УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕКСТУРИРОВАНИЯ МАГНИТНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПОСТОЯННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

МПК H01F 38/00
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕКСТУРИРОВАНИЯ МАГНИТНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ  ПОСТОЯННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована при формировании многослойных функциональных радиоматериалов и покрытий, а так же для изготовления магнитов из порошковых материалов. Более конкретные к области: создание композиционных многофункциональных радиоматериалов на основе ферро и ферримагнитных материалов, для снижения уровня мощности вредного высокочастотного электромагнитного излучения; для решения задач электромагнитной совместимости; создание высокопроводящих полимерных соединений, подложек, высокопрочной керамики для радиоаппаратуры.
Уровень техники
На сегодняшний день разработаны различные устройства и способы текстурирования магнитных материалов, которые позволяют создавать высокопрочные, хорошо проводящие материалы на основе магнитных фаз. Магнитные фазы таких композиционных материалов могут помещаться в различные матрицы: резина, краски, клей, керамика, смолы и тому подобное.
Классическим подходом при создания текстурированных материалов (анизотропных материалов) для порошковых магнитных кристаллов является метод, описанный в [И.Б. Кекало, Б.А. Самарин. Физическое металловедение прецизионных сплавов; сплавы с особыми магнитными свойствами / М.: Металлургия, 1989, 495 с.]. В данном подходе текстура обеспечивается за счет ориентации порошка активной фазы, состоящего из частиц монокристалла, во внешнем магнитном поле с последующим прессованием в пресс-форме, выполненной из не магнитного материала.
Недостатками данного технического решения является то, что при прессовании, направленного перпендикулярно и параллельно магнитному полю, невозможно получить равномерное распределение магнитной фазы и текстуры высокой степени по всему объему, а также сложность создания однородного магнитного поля большой величины.
В [АС 1630279], описывается установка с неоднородным магнитным полем, для создания искусственной анизотропии в композите с целью управления электромагнитными характеристиками. В качестве активной фазы используются частицы феррита. В этом случае распределение магнитных частиц происходит нелинейно, в связи с неоднородностью поля. Следует отметить, что воздействие неоднородным магнитным полем приводит к уплотнению магнитных частиц к краям заготовки и, как следствие, возникновению агломератов.
Известно техническое решение с использованием импульсных электромагнитов для создания многослойных текстурированных магнитных материалов на основе магнитомягких материалов [US 5762967]. Недостатком метода, является ограниченность в выборе связующего материала (на основе каучука) обусловленное технологией прессования.
Известно техническое решение с использованием импульсного магнитного поля для текстурирования порошка магнито-одноосного магнитного материала [RU 2424082]. Формирование брикета-заготовки порошкового постоянного магнита осуществляют путем заполнения матрицы из немагнитного эластичного материала первоначально слоем порошка магнито-мягкого материала с намагниченностью насыщения не ниже намагниченности насыщения порошка магнито-одноосного магнитного материала, затем заполняют матрицу порошком магнито-одноосного магнитного материала и завершают формирование брикета слоем из порошка магнито-мягкого материала, герметизируют матрицу, текстуруют порошок в брикете импульсным магнитным полем с последующим всесторонним уплотнением брикета и после операции уплотнения брикета слои порошка магнито-мягкого материала удаляют из брикета. Матрицу заполняют магнито-мягким порошком на величину не менее 2/5 объема матрицы. Недостатком указанного способа является наличие большого количества дополнительных технологических операций по созданию требуемой текстуры, а именно послойное заполнение матрицы, использование порошков с разными магнитными характеристиками, удаление части материала после изготовления магнита.
Известно техническое решение для прокатки стали при термической обработке [RU 2550448]. Результатом является уменьшение электромагнитных потерь в металле. Полученный результат обусловлен тем, что при прокатке в материале формируется искусственная анизотропия в направлении проката листа стали, и, как следствие, увеличение проводимость материала. Основными недостатком данного решения является механическая деформация, которая приводит к увеличению упругих напряжений, а также большие энергозатраты при производстве.
Известен способ, связанный с термомагнитной обработкой магнитомягких материалов, который может быть использован для улучшения их магнитных характеристик [RU 485155]. Для достижения требуемого эффекта необходим высокотемпературный отжиг, бомбардировка ускоренными ионами инертных газов и термомагнитной обработкой. Недостатком является длительная по времени многоступенчатая обработка материала на различных установках и применение нестандартного сложного оборудования.
Известно изобретение для создания цилиндрической текстуры с использованием постоянного магнита [RU 2125333]. Устройство имеет неподвижный магнит и подвижную платформу с возможностью вращения на 360°. Недостатком технического решения является то, что частицы активной фазы могут слипаться, образуя при этом большие агломераты, которые трудно сориентировать в магнитном поле, а также отсутствие постоянного равномерного вращения на углы боле 360°. Еще одним недостатком является наличие градиента магнитной фазы вдоль вертикальной оси текстурируемого материала, который неизбежно появляется при осаждении магнитной фазы в процессе полимеризации.
Известен способ создания текстуры в сверхпроводящей керамике [RU 2081090]. Способ заключается в воздействии на керамическое изделия в процессе его формирования ультразвуковой установкой, что приводит к увеличению проводящих характеристик материала, которое возникает за счет формирования текстуры в направлении распределения амплитуды волны. Недостатком является то, что материал получает равномерное распределение магнитной фазы по всему объему, в то время как величина анизотропии увеличивается незначительно.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство [RU № 2225051], содержащее пресс-форму, общее основание, немагнитный термостат, в котором содержится пресс-форма, низкочастотный трансформатор, два выпрямительных диода, две пары стержнеобразных магнитопроводов, расположенных под углом 60-120°, две пары обмоток, размещенных вокруг первой и второй пары стержнеобразных магнитопроводов. Устройство имеет возможность регулирования величины магнитного поля путем изменения номинальных значений напряжения на обмотках магнитопроводов. Также устройство имеет возможность поворота магнитов в горизонтальной плоскости на угол ± 30°. Недостатком этого технического решения является то, что частицы активной фазы могут слипаться, образуя агломераты, которые не будут ориентироваться в магнитном поле, а так же к образованию градиентной структуры вдоль вертикальной оси за счет не равномерного осаждения агломератов различных размеров. Еще одним существенным недостатком является относительно большие энергозатраты вследствие применения источника питания большой мощности необходимого для питания электромагнита и нагревания термостата. Описанное устройство принято за прототип полезной модели.
В основу создания настоящей полезной модели положена задача устранения эффекта образования агломератов и как следствие увеличение степени магнитной текстуры материала.
Решение поставленной задачи достигается тем, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство имеет возможность установки произвольного угла текстурируемого материала относительно магнитов в горизонтальной плоскости, а так же обеспечивает непрерывное вращение. Помимо этого, в конструкции в качестве горизонтальной площадки использована ультразвуковая пластина, что позволяет разрушить агломераты, не давая при этом слипаться магнитным частицам. Так же воздействие ультразвуком препятствует образованию градиентной структуры, что приводит к увеличению степени магнитной текстуры материала. Регулирование величины магнитного поля происходит по средствам изменения расстояния между постоянными магнитами.
Описание устройства полезной модели.
На фиг. 1 представлена схема устройства для текстурирования магнитных диэлектриков. Цифрами на фиг. 1 обозначены: 1 - постоянные магниты, 2 - электромотор, 3 - блок питания, 4 - заготовка, 5 - магнитопровод, 6 - силовые линии постоянного магнитного поля, 7 - ультразвуковая пластинка.
3
2,4
0,4
23,2
41
На фиг. 2 показана рентгеновская дифракционная диаграмма магнитного полимерного образца на основе BaCoTiFeO до (левый) и после (правый) текстурования.
3
2,4
0,4
23,2
41.
На фиг. 3 представлены спектры начальной магнитной проницаемости образцов BaCoTiFeO
Устройство состоит из двух разнополярных постоянных магнитов, показанных на фиг.1 позиция 1. Магниты закреплены в корпусе на подвижной платформе. Возможные граничные расстояния между магнитами составляют - минимальное 20 мм, максимальное 80 мм.
Текстурируемый материал (фиг.1 позиция 4), находящийся между двумя магнитами и магнитопроводами (фиг.1 позиция 5), установлен на вращающейся плоской поверхности таким образом, что он находится в области с однородными линиями магнитного поля (фиг. 1 позиция 6). Вращение происходит в горизонтальной плоскости посредством электромотора (фиг. 1 позиция 2). Питание электромотора осуществляется от периферийного источника питания (фиг.1 позиция 3). На плоской поверхности закреплена ультразвуковая пластина (фиг.1 позиция 7), на которую устанавливается текстурируемый материал. Применение ультразвуковой пластины позволяет получать равномерное распределение наполнителя в объеме текстурируемого композиционного материала. Питание ультразвуковой пластины осуществляется от периферийного источника питания, упомянутого ранее (фиг. 1 позиция 3).
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение степени магнитной текстуры и устранения эффекта градиента магнитной фазы за счет обработки текстурируемого материала ультразвуковыми волнами. Вращение текстурируемого материала в горизонтальной плоскости позволяет применять вместо переменных электромагнитов постоянные магниты, что приводит к существенному снижению энергозатрат при создании композиционных материалов с заданными электромагнитными характеристиками.
Сферой применения данного устройства является область создания защитных композиционных покрытий на основе ферро- и ферримагнитных материалов с высокой степенью взаимодействия с электромагнитным излучением за счет роста величины магнитных характеристик относительно не текстурованного материала.
3
2,4
0,4
23,2
41
Для проверки предложенной полезной модели проведены рентгеновские исследования образцов до и после текстурирования. В качестве исследуемого композиционного материала выбрана смесь из эпоксидного клея универсальной марки ЭДП [ТУ 2385-024-75678843-2010] и порошка гексагонального феррита BaCoTiFeO в массовых пропорциях 25:75 %. Полученная смесь помещалась в две идентичных формы. Одна из которых оставлялась для полимеризации без внешнего магнитного поля, вторая - помещалась в предложенную полезную модель. Образец находился во внешнем магнитном поле в течение 5 часов. Полимеризация проводилась при комнатной температуре. Окончательная полимеризация проводилась в течение 24 часов.
α
Рентгеновские исследования проведены на установке Shimadzu XRD 6000, CuK - излучение. Данные рентгеноструктурного анализа обработаны с использованием программы POWDER CELL 2.5. Полученные результаты представлены на фиг. 2.
Из полученных результатов видно, что интенсивность тиков отражения соответствующих исходным оксидам исследуемого феррита существенно возросла, что свидетельствует о расположении атомов исходных окислов в одной плоскости, что говорит о наличии магнитной текстуры.
Для оценки количественного эффекта на магнитные характеристики проведено исследование начальной магнитной проницаемости с использованием прецизионного LRC-метра Agilent E4980A. Полученные результаты представлены на фиг.3. Показано, что использование данной полезной модели приводит к 20% увеличению начальной магнитной проницаемости относительно не текстурованного образца, для указанного материала.
Библиография
1. И.Б. Кекало, Б.А. Самарин. Физическое металловедение прецизионных сплавов; сплавы с особыми магнитными свойствами / М.: Металлургия, 1989, 495 с.
2. АС 1630279
3. US 5762967
4. RU 2424082
5. RU 2550448
6. RU 485155
7. RU 2125333
8. RU 2081090
9. RU 2225051
10. ТУ 2385-024-75678843-2010