O Papel da Moagem na Produção de Hexaferritas

Todas as propriedades dos materiais são governadas por uma ocasional combinação complexa de propriedades intrínsecas e extrínsecas. Uma propriedade intrínseca, como a magnetização de saturação, é governada pela composição do material, enquanto que uma propriedade extrínseca, como a coercividade magnética, é em grande parte, determinada pela microestrutura a qual é fortemente influenciada pelos procedimentos de processamento [41]. A granulometria do pó cerâmico deve atender aos requisitos específicos de cada aplicação, isto é, tamanho nanométrico para aplicação como pigmento e tamanho submicrométrico para aplicação como um compactado [42].

As técnicas comerciais de moagem são utilizadas na tecnologia dos materiais magnéticos para reduzir o tamanho de partícula de multidomínio para mono domínio. Este processo geralmente produz misturas que não são homogêneas em escala micrométrica. A técnica de moagem a seco introduz elevadas tensões na rede cristalina do material. Por outro lado, os processos de moagem a úmido produzem uma mais rápida diminuição do tamanho de partícula com uma distribuição estreita e reduz as tensões na rede cristalina do material. Moagens convencionais a seco ou a úmido, de pós de ferrita de bário, sem a utilização de surfactantes, causam poucas mudanças inesperadas nas propriedades físicas do material, embora leves mudanças nas propriedades magnéticas dos pós moídos a úmido tenham sido relatadas. Essas mudanças podem ser atribuídas a alterações morfológicas dos cristais. Campbell et al [42] relataram o uso de moagem convencional a úmido em aplicações industriais de pós de hexaferrita de bário com a utilização de um agente dispersante nos estágios finais do processamento. As mudanças magnéticas e estruturais causadas pela moagem assistida por um surfactante, podem vir a complicar a possibilidade da ativação mecânica e química superficial e as eventuais reações químicas entre os componentes moídos [42]. A adição de surfactantes, por outro lado, aumenta a eficiência da moagem a úmido, mostrando uma notável influência na morfologia da partícula e melhoria nas reações de estado sólido [43].

Kaczmarek et al [44] observaram um aumento da coercividade

intrínseca dos pós de ferrita de bário depois de um tempo relativamente pequeno (20 – 50 h) de moagem a seco ou a úmido. Esse comportamento já seria esperado, uma vez que a moagem tende a reduzir o tamanho de partícula de multidomínio para mono domínio (≈ 1 μm). Uma moagem mais prolongada, tende a diminuir a coercividade e a magnetização de saturação, o que é explicado pela introdução de defeitos e a geração de frações de tamanho superparamagnético ou a existência de uma segunda fase com menor magnetização de saturação e uma temperatura de Curie mais baixa do que àquela do material mais grosseiro. Recentemente, fatores microestruturais têm sido apontados como determinantes das propriedades do material, mediante geração de um estado nanoestruturado, com uma fração volumétrica de cada partícula tendo uma desordem natural. As implicações magnéticas deste efeito incluem uma diminuição da saturação magnética, com um aumento na fração de bloqueios cristalinos de curto alcance volumétrico com uma efetiva camada superficial não magnética (predominantemente nas superfícies de direção do eixo c). A dependência do comportamento magnético em relação à temperatura foi atribuída a íons magnéticos (interações de troca magnética tipo ferrimagnético) na camada superficial do nanocristal.

Existem algumas mudanças da saturação magnética e coercividade na moagem a úmido dos pós de ferrita de bário que podem ser atribuídas à existência de finos, partículas superparamagnéticas no pó moído, mas nenhuma modificação na estrutura foi observada [43]. O objetivo da moagem do trabalho de Kaczmarek et al [43] foi o controle da coercividade magnética dos pós com a mínima influência na saturação magnética.

Teng et al [45] comentam em seu estudo de ferritas de estrôncio, que é

necessária a redução do tamanho de grão da ferrita abaixo de 1 μm para se ter uma coercividade satisfatória, além de um alto grau de densificação e orientação para se obter uma indução residual alta. Entretanto, é difícil orientar partículas de ferrita de estrôncio com tamanho de partícula submicrométrico em um campo magnético no estágio de prensagem devido à adesão das partículas. Tratamentos com dispersantes e a redução da força coerciva das partículas da ferrita são métodos muito efetivos para prevenir esta adesão. Teng et al [45] conseguiram obter uma amostra pré-sinterizada com distribuição de tamanho de grão uniforme e coercividade baixa, correlacionando o grau de pureza e o estado de agregação dos materiais de partida com a força coerciva intrínseca e a microestrutura. Os resultados confirmaram que em comparação à moagem a úmido, um longo tempo de moagem a seco promove o desenvolvimento da deformação do cristal e reduz efetivamente a força coerciva dos pós. Os autores

relatam que uma notável melhoria de suas propriedades magnéticas é obtida pelo aumento do tempo de moagem a seco, a fim de controlar o tamanho de partícula médio abaixo de 1,8 μm e acima de 0,75 μm na moagem a úmido, usando uma quantidade ideal de dispersante.

Os principais fatores que afetam o desempenho magnético da ferrita de estrôncio incluem a pureza da fase magnética, alinhamento de grão durante a prensagem a úmido em presença de um campo magnético e a densificação das peças

sinterizadas [45]. Magnetização de saturação específica (σs) e grau de alinhamento

do grão destacam-se entre os muitos fatores que afetam a indução residual (Br). A

seleção de materiais de partida com alta pureza é a chave para elevar (σs), enquanto

que o aumento do grau de alinhamento do grão é determinado pelo modo como o grão é arrumado durante a prensagem a úmido em um campo magnético, o que é afetado pela condição física da “lama”. Neste caso, a coesão da “lama” pode ser reduzida através da diminuição da coercividade intrínseca do pó de ferrita e pela adição de dispersante.