Постоянные магниты широко используются в
электронике, медицинской технике, датчиках, генераторах, системах управления
двигателями, различных механизмах автоматизации, для упаковки и удержания
металлических деталей. В зависимости от назначения магниты чаще всего
изготавливаются из сплава неодим-железо-бор или гексагональных ферритов бария
или стронция. Неодимовые магниты — наиболее мощные, но ферритовые значительно
дешевле, доступнее и устойчивее к химическим воздействиям и коррозии. Сейчас
актуальной задачей является улучшение характеристик ферритовых магнитов, чтобы
заменить ими неодимовые.
Кандидаты технических наук Андрей Мирович и Андрей
Тимофеев
Исследователи НИТУ МИСИС и Института общей и
неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН предложили свою альтернативу
дорогостоящим редкоземельным магнитам. Сперва они получили порошок из
нанопластинок гексаферрита бария дисковидной формы, обладающий высокой
коэрцитивной силой — величиной напряжённости внешнего магнитного поля,
необходимой для перемагничивания вещества.
«В среднем коэрцитивная сила коммерчески
доступных и широко используемых марок ферритов бария составляет до 4 кЭ, реже —
5 кЭ. Полученный нами порошок обладает коэрцитивной силой 5,6 кЭ, благодаря
чему превосходит большинство известных аналогов»,
— отметил кандидат технических наук Андрей Тимофеев, доцент кафедры
технологии материалов электроники НИТУ МИСИС.
Визуализация эксперимента
Чтобы получить магнит, порошок нужно спечь —
подвергнуть высокотемпературной обработке (1100–1300 °C) для формирования
объёмного керамического изделия. При этом частицы начинают срастаться, а их
размеры — увеличиваться, что приводит к уменьшению коэрцитивной силы. Для решения
этой проблемы исследователи применили технологию жидкофазного спекания, при
которой ферритовый порошок предварительно смешивается с легкоплавкой добавкой.
При нагреве она становится жидкой и заполняет поры между твёрдыми частицами,
способствуя их перераспределению и уплотнению. После охлаждения жидкая фаза
затвердевает, формируя плотный и прочный материал.
Исследователи добавляли к ферритовым частицам оксид
висмута или оксид бора в различном количестве, а затем полученную смесь
формовали и спекали при 900 °C. Несмотря на некоторый рост размеров частиц,
были получены прочные керамические образцы, сохранившие коэрцитивную силу на
высоком уровне — 5,3 кЭ.
Доцент кафедры технологии материалов электроники
НИТУ МИСИС Андрей Миронович
«Учёные давно пытаются улучшить магнитные
характеристики гексаферритов с помощью различных методов. Уникальность нашей
разработки в объединении нескольких технологий. Первая — получение
нанопластинок гексаферрита определённой формы, которое требует специальных
условий синтеза. Вторая — низкотемпературное спекание, с помощью которого
получается керамика с сохранением магнитных параметров исходного порошка.
Данный материал в дальнейшем может быть использован для создания более
эффективных ферритовых магнитов», — сказал кандидат
технических наук Андрей Миронович, доцент кафедры технологии материалов
электроники НИТУ МИСИС.
Подробности исследования опубликованы в Russian
Journal of Inorganic Chemistry. Работа выполнена в рамках стратегического
проекта НИТУ МИСИС «Материалы будущего» (проект K6-2022-043) по программе
«Приоритет-2030» Минобрнауки России.