Фёдоров Алексей Евгеньевич

ПРИМЕНЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ИЗ МАГНИТОПЛАСТОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННОМ ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Одно из ведущих мест среди современных технических средств в приборостроениизанимают 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 наполнителя с магнитными свойствами и полимерного связующего ― так называемых магнитопластов (МП).

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

На рис. 1 представлены кривые размагничивания B = B(H) 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 Nd-Fe-B позволило создать принципиально новый класс магнитных материалов – магнитопласты на основе сплава Nd-Fe-B (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 Феррит стронция SmCo5 Sm(Co0.84 Cn0.16)6.9 Nd-Fe-B	0.29 0.34 0.65 0.56 0.64	185.0 240.0 410.0 290.0 700.0	11.9 14.0 70.0 47.0 100.0

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).

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

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 Nd-Fe-B методом литья, обеспечивающих оптимальную кристаллическую структуру;
• режимов обработки литой заготовки из сплава Nd-Fe-B 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 Nd-Fe-B;
• фазового анализа структуры наполнителя на основе сплава Nd-Fe-B, полученного методом HDDR обработки.

Рис. 3. Кривая размагничивания для магнитопласта из сплава Nd–Fe–B, 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 ХI 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 ХХ 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 ХVII Научного совещания «Высокочистые материалы с особыми физическими свойствами». Суздаль, 2001, стр.83.
8. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Перспективные постоянные магниты из магнитопластов. //Материалы ХХII Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности». Украина, Ялта, 2002,, стр.81.
9. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Изготовление постоянных магнитов из магнитопластов. // Материалы ХХIII 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. 97-98.
11. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Последние достижения в области изготовления магнитопластов. // Материалы ХХIV Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности», Украина, Ялта, 2004, стр.67-68.
12. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Применение постоянных магнитов из магнитопластов в промышленности. // Материалы ХХV 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 ХV Международной конференции по 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 научно- практического 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 ХХ юбилейной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники», Москва, МГУ им. М.И.Ломоносова, 2006 , стр.1107-1108.
18. Михайлин С.В., Житковский В.Д. Изготовление постоянных магнитов из магнитопластов. //Известия высших учебных заведений.ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, №7,2006,стр.39,40.