к. барий, не успев поглотиться гидроксидом титана, переходит в карбонат ВаСО3. В предлагаемом способе проявляется способность бария и титана в заявляемых условиях одновременно осаждаться аммиаком уже в газовой фазе. При этом достигается образование сферических плотных частиц размером 0,5-500 мкм, не захватывающи х маточник, содержащий NH 4CI. За счет это го и повышается скорость фильтрации и отмывки осадков от хлорионов. После прокалки получается порошок, состав и дисперсность которого исключают колебания плотности, микропористости, микротвердости и величины К & В результате известные приемы и новые условия их проведения впервые позволяют в едином процессе получить материл, пригодный для пластин магнитных головок .высокого качества. Пример. Готовят растворы четыреххлористого титана с концентрацией 1,146 моль/л и хлористого бария с концентрацией 0,83 моль/л. Эти растворы смешиваются в объемах 2,84 л и 0,314 л из расчета на мольное соотношение Ті4+/Ва2+=12,5. В реактор распылительного гидролиза заливают 1,12 л 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 NH4OH/åBaU2+TICl4 поддерживают равным 4,5. Размер распыляемых капель 0,5 мкм соответствует размеру сферических частиц осадка (определяются под микроскопом). Полученный осадок отфильтровывают, отмывают водой от хлорионов, прокаливают при 900950°С и подвергают 10-15 минутной дезагрегации. По данным рентгенофазового анализа в состав полученного продукта входит гомогенная смесь пентатитаната бария BaTl2On и диоксида титана ТiO2 в форме рутила. Соотношение ТiO2/ВаО соответствует заданному. Содержание примесей Fe, Mg, Al, SI, Pb менее 0,02% каждого элемента. Последующие примеры выполнялись также, изменялись только соотношения компонентов и* давление на распыление. Данные исследований приведены в таблице. При других концентрациях делается пересчет объемов растворов при соблюдении заданных соотношений компонентов. Из данных таблицы видно, что величины Кa = (90-100)· 10-7 град-1 можно достигнуть при отношении ТІО2 /BaO≥6 (вплоть до 15). При этом наиболее благоприятное значение Кa = -12.5±10 град-1 при наилучшей микропористости 4-4,5%, размере пор ≥6 мкм, при микротвердости 820 кг/мм 2 достигается при отношении ТЮ2/ВаО12,5±1.0. При мольном отношении ТiOг/ВаО менее 6 и более 15 резко ухудшаются свойства керамики. Если отношение NH4OH/BaCl 2+TICl4 менее 4,5, то не обеспечивается нужное рН и осаждается гидроксид титана с малой примесью бария. После прокалки порошок не спекается. Если это отношение выше б, 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, а также с захватом хлористого аммония из маточника. В обоих случаях резко снижается скорость фильтрации и отмывки осадков от хлорионов и одновременно ухудшаются свойства керамики. Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый способ позволит при сохранении высокого качества керамики, сократить длительность процесса с 68 до 18 ч, снизить затраты на его проведение за счет исключения необходимости предварительного получения ДБНТ, повысить эксплуатационные свойства керамики, а также снизить энергоемкость процесса за счет исключения операции прокаливания ДБНТ и снижения температуры прокаливания на стадии получения конечного продукта с 1200до900-950°С.