Файл: Авилов Г.В. Изготовление магнитных лент для кинематографии.pdf

Решетку железа обычно называют кубической объемноцентрированной решеткой, а никеля — кубической гранецентрированной.

Кобальт имеет гексагональную ячейку. Атомы железа занимают в решетке yFe2 03 те же места, которые они за­ нимали в решетке Fe3 04, только в решетке yFe2 03 Ѵэ этих мест не занята.

Гауль и Шун показали, что элементарной ячейкой YFe2 03 является Fe2 403 6, поэтому реакция окисления соот­ ветствует уравнению:

Окисление магнетита происходит с образованием пус­ тот, но с сохранением структуры и величины кристаллов. Эти пустоты в решетке у-окиси железа распределены рав­ номерно. Вследствие разрыхления решетки молекулярная поверхность yFe2 03 оказывается большей и теплосодер­ жание ее возрастает.

Теоретический расчет показывает, что в магнетите (FeOFe2 03 ) должно быть 31,03% закисного железа. На практике это не оправдывается, так как вследствие само­ окисления бывает всегда меньшее количество закисного железа. Поэтому при получении магнетитов надо стре­ миться предотвратить окисление во время промывки и просушки.

3.Природа ферромагнитных явлений

вмагнитном материале

Современная наука о строении вещества позволяет внести некоторую ясность в наше представление о строении на­ магничивающихся тел и дает объяснение основ ферро­ магнетизма.

Известно, что всякое вещество построено из атомов, представляющих собой систему, состоящую из положи­ тельно заряженного ядра, вокруг которого по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. Кроме движения по орбите электрон вращается еще вокруг сво­ ей оси. Каждый электрон, вращаясь вокруг оси, прове­ денной через его центр, обладает спином, ориентирован-

10

ным в одном из двух взаимных положений. Таким обра­ зом, под термином «спин» принято обозначать поле электрона, возникающее вследствие его кругового дви­ жения около собственной оси. В результате движения электронов вокруг атомного ядра и вращения их вокруг собственных осей внутри атома создается магнитное по­ ле, которое в магнитных явлениях играет главную роль.

ноя оШоѵт

Рис. 5. Электронные оболочки атома железа

Орбиты и оси вращения отдельных электронов могут находиться в различных положениях друг к другу, в та­ ких же относительных положениях будут находиться и создаваемые движущимися электронами магнитные поля, которые, в зависимости от их взаимного расположения, будут частично или полностью складываться или вычи­ таться.

В итоге атом может обладать каким-то результирую­ щим магнитным полем или может не иметь его.

Об атомах, имеющих магнитное поле, говорят, что они обладают магнитным моментом; о прочих атомах гово­ рят, что они не имеют магнитного момента.

Атомы в ферромагнитных веществах расположены в определенном порядке. На рис. 5 схематически показаны электронные оболочки атома железа. На всех оболочках спины электронов скомпенсированы (количество поло­ жительных и отрицательных спинов равно), кроме обо­ лочки, предшествующей внешней (или валентной) орби­ те. Отсутствие компенсации спинов электронов в предпо­ следней оболочке обусловливает ферромагнетизм.

11

Изменение знака и величины намагниченности ферромаг­ нитных материалов связано с изменением направления спинов электронов на некомпенсированных орбитах. Однако отсутствие компенсации спинов в одном атоме — не единственная причина появления ферромагнетизма, она связана и с кристаллической структурой.

Можно заметить (табл. 1), что у железа число избы­ точных спинов равно 4, у кобальта — 3, у никеля — 2 . Эти металлы являются ферромагнитными. Однако марганец, стоящий в периодической системе перед железом, имеет 5 избыточных спинов, но не обладает ферромагнитными свойствами. Поэтому должны быть приведены дополни­

В распределении электронных спинов в ферромагнит­ ном кристалле участвуют и кристаллические силы. Крис­

мельчайшие участки внутри магнитного кристалла, раз­ деленного переходными слоями; домены намагничены практически до насыщения, так как в каждом из них большинство электронных спинов атомов ориентировано в одном направлении.

Размеры и форма доменов различны, они зависят от стремления ферромагнитного кристалла принять наибо­

12

ориентации доменов и тем самым создает намагничен­ ность кристалла. Степень легкости намагничивания фер­ ромагнетика определяется силами, препятствующими по­ вороту магнитных моментов вдоль направления поля. Они зависят главным образом от магнитного взаимодействия между атомами в кристаллической решетке, свойственной данному ферромагнетику.

Таким образом, ферромагнетизм, обнаруживаемый те­ лом, непосредственно связан с его кристаллической струк­ турой.

Для производства магнитных лент используют порош­ ки окислов железа, магнетита и ферромагнитной окиси железа.

4.Изготовление окиси железа 'уРегОз, кристаллы которой имеют кубическую форму

Вначале для звукозаписи использовали черную магнит­

Ж. Дериод [45] указывает на вещества, которые бы можно было получить в виде порошка со стойкими ферро­ магнитными свойствами для изготовления магнитных но­ сителей звука. Такими веществами могут быть: ферромаг­

железа, окись железа и т. д.); простые и двойные ферри­ ты, редкоземельные элементы и т. д.

Л. Бхоргова и С. Прокаш [192] утверждают, что окис­ лы, приготовленные из щавелевокислого трехвалентного железа или бензоата железа, ферромагнитны. Такие окис­ лы можно получить путем разложения щавелевокислого железа при ограниченном доступе воздуха или в среде инертного газа.

13

0. Глемзер и Е. Гвиннер [193] полагают, что можно приготовить новую ферромагнитную гексагональную окись железа путем окисления двухвалентной соли же­ леза после добавки избыточного количества едкого натра.

По данным Р. Шрадера, А. Зимона и Г. Аккермана [181], окись, полученная в электрической дуге, пригодна для изготовления магнитных лент. В этом случае окись железа получается непосредственно из железа без про­

[194] приготовили тиомагнетит FeSFe2C>3 нагреванием эк­ вимолекулярных количеств FeS и Ре 2 0з в атмосфере азота.

Один из способов приготовления, дающий почти стехиометрическое соотношение окислов в Рез04, состоит в сжигании Fe (СО) 5 (пентакарбонила железа) при ограни­ ченной подаче воздуха [145].

Магнетиты разделяют на синтетические, получаемые мокрым способом, и технические, получаемые сухим способом [54].

Синтетический магнетит получают методом осажде­ ния из растворимых солей железа. Различают две группы синтетических магнетитов:

1. Осаждением из раствора, в котором соотношение закисного и окисного железа равно 1 : 2, как в Рез04. В этом случае раствор, содержащий один моль FeS04 и два моля Fe2 (S04)3, вливают в кипящий раствор, содер­ жащий избыток NaOH. Осадок Fe3 04 отмывают от щело­ чи и высушивают.

2. Осаждением из раствора, содержащего только закисное железо, с применением окислителя. Практическое значение в этом случае могут иметь двухвалентные соли серной [81], соляной [178] и азотной [24] кислот.

Технический магнетит получают восстановлением не­ магнитной окиси железа aFe203 или водной окиси желе­

14