Материал: Магнитные порошки и магнитные суспензии (90

Министерство образования Российской Федерации Казанский государственный технологический университет

О.А.Исхаков, Р.И.Крикуненко

МАГНИТНЫЕПОРОШКИИ

МАГНИТНЫЕСУСПЕНЗИИ

Конспект лекций

Казань 2002

УДК 772.32

Магнитные порошки и магнитные суспензии: Конспект лекций/О.А.Исхаков, Р.И.Крикуненко; Казан.гос.технол.ун-т. Казань, 2002. 28 с.

Конспект лекций включает два раздела. Первый раздел содержит ха- рактеристику современных магнитных порошков для рабочих слоев маг- нитных носителей с точки зрения теории магнетизма, а также способы их получения. Второй раздел посвящен магнитным суспензиям. Приведены теоретические основания технологических процессов приготовления маг- нитныхсуспензийспозицийфизическойиколлоиднойхимии.

Предназначен для студентов, обучающихся по специальности 250700

— " Технология кинофотоматериалов и магнитных носителей", изучающих дисциплину "Технология магнитных носителей информации и бессеребряных материалов".

Печатаетсяпорешениюредакционно-издательскогосовета Казанскогогосударственноготехнологическогоуниверситета

Рецензенты: начальникопытногопроизводстваОАО "КИФ", канд.хим.наукГ.П.Крупнов

доц.В.Г.Бортников

2

Введение

Современная технология порошковых носителей магнитной записи включает в себя производство магнитного порошка, приготовление суспензии последнего в растворе связующих полимеров, нанесение слоя этой суспензии на основу, высушиваниеэтогослояиотделкумагнитнойленты.

Таким образом, вся технологическая цепочка начинается с

приготовлениямагнитногопорошка.

Специалистам известно большое число магнитотвердых веществ, пригодных в качестве порошковых материалов для рабочих слоев магнитных носителей (МН). Тем не менее до настоящего времени основным материалом для этой цели является порошок γ-окиси железа γ-Fe2О3 с игольчатыми частицами, обладающими отчетливо выраженной анизотропией формы. Промышленное применение получил также высокодисперсный порошок диоксида хрома СrО2. МН, содержащие этот порошок, имеют меньший копирэффект, лучшую частотную характеристику и меньшие шумы, чем МН на основе γ-Fе2О3. В настоящее время разработаны МН с рабочими слоями, содержащимиметаллическиепорошкииМН сметаллическимипокрытиями. Но стоимость их высока и применение ограничено. Кроме того, получили распространениепорошкимодифицированногодиоксидахрома.

3

Раздел1. МАГНИТНЫЕПОРОШКИ

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МАГНИТНЫХ ПОРОШКАХ

Магнитные окислы железа встречаются в природе в свободном виде, но они сильно загрязнены примесями. Поэтому γ-Fе2О3, как правило, получают окислением магнетита Fе3О4 (ферроферрита FеО Fе2О3), в процессе которого сохраняется форма и размеры частиц. Магнетит также является магнитным материалом, однако не находит промышленного применения из-за тенденции к окислению.

Так как форма и размер частиц γ-Fе2О3 имеют первостепенное значение и во многом определяют его магнитные свойства, рассмотрим кристаллическую структуру магнетита Fе3О4 и γ-Fе2О3. В ферритах анионами являются О=, а катионами - Ме2+ и Ме3+. При описании кристаллических решеток исходят из принципа наиболее плотной упаковки анионов и катионов, обусловленного стремлением системы к минимуму энергии Гиббса. Чтобы наглядно представить возможности распределения ионов, рассмотрим геометрическую

задачу о максимальном заполнении пространства шарами. На рис. 1 показан плоский слой шаров, прилегающих плотнейшйм образом друг к другу.

Рис. 1. Слой шаров, плотно прилегающих друг к другу

Второй слой можно уложить на первый только одним способом: каждый шар второго слоя ляжет в лунку, образованную тремя шарами нижнего слоя (рис.26). Третий слой можно уложить на второй уже двумяспособами.

Рис. 2. Способы укладки шаров

Попервомуспособуцентрышаров нижнегоитретьегослояокажутсяна

4

одной вертикали (рис. 3а). В этом случае третий слой повторяет первый, и слои чередуются в порядке 1-2-1-... .При этом возникает кристаллическая решетка в виде гранецентрированного куба (рис.За). По второму способу укладки каждый шар третьего слоя размещается в лунке, образованной шарами второго слоя. Таким образом, полученный третий слой шаров

Рис. 3. Кристаллографические структуры:

а - кубическая, б - гексагональная

отличается от первого и второго (рис. 36). В этом случае происходит чередование трех слоев: 1-2-3-1-2-3-1-2-3..., при этом образуется структура, называемая в кристаллографии«гексагональнаясингония» .

Хотя в. обоих случаях плотность заполнения пространства (74,05%) и координационное число шаров (12) одинаковы, симметрия шаров различна. Это обусловливает и различные свойства кристаллов, построенных указанными способами. Остающаяся часть пространства (25;95%) представляет собой пустоты между шарами. Эти пустоты могут быть двух типов: тетраэдрические — образующиеся 4 шарами (рис. За), и октаэдрические, образующиеся из шести шаров, расположенных в вершинах октаэдра (рис. 36). Но независимо от типа упаковки на п шаров приходится п октаэдрических пустот и 2п тетраэдрических. Если пустоты заполнены ионами, то образуются различные типы структур. Например, при заполнении в кубической решетке всех октаэдрических пустот* образуются соединения типа СаР2, всех тетраэдрических - типа КаС1, половины тетраэдрических - типа ZnS. При заполнении 1/8 тетраэдрических и 1/2 октаэдрических пустот ионами двух типов образуется структура типа Ме2+Ме3+О42– , название которой «шпинель» происходит от минерала МgА12О4, который носит название «благородная шпинель». Если заменить ион А13+ на ион Fе3+, а ион Мg2+ на Ме2+ (где Ме2+ - это Со2+, Fе2+, Ni2+), то получится феррит шпинели, имеющий общую формулу Ме2+Ре23+О42– . С позиций теории плотнейших упаковок структуру шпинели можно представить следующим образом (рис. 4): анионы О2– образуют плотную гранецентрическую кубическую упаковку, а катионы Ме2+ и Fе3+ располагаются в пустотах между анионами. В элементарную ячейку входят

5