carbono ferrita

Quando eles falam sobrecarbono ferrita, muitas pessoas pensam imediatamente nas clássicas ferritas de estrôncio ou bário, mas o carbono é uma história diferente. Muitas vezes, em conversas de produção, você ouve que o carbono é para os aços, mas nas ferritas é uma impureza que é removida. Mas na prática tudo é mais complicado. Eu mesmo pensei assim por muito tempo, até que me deparei com um lote de material de um fornecedor, onde as fases contendo carbono deram um efeito inesperado na estabilidade térmica - elas não melhoraram, mas pioraram em certa faixa. Isso me forçou a cavar mais fundo.

O que realmente acontece com o carbono na carga

Na tecnologia clássica para a produção de ferritas, especialmente as duras, o carbono geralmente entra na carga através de matérias-primas - óxidos de ferro, carbonatos. Eles tentam queimá-lo na fase de pré-calcinação. Mas queimá-lo completamente é o ideal. Na realidade, especialmente com grandes volumes de fornos, sempre existem zonas locais onde o carbono é armazenado na forma de grafite ou mesmo forma carbonetos de ferro durante o processo de sinterização. Nem sempre é um desastre. Em algumas marcas de ferritas para aplicações de baixa frequência, um pequeno teor de carbono residual, convencionalmente de até 0,2%, pode até suavizar um pouco o ciclo de histerese, tornando-o um pouco mais retangular - mas esta é uma linha muito tênue, cruzada - e a força coercitiva aumenta incontrolavelmente.

Lembro-me que numa das antigas instalações de produção associadascarbono ferritasistemas, houve um problema com um lote de anéis para transformadores de pulso. A permeabilidade magnética variou de lote para lote. Eles começaram a investigar - a culpa não era da composição principal, mas do método de preparação do óxido de ferro. Foi utilizado pó de ferro reduzido, que foi então oxidado. E dependendo do modo de oxidação, as cadeias de carbono do processo carbonílico original permaneceram na estrutura. Foram eles que criaram centros adicionais para a fixação das paredes do domínio. A solução não foi encontrada na queima ideal, mas na introdução controlada de calcita na carga, que no processo ligou esse carbono a uma fase estável na fase de sinterização. Mas isso adicionou um estágio para controlar.

Outro ponto é que o carbono pode migrar. Se a ferrita sinterizada for então submetida a processamento mecânico - corte, retificação - o superaquecimento local na borda pode levar à difusão de carbono da atmosfera circundante (óleo, CO2) para a camada superficial. Isto cria uma camada fina e quebradiça, que desenvolve microfissuras durante o ciclo térmico. Isto foi observado em produtos que operavam em fontes de alimentação com grandes diferenças de temperatura. Tive que trocar o refrigerante durante a retificação e introduzir recozimento em baixa temperatura após a usinagem.

Casos práticos e experimentos fracassados

Fizemos um experimento há cerca de dez anos – uma tentativa de criar ferrita com usinabilidade aprimorada para formas complexas. A ideia era introduzir deliberadamente carbono fino na forma de fuligem no pó da prensa antes da moldagem. Eles pensaram assim: durante a sinterização, o carbono vai queimar, deixando microporos que vão diminuir a fragilidade e facilitar o posterior acabamento com ferramenta diamantada. A teoria funcionou parcialmente – a funcionalidade realmente melhorou. Mas as propriedades magnéticas, especialmente a indução de saturação e as perdas por correntes parasitas, caíram visivelmente. Os poros agiam como interrupções em um circuito magnético. Para produtos não responsáveis ​​poderia funcionar, mas para elementos de potência seria um fracasso total. Eu tive que recusar.

E aqui está o exemplo oposto, onde o carbono desempenhou um papel positivo, mas num papel diferente. Estamos falando de ferritas para sensores. Aí você precisa da estabilidade do ponto Curie. Deparamo-nos com o facto de que ao utilizar matérias-primas secundárias (reciclagem de resíduos), o material continha inevitavelmente vestígios de ligações orgânicas, ou seja, o mesmo carbono. Após otimizar o ciclo de sinterização - uma exposição mais longa em temperatura intermediária - esses resíduos não simplesmente queimaram, mas conseguiram restaurar parte do ferro férrico em ferro divalente, que é insignificante, mas deslocou o ponto Curie para uma região de temperatura mais alta e tornou a transição mais abrupta. Isso foi útil para sensores de temperatura. Mas repetir este efeito de forma estável sob condições de produção é outro desafio. Depende de muitos fatores: granulometria, atmosfera no forno, taxa de aquecimento.

Aqui vale destacar a experiência de grandes players que já trabalham há muito tempo com materiais magnéticos em escala industrial. Por exemplo,Corporação LONGI(site oficial -https://www.ljmagnet.ru), que desde 1993 desenvolve e produz equipamentos de mineração, incluindo, claro, separadores magnéticos. Seus engenheiros devem ter encontrado o problema da influência do carbono nas propriedades magnéticas das ferritas no contexto do desgaste e da estabilidade dos elementos de separação. No contexto da sua produção em Fushun, com uma área de 140.000 m2 e produção de cerca de 4.000 unidades de equipamentos por ano, as questões de reprodutibilidade e durabilidade dos sistemas magnéticos são agudas. Penso que a sua abordagem prática aos materiais, quando está em jogo a fiabilidade de uma unidade industrial, é muito diferente da investigação laboratorial. Eles provavelmente seguem o caminho da purificação máxima da carga de carbono e do uso de tecnologias de sinterização conservadoras e comprovadas para garantir a estabilidade do campo magnético dos separadores por anos. Esta é uma escala diferente e uma filosofia diferente de trabalhar com material.

Impacto no processo e no controle de qualidade

Como é no chão de fábrica? O principal ponto de controle é, obviamente, a calcinação. Mas mesmo aqui nem tudo é simples. Se você exagerar na temperatura ou no tempo de espera ao calcinar os óxidos, poderá obter uma estrutura de granulação muito grossa, que não poderá ser corrigida posteriormente. O carbono, se permanecer, comporta-se de maneira especialmente insidiosa em tal estrutura - durante a sinterização subsequente, pode causar re-redução local e a formação de ferro metálico. E isso já é um casamento, e nem sempre visível a olho nu. É detectado apenas ao medir perdas ou após operação prolongada em alta frequência - o produto superaquece.

Portanto, foi introduzido um controle adicional - não apenas uma análise química do carbono total (isso leva muito tempo), mas um teste rápido da resistividade do pó prensado após a calcinação. Um método indireto, mas funciona. Se a resistência for inferior ao esperado, existe a possibilidade de carbono residual ou formas de ferro de baixa valência. O lote é enviado para recozimento adicional.

Outra nuance prática é o molde. Para formar produtos complexos, como núcleos em forma de U, são utilizados ligantes orgânicos. Na verdade, isso também é carbono. A sua quantidade e tipo (álcool polivinílico, parafina) são críticos. Muito pouco e a peça irá desmoronar quando transportada para sinterização. Demais - quando queimado, permanecerão grandes poros e deformações. Selecionamos experimentalmente e para cada tamanho padrão do produto havia uma receita diferente. Não existe uma solução universal. Você só se lembra disso depois de vários lotes malsucedidos e reclamações de colecionadores.

Especificidades para diferentes tipos de ferrites

Nas ferritas de manganês-zinco (Mn-Zn), que são usadas para núcleos altamente permeáveis, a atitude em relação ao carbono é a mais rigorosa. Lá, até mesmo vestígios podem aumentar as perdas residuais. Toda a tecnologia é projetada para removê-lo. A sinterização em uma atmosfera contendo oxigênio é frequentemente usada no estágio final precisamente para oxidar quaisquer compostos de carbono residuais.

Com ferritas de níquel-zinco (Ni-Zn) para aplicações de RF, a história é um pouco diferente. Inicialmente há uma resistividade mais alta e o efeito do carbono na condutividade elétrica não é tão fatal. Mas pode influenciar a cinética de formação de fases durante a sinterização por reação. Houve casos em que a adição deliberada de uma pequena quantidade de carbonato a uma carga de ferrite Ni-Zn para absorvedores de microondas permitiu um melhor controle do tamanho do grão - o carbono inibiu temporariamente a difusão de cátions em um determinado estágio. Mas este, novamente, é o know-how de uma produção específica, que não é divulgada.

Para ferritas de bário e estrôncio (ímãs duros), o carbono é principalmente o inimigo. Reduz a força coercitiva. Mas há um ponto interessante na produção de ímãs anisotrópicos por prensagem a seco em um campo magnético. Aditivos contendo carbono (estearatos) são usados ​​para melhorar a fluidez do pó e a orientação das partículas. O objetivo é que eles se decomponham completamente e saiam antes que os grãos da fase principal comecem a crescer. Se o regime de temperatura for perturbado, o carbono dos estearatos penetra nos limites dos grãos e piora drasticamente as propriedades magnéticas do ímã acabado. Monitorado por termogravimetria no desenvolvimento do regime.

Pensamentos em voz alta e conclusões não óbvias

Então, voltando paracarbono ferrita. Não é apenas 'mistura'. Este é um parâmetro tecnológico que pode ser tanto um factor desestabilizador como, num quadro muito restrito, uma ferramenta para influenciar certas propriedades. Tudo depende do que você produz, de quais equipamentos e para quais condições de operação. A pureza absoluta não pode ser alcançada em escala industrial e nem sempre é necessária. O principal é entender onde ele pode aparecer (matérias-primas, ligantes, atmosfera), como se comportará em um determinado perfil de temperatura e como estabilizar esse processo lote a lote.

Freqüentemente, os problemas com a reprodutibilidade das propriedades não residem na composição principal, mas nessas “pequenas coisas” - o conteúdo e a forma do carbono que flutua devido a uma mudança no fornecedor de óxido ou ao desgaste do revestimento do forno, alterando a atmosfera. Portanto, nos mapas de processos tecnológicos para produtos críticos, escrevemos agora em uma linha separada não apenas o “teor de Fe2O3”, mas também o “teor máximo de C após calcinação” e até mesmo o “tipo de ligante recomendado para prensagem”. Isso reduz os riscos.

Como resultado, trabalhar com ferritas é sempre um compromisso entre características magnéticas, capacidade de fabricação, custo e estabilidade. O carbono é um dos atores neste campo. Não pode ser ignorado, mas também não deve ser demonizado. Basta conhecer seus hábitos em sua cadeia tecnológica específica. Como muitas coisas na ciência dos materiais, há mais empirismo e experiência acumulada do que teoria pura dos livros didáticos. E esta experiência, incluindo experiências fracassadas, é o que distingue um praticante de um teórico.