Применение постоянных магнитов из магнитопластов в радиоэлектронном приборостроении

Е.П.Чубаров, 2007

УДК 620.22.53

С.В. Михайлин, В.Д. Житковский , Е.П.Чубаров

ПРИМЕНЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

ИЗ МАГНИТОПЛАСТОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННОМ

ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Одно из ведущих мест среди современных технических средств в приборостроении занимают магнитные элементы и устройства, действие которых основано на использовании нелинейных и неоднозначного характера процессов намагничивания ферромагнитных материалов.

Широкое применение и продолжающееся интенсивное развитие приборостроения с использованием магнитных элементов обусловлено их многочисленными достоинствами: прежде всего высокой надёжностью, а также в зависимости от типа элемента высоким коэффициентом полезного действия, малыми габаритами, экономичностью, низкой чувствительностью к внешним воздействиям и др. Многие важные задачи в области приборостроения в настоящее время могут быть решены только на основе применения магнитных элементов.

Создание новых видов приборов предъявляет более высокие требования к магнитным материалам. Высокие требования современной техники приборостроения с использованием постоянных магнитов (ПМ) определили наиболее перспективные направления их развития. Создание магнитных систем с большой магнитной энергией при достаточно низкой себестоимости

- характерно как для зарубежной, так и отечественной промышленности. В связи с этим в высокоразвитых в промышленном отношении странах ведется интенсивный поиск новых эффективных видов магнитотвердых материалов (МТМ), отвечающих указанным требованиям.

Роль магнитопластов в радиоэлектронном приборостроении

Развитие физики и технологии в области магнитотвердых материалов привело к созданию нового класса магнитотвердых материалов — композиционных материалов на основе напол-

В, Тл

Материалы

постоянных

магнитов:

1 — Ш-Ре-В

2 — МП

3 —18БА190

4 — РЖБ190

у

1 2 3

. / /

/

/ I

,В

0,0

ал

0,2

0,2

Н, ^/м

Рис. 1. Зависимость магнитной индукции от размагничивающего магнитного поля в различных материалах для постоянных магнитов

нителя с магнитными свойствами и полимерного связующего — так называемых магнитопластов (МП).

На рис. 1 представлены кривые размагничивания В = В(Н) для различных магнитных материалов, используемых в приборах. Как видно из приведенных кривых, по своим магнитным характеристикам разработанные МП занимают промежуточное положение между наиболее распространенными в приборостроении ферритовыми магнитами и спеченными магнитами на основе редких земель.

Однако, несмотря на то что данный вид материалов известен давно, он не нашел широкого применения, т.к. не удовлетворял требованиям, предъявляемым к материалам электронного приборостроения из-за низких магнитных характеристик. Основной причиной низких магнитных характеристик является отсутствие научно-обоснованного подхода к разработке оптимальной технологии их изготовления. Применение магнитного наполнителя на основе сплавов Ш-В.е-В позволило создать принципиально новый класс магнитных материалов - магнитопласты на основе сплава Ш-Ве-В (МП-НЖБ) [1-18]. Постоянные магниты, изготовленные по данной технологии, могут быть реализованы в изделиях различной формы, изотропные и анизотропные (с различным направлением намагничивания). МП-НЖБ могут использоваться в традиционных конструкциях электронных приборов, а также в оригинальных системах с большим количеством полюсов.

МП-НЖБ обладают комплексом уникальных физических и механических свойств, отличающих их от всех ранее известных магнитных материалов.

Отмечаются следующие достоинства постоянных магнитов на основе магнитопластов:

— возможность получения магнитов сложной формы с высокой точностью и чистотой поверхности;

— улучшенные механические характеристики (высокая пластичность, хорошая обрабатываемость резанием);

— повышенная коррозионная стойкость и временная стабильность (изоляция наполнителя полимерным связующим);

— низкая плотность, низкая частотная потеря в переменных полях;

— высокая технологичность, в том числе — низкотемпературная, энергосберегающая термообработка;

— малоотходность производства;

— относительно низкая стоимость (по сравнению со стоимостью литых и спеченных ПМ).

Основные магнитные характеристики МП с различными наполнителями приведены в таблице.

Вид наполнителя Остаточная индукция, Тл Коэрцитивная сила, кА/м Энергетическое произведение, кДж/м3

Феррит бария 0.29 185.0 11.9

Феррит стронция 0.34 240.0 14.0

SmCo5 0.65 410.0 70.0

Sm(Co0.84 Сп0.16)6.9 0.56 290.0 47.0

Ш-Ре-В 0.64 700.0 100.0

Технологические и конструкционные особенности применения магнитопластов в радиоэлектронном приборостроении

Путем направленного подбора магнитного наполнителя и полимерного связующего, а также способа получения композиции на их основе возможно получение МП, обладающих магнитными, физико-химическими и механическими характеристиками в соответствии с их функциональным назначением. Производство МП является одним из наиболее перспективных технологических процессов получения ПМ. Производство осуществляется по технологии получения композиционных материалов. При этом в качестве наполнителя используются порошки магнитотвердого материала, а в качестве связующего — полимерные материалы. Методы получения МП включают в себя выплавку, получение порошка наполнителя, измельчение, смешивание полимера с наполнителем, формование постоянных магнитов и доотверждение

полимера. В качестве связующего используется химотверждаемые или термоотверждаемые полимерные композиции в зависимости от метода формообразования постоянных магнитов.

ПМ изготовленные по данной технологии, могут быть реализованы в изделия различной формы, изотропные и анизотропные (с различным направлением намагничивания). МП могут быть применены в традиционных конструкциях приборов, а также в оригинальных системах с большим количеством полюсов.

Из магнитопластов изготавливаются изделия любой формы и любой сложности конфигурации без механической обработки (рис. 2).

Разработка технологии получения постоянных магнитов из магнитопластов Разработана технология получения постоянных магнитов из магнитопластов с учётом требований к аппаратуре электронного приборостроения.

При разработке технологии изготовления постоянных магнитов из магнитопластов проведены исследований по влиянию на свойства магнитопластов следующих факторов:

- режимов получения заготовки из сплава Ш-Ге-В методом литья, обеспечивающих оптимальную кристаллическую структуру;

Рис. 2. Геометрические формы постоянных магнитов из магнитопластов: а — кольцо, б — цилиндр, в — сектор, г магнитная система микродвигателя, д — призма

- режимов обработки литой заготовки из сплава М^е-В методом HDDR, обеспечивающих оптимальную структуру магнитного наполнителя;

- определения количественного состава присадок галлия, ниобия и кобальта в сплаве;

- режимов механического измельчения материала магнитного наполнителя;

- режимов гидрирования и дегидрирования материала магнитного наполнителя на основе сплава М^е-В;

- фазового анализа структуры наполнителя на основе сплава М^е-В, полученного методом HDDR обработки.

Рис. 3. Кривая размагничивания для магнитопласта из сплава М^е-В, полученого HDDR методом

Образцы магнитопластов, изготовленные согласно разработанной технологии, исследовались по магнитным параметрам по методике согласно ГОСТ и проводились металлографические исследования образцов.

На рис. 3 показана кривая размагничивания для магнитопласта из сплава Nd-Fe-B, полученного HDDR методом.

Из анализа кривых размагничивания, приведенных на рис. 3, видно, что максимальными магнитными свойствами обладают МП-НЖБ на основе магнитных наполнителей, изготовленных по оптимальным режимам, полученным в процессе исследований при проведении работ.

Выводы

1. Проведён анализ по применению постоянных магнитов из магнитопластов в электронном приборостроении.

2. Разработаны технологические процессы изготовления магнитного наполнителя и постоянных магнитов из МП. Разработан комплект специального технологического оборудования для получения наполнителя и магнитопластов на его основе.

3. Проведены испытания полученных материалов, подтверждающие оптимизацию технологических режимов получения постоянных магнитов для электронного приборостроения.

------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Новый способ изготовления постоянных магнитов из магнитопластов.// Материалы XI всесоюзной конференции по постоянным магнитам. Суздаль, 1994, стр.155.

2. Михайлин С.В., Лапшин Ю.А., Тыричев П.А. Высокоэффективные магнитопласты. //, «Электротехника», 1996, №11, стр. 16 - 18.

3. Михайлин С.В., Лапшин Ю.А., Тыричев П.А. Высокоэффективные магнитопласты. // Труды VII международной конференции «Высокие технологии радиоэлектроники в народном хозяйстве», М., 2000, стр.72 - 74.

4. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Постоянные магниты из магнитопластов.// «Справочник», 1999, №9(30), стр.8

- 9.

5. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Изготовление постоянных магнитов из магнитопластов. // Материалы XX Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности», Украина, Киев, 1999,стр.112.

6. Михайлин С.В., Лапшин Ю.А., Тыричев П.А. Высокоэффективные магнитопласты. // Труды VII международной конференции «Высокие технологии радиоэлектроники в народном хозяйстве», М., 2000, стр.72 - 74.

7. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Изготовление постоянных магнитов из магнитопластов.// Материалы XVII Научного совещания «Высокочистые материалы с особыми физическими свойствами». Суздаль, 2001, стр.83.

S. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Перспективные постоянные магниты из магнитопластов. //Материалы XXII Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности». Украина, Ялта, 2002,, стр.81.

9. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Изготовление постоянных магнитов из магнитопластов. // Материалы XXIII Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности», Украина, Ялта, 2003, стр. 140-141.

10. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Изготовление постоянных магнитов из магнитопластов. // Материалы Международной конференции «Новейшие технологии в порошковой металлургии и керамике», Украина, Киев, 2003, стр. 97-9S.

11. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Последние достижения в области изготовления магнитопластов. // Материалы XXIV Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности», Украина, Ялта, 2004, стр.б7-б8.

12. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Применение постоянных магнитов из магнитопластов в промышленности. // Материалы XXV Международной юбилейной конференции и выставке «Композиционные материалы в промышленности», Украина, Ялта, 2005, стр.380-382.

13. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Новые разработки в области изготовление постоянных магнитов из магнитопластов. // Материалы XV Международной конференции но постоянным магнитам, Суздаль, 2005, стр. 120.

14. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Новые разработки в области изготовления постоянных магнитов из магнитопластов. // Материалы Международного балтийского семинара “Новые магнитомягкие материалы”, “SMM-2005”, Латвия, Рига 2005.

15. Михайлин С.В. Последние достижения в области изготовления монопластов. // Материалы научнопрактического семинара «Новые материалы и изделия из металлических порошков. Технология. Производство. Применение.» (ТПП-ПМ2005), Россия, Йошкар-Ола,2005.

16. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Применение постоянных магнитов из магнитопластов в радиоэлектронном приборостроении. // Материалы

17. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Новые разработки в области изготовления постоянных магнитов из магнитопластов. //Материалы XX юбилейной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники», Москва, МГУ им. М.И.Ломоносова, 200б , стр. 1107-1108.

18. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Изготовление постоянных магнитов из магнитопластов. //Известия высших учебных заведений.ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, №7,200б,стр.39,40.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------

Михайлин Станислав Васильевич,

Житковский Валерий Дмитриевич,

Чубаров Евгений Петрович -

ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техпомаш»», Москва.