СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОРОШКООБРАЗНОГО ОКСИДА МЕТАЛЛА В ПЕРЕМЕННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способам обработки металлов с использованием магнитных полей, и может быть использовано, например, для обработки твердотельного порошкообразного магнитного и немагнитного материала в переменном магнитном поле для модификации структурно-зависимых свойств этих материалов.

Обработка различных материалов в переменном магнитном поле, в том числе в переменном неоднородном магнитном поле, например во вращающемся магнитном поле, в импульсном магнитном поле и т.д., широко используется в металлургии, металлообработке, полупроводниковой технике и др. При этом характерной спецификой обладает воздействие слабого (<1 Тл) переменного магнитного поля.

В частности, известен способ магнитной обработки детали [1. Соколик Н.Л., Киричек А.В. Патент РФ №2082766, C21D 1/04, опубл. 27.06.1997], где воздействие на изделие осуществлялось высокочастотным переменным магнитным полем.

Известен способ импульсной магнитной обработки кремниевых подложек для осаждения тонких пленок методом пульверизации [2. М.Н. Левин, В.Н. Семенов, А.В. Наумов, Письма в ЖТФ, 2001, том 27, вып.7, 35-39], где обработка проводилась однополярными треугольными импульсами магнитного поля с амплитудой В=0,6 Тл.

Известен способ окисления кристаллов фосфида индия с предварительной магнитной обработкой [3. Г.В. Семенова и др. Конденсированные среды и межфазные границы, 2005, том 7, №2, 150-153], где воздействие осуществлялось серией треугольных импульсов с амплитудой В=0,3 Тл.

Известен способ активации поверхности полупроводников воздействием импульсного магнитного поля [4. М.Н. Левин и др. ЖТФ, 2003, том 73, вып.10, 85-87], где образцы подвергались воздействию импульсного магнитного поля с амплитудой В=0,4 Тл.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ [5. Ф.X. Чибирова, Журнал физической химии, 2008, том 82, №9, с.1-3], где применялось воздействие слабого (В=0,1 Тл) переменного магнитного поля на порошкообразные магнитные и немагнитные оксиды металлов, и было показано, что быстрые процессы перестройки дефектной структуры захватывают и объем, и поверхность кристалла.

Недостатком всех указанных способов, в том числе и прототипа, является то, что использование этих способов для магнитной обработки порошкообразного материала не обеспечивает надежной воспроизводимости результатов и эффективности обработки порошкообразного материала с силу случайного статического положения частиц порошкообразного материала относительно вектора индукции магнитного поля в зоне обработки.

Технической задачей изобретения является достижение эффективной и равномерной обработки порошкообразного магнитного и немагнитного материала в слабом переменном магнитном поле.

Данная задача решается тем, что обработку порошкообразного порошкообразного оксида металла проводят в переменном магнитном поле с заданными амплитудой, частотой и длительностью воздействия и при этом осуществляют непрерывное изменение ориентации частиц порошкообразного материала относительно вектора магнитной индукции путем перемешивания обрабатываемого порошкообразного материала с частотой, близкой к частоте переменного магнитного поля.

Сущность предлагаемого решения состоит в том, что в процессе обработки порошкообразного оксида металла в слабом переменном магнитном поле эффективность и равномерность обработки достигается за счет постоянного изменения ориентации частиц порошкообразного материала относительно вектора магнитной индукции, что обеспечивает эффективность и равномерность обработки. Это обстоятельство особенно важно при использовании слабого магнитного поля и небольших времен обработки, т.к. при малых временах обработки (1-2 минуты) в порошковых материалах наблюдаются осцилляции временной зависимости магнитного эффекта, и только при больших временах обработки, начиная с 2-3 минут, эта зависимость выходит на стационарное значение магнитного эффекта.

Перемешивание порошкообразного материала в процессе обработки в переменном магнитном поле с заданными амплитудой, частотой и длительностью воздействия осуществляют либо механическим путем, либо газовыми потоками по схеме «кипящего слоя», либо вращающимися магнитными полями.

Ниже приведены некоторые примеры реализации предлагаемого способа обработки порошкообразного магнитного и немагнитного материала в переменном магнитном поле с заданными амплитудой, частотой и длительностью воздействия, подтверждающие промышленную применимость заявленного технического решения, которыми, однако, не ограничивается осуществление предложенного изобретения.

ПРИМЕРЫ.

Примерами, иллюстрирующими данный способ, является обработка в слабом вращающемся магнитном поле порошкообразных магнитных и немагнитных оксидов, а именно: оксидов железа - α-Fe₂O₃ (немагнитный (антиферромагнитный) материал) и γ-Fe₂O₃ (магнитный (ферромагнитный) материал).

Аналогичные результаты, свидетельствующие о повышении эффективности обработки в магнитном поле порошков при их перемешивании, были получены и на других магнитных и немагнитных порошках, таких как магнитная окись-закись железа Fe₃O₄ и немагнитные оксиды редких земель: оксид церия СеО₃, оксид иттрия Y₂O₃, цирконат лантана La₂Zr₂O₇.

Обработка осуществлялась во вращающемся магнитном поле с частотой ω, равной 21 Гц и 40 Гц, и с амплитудой В, равной 0,1 Тл и 0,05 Тл, в течение 3-х минут. Перемешивание порошка немагнитного оксида α-Fe₂O₃ осуществлялось тремя способами:

- механическим путем с помощью лабораторной мешалки (п.2)

- потоком газа (азота) по схеме «кипящего слоя» (п.3)

- вращающимся магнитным полем (п.4)

с добавлением мелкодисперсных магнитных никелевых Ni опилок в объемном соотношении оксид:Ni=20:1 для исключения эффектов механоактивации.

Перемешивание порошка магнитного оксида железа γ-Fe₂O₃ в процессе обработки во вращающемся магнитном поле осуществлялось вращающимся магнитным полем одновременно с магнитной обработкой порошка. Для осуществления магнитной обработки без перемешивания магнитного оксида γ-Fe₂O₃ вращающимся магнитным полем в рабочую зону установки помещалась закрытая ампула, плотно упакованная оксидом γ-Fe₂O₃ для предотвращения движения частиц порошка.

Критерием эффективности магнитной обработки являлось изменение площадей рентгеновских спектров образцов порошков оксидов α-Fe₂O₃ и γ-Fe₂O₃ до и после магнитной обработки, которое свидетельствует о перестройке дефектной структуры материала, т.е. об эффекте обработки в магнитном поле.

В таблицах 1-16 приведены данные по результатам магнитной обработки образцов порошков немагнитного оксида железа α-Fe₂O₃ (таблицы 1-12) и магнитного оксида железа γ-Fe₂O₃ (таблицы 13-16) с перемешиванием по п.2, 3, 4 и без перемешивания при прочих равных условиях.

Оксид железа α-Fe₂O₃, не обработанный в магнитном поле, имеет площадь рентгеновского спектра, равную (27±4) усл. ед.

Оксид железа γ-Fe₂O₃, не обработанный в магнитном поле, имеет площадь рентгеновского спектра, равную (43±4) усл. ед.

На фиг.1 и 2 показаны типичные рентгеновские спектры образцов немагнитного оксида железа α-Fe₂O₃ и магнитного оксида железа γ-Fe₂O₃, соответственно, до и после магнитной обработки в поле с частотой ω=20 Гц и амплитудой В=0,1 Тл в течение 3-х минут с перемешиванием и без перемешивания.

α-Fe₂O₃