СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТНОГО СЕРДЕЧНИКА
METHOD TO MANUFACTURE MAGNETIC CONDUCTOR

Изобретение относится к области электротехники, а именно к изготовлению магнитных сердечников из аморфных магнитомягких материалов, и может быть использовано в вычислительной технике для элементов магнитной памяти, высокочастотных трансформаторах и дросселях различного назначения. Решаемая техническая задача заключается в способе изготовления сердечника с повышенной стабильностью магнитных свойств к климатическим и механическим воздействиям.
Известен способ изготовления жесткого ленточного сердечника из магнитного сплава на основе железа, содержащего медь, молибден, ниобий, кремний и бор (патент RU №2044796, С22С 38/16, опубл. 27.09.95, БИ №27), заключающийся в навивке ленты, имеющей аморфную структуру, с последующим отжигом и охлаждением. Для придания сердечнику жесткости перед отжигом его пропитывают неорганическим клеем на основе силиката натрия, известного своей жаростойкостью и адгезией к поверхности, при этом отвердевший неорганический клей находится в межвитковом пространстве.
Пропитка неорганическим клеем создает в сердечнике внутренние напряжения, которые отрицательно влияют на магнитные характеристики магнитопровода и сердечника в целом.
Очевидно, что последующий после пропитки неорганическим клеем отжиг только частично снимает внутренние напряжения, возникающие в сердечнике вследствие отверждения неорганического клея.
Известен способ изготовления магнитопроводов из аморфных магнитомягких сплавов (патент RU №2079915, H01F 41/02, опубл. 20.05.97, БИ №14), включающий навивку ленты, отжиг, покрытие синтетической смолой и отверждение. После этого осуществляют резку магнитопровода и механическую пришлифовку торцов его частей.
Данный способ отличается повышенной трудоемкостью подбора и, особенно, контроля температурных режимов отжига в процессе изготовления и пришлифовки торцевых частей магнитопровода. Так как у аморфных сплавов наблюдается повышенная склонность к охрупчиванию при нагреве и сопутствующая ей кристаллизация, то данный способ изготовления магнитопроводов и обработка его торцевых частей не оптимален, т.е. не гарантирует получение стабильных магнитных характеристик магнитопровода. Особенной трудоемкостью отличается процесс получения качественной поверхности пришлифованных торцов. В результате применения синтетической смолы в процессе ее отверждения наблюдается появление внутренних напряжений в магнитопроводе, что также отрицательно влияет на его магнитные характеристики.
Наиболее оптимальным вариантом, близким к заявляемому способу, является способ изготовления жесткого ленточного сердечника с высокой магнитной проницаемостью (патент RU №2041282, С22С 38/16, опубл. 09.08.95, БИ №22), заключающийся в навивке ленты из магнитного сплава на основе железа, в отжиге сердечника по оптимальному для данного сплава режиму. После охлаждения проводят пропитку клеем: неорганическим (водным раствором силиката натрия) или органическим (на основе эпоксидной смолы и полиэтиленполиамида в отношении 9:1) с последующей сушкой при температуре 90°С. При данном способе изготовления отвердевший клей находится в межвитковом пространстве сердечника.
При использовании способа-прототипа так же как и при любом из вышеуказанных способов, в межвитковом пространстве сердечника возникают значительные внутренние упругие напряжения, снижающие магнитные характеристики готового образца.
Таким образом, можно констатировать тот факт, что наличие клея в межвитковом пространстве сердечника вызывает появление внутренних сжимающих напряжений в нем и снижает магнитные свойства готового изделия.
Задачей настоящего изобретения является снижение внутренних упругих напряжений в магнитном сердечнике, что приводит к улучшению его магнитных характеристик и гарантирует высокую стабильность магнитных параметров при климатических и механических воздействиях.
При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:
- получены высокие значения коэффициента прямоугольности (Кп) у сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), коэффициент прямоугольности составляет 0,90-0,99;
- обеспечивается высокая стабильность магнитных параметров при климатических и механических воздействиях в диапазоне -60°С - +85°С;
- отсутствие упругих напряжений подтверждается наличием 15% образцов в каждой партии с очень высоким Кп, равным 0,95-0,999;
- коэффициент прямоугольности у сердечников с линейной петлей гистерезиса (ЛПГ) лежит в пределах 0,3-0,7; у сердечников с перминварной петлей (НПГ) коэффициент прямоугольности получен ≤ 0,01.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата в известном способе изготовления магнитного сердечника, включающем навивку ленты из аморфного магнитомягкого материала, ее отжиг и охлаждение, согласно изобретению на охлажденный магнитопровод наносят поли-пара-ксилилен газофазным осаждением. Толщина получаемого покрытия составляет 1-8 мкм. При сборке сердечника на внутреннюю поверхность защитного корпуса наносят органический компаунд, например марки КЛТ-30. Отжиг ленты проводят в продольном магнитном поле напряженностью Н=5-30 Э, либо в поперечном поле напряженностью Н=10-50 Э. В первом случае (продольном), коэффициент прямоугольности Кп составляет 0,95 и выше, в поперечном поле достигает величин Кп≤0,01. При отжиге без магнитного поля Кп находится в пределах 0,3 - 0,7.
При нанесении на охлажденную навитую ленту поли-пара-ксилилена газофазным способом он осаждается не только на внешней и торцевой поверхности навитой ленты, но пары его проникают и в межвитковое пространство, предотвращая контакт соседних витков между собой и, таким образом, обволакивая магнитопровод со всех сторон.
Учитывая, что поли-пара-ксилилен по своей структуре эластичен, он не вызывает упругих напряжений в магнитном сердечнике в отличие от аналогов, где в межвитковом пространстве находится отвердевший клей. При этом небольшая толщина слоя поли-пара-ксилилена (1-8 мкм) практически не влияет на массогабаритные характеристики сердечника.
Данное свойство поли-пара-ксилилена позволило расширить температурный диапазон применения сердечника до интервала -60°С - +85°С, при этом уходы магнитных характеристик лежат в пределах допуска.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Ленту из магнитомягкого аморфного материала (АМАГ 183, АМАГ 176, 30 КСР, 7421 и других) навивают. Изготовленный магнитопровод отжигают при температурах Т=350-450°С для формирования требуемых магнитных свойств. Отжиг проводят в магнитном поле: в продольном, напряженностью 5-30Э, или в поперечном поле, напряженностью 10-50 Э, или без магнитного поля. После отжига охлаждают магнитопровод до комнатной температуры и наносят на него поли-пара-ксилилен газофазным осаждением. Толщина слоя варьируется от 1 до 8 мкм. Полученный магнитопровод устанавливают в корпус и фиксируют его в нескольких точках кремнийорганическим компаундом КЛТ-30.
В примерах 1-3 данный способ опробован в 10 опытах по 10 сердечников в каждом, с различной толщиной покрытия поли-пара-ксилиленом: 1 мкм -10 шт.; 2,5 мкм - 20 шт.; 3 мкм - 10 шт.; 4 мкм - 20 шт.; 6 мкм - 20 шт. и 8 мкм - 20 шт. соответственно. Испытания сердечников проводились при температурных воздействиях в интервале -60°С - +85°С. Технические характеристики в примерах отражают область применения изделий из приведенных материалов. В первом примере АМАГ 183 применяется в элементах магнитной памяти, импульсных трансформаторах. В примере 2 30КСР применяется в дросселях фильтров. В примере 3 сплав 7421 используется в магнитопроводах, работающих в широком диапазоне частот, в том числе в импульсных режимах намагничивания.
Пример 1
Материал аморфный - АМАГ 183 на основе кобальта, с толщиной ленты 11-25 мкм. Отжиг тороидального магнитопровода размером ⌀4×⌀2×1 мм проведен в продольном магнитном поле напряженностью Н=20Э при температуре отжига Т=450°С в течение 90 минут. После отжига на охлажденный до комнатной температуры магнитопровод наносится газофазным осаждением поли-пара-ксилилен толщиной 1; 2,5; 3; 4; 6; 8 мкм. Органический компаунд типа КЛТ-30 используется для сборки магнитопровода в корпуса. Его наносят на внутренние поверхности алюминиевого корпуса, состоящего из двух одинаковых половинок, а вовнутрь помещают магнитопровод.
Получены следующие технические характеристики микросердечника:
Максимальный магнитный поток Ф<sub>max</sub> нВб
(750-800) нВб
Поток помехи ΔФп нВб
(7-30) нВб
Коэффициент прямоугольности Кп
(0,95-0,99)
Коэрцитивная сила IWc
(16-25) mA
Пример 2
Материал аморфный - сплав 30 КСР на основе железа. Тороидальный магнитопровод имеет размеры: ⌀8,6×⌀6,7×20. Отжиг проведен в продольном магнитном поле напряженностью Н=5 эрстед при температуре отжига Т=350°С в течение 30 минут; охлаждение в магнитном поле на воздухе в течение 1 часа. После отжига наносился поли-пара-ксилилен толщиной 2,5-8 мкм, а затем магнитопровод помещается в алюминиевый корпус с использованием кремнийорганического компаунда КЛТ-30.
Результаты измерений магнитных свойств сердечника:
max
Максимальная индукция насыщения B=15500 Гс
Коэрцитивная сила Hc=(0,055-0,06) Э
max
Максимальная магнитная проницаемость µ=(90000 - 90500) Гс/Э
Пример 3
Сплав 7421 - аморфный на основе железа. Тороидальный магнитопровод имеет размеры: ⌀8,6×⌀6,7×20. Отжиг проводится в поперечном магнитном поле напряженностью Н=10 - 50 Э при температуре отжига Т=400°С в течение 1 часа, охлаждение в магнитном поле в течение 2 часов. После охлаждения на магнитопровод наносится поли-пара-ксилилен толщиной 2,5-8 мкм, затем его помещают в защитный алюминиевый корпус с использованием кремнийорганического компаунда КЛТ-30.
Результаты измерений магнитных свойств сердечника:
Максимальная индукция насыщения Bmax=(15400-15700) Гс
Коэрцитивная сила Hc=(0,17-0,2) Э
Коэффициент прямоугольности Кп=(0,08-0,1)
Во всех примерах уходы магнитных параметров сердечников при температурных воздействиях лежат в пределах: ΔФм±3,5%; ΔФп±9%; IWc±10%.
Из анализа результатов, приведенных в примерах, следует сделать вывод, что применение поли-пара-ксилилена в качестве эластичной демпфирующей прослойки, обволакивающей магнитный сердечник, позволяет использовать его для работы в широком температурном диапазоне -60°С - +85°С, при этом сохраняются его магнитные характеристики в указанном интервале.