Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 9
ГЛАВА К СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 17
1.1 Роль материалов в современном приборостроении 17
Магнитоэлектроника в приборостроении 20
Функциональные магнитоэлектронные устройства 25 1 А Магнитотвердые материалы в электронном приборостроении 29 1,5, Магнитопласты — новый перспективный материал
для электронного приборостроения 31
Выводы по главе 1 34
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ
МАГНИТОПЛАСТОВ 35
Природа магнетизма магнитопласгов 35
Основные закономерности, описывающие структуру и
свойства магнитопласгов ^ 39
2.3. Магнитные наполнители 45
2-4. Металлографический анализ сплава Nd-Fe-B 51
Получение порошка сплава Nd-Fe-B методом HDDR 58
Полимерное связующее для магнитол ластов 62 Выводы по главе 2 67
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ
МАГНИТОПЛАСТОВ 69
3Л.Исследования по оптимизации параметров получения
магнитного наполнителя 69
3.1-1 Методика проведения эксперимента 69
3.1.2 Исследование влияния скорости затвердевания слитков
на кристаллическую структуру 70
3.1.3 Исследование влияния давления водорода на магнитные
свойства анизотропного магнитного порошка на основе
сплава Nd-Fe-B, получаемого методом HDDR 73
ЗЛА Исследование влияние температуры обработки сплавов
Nd-Fe-B, получаемых методом HDDR, и условий их
механического измельчения на магнитные свойства 77
ЗЛ-5.Исследование влияния присадок галлия , ниобия и
кобальта в сплавах Nd-Fe-B, получаемых методом HDDR 80
3.1-б.Анализ структуры материала 87
3,2.Экспериментальные исследования по оптимизации параметров
получения композиционного материала для магнитол ластов и
магнитов на их основе 90
3.2.1 .Исследование влияния степени наполнения композиции
на магнитные свойства магнитопластов 90
3.2.2. Исследование влияния модифицирующих добавок
и полимерную матрицу на реологические свойства
магнитопластов 95
3.2.3.Исследование процесса смешиванил наполнителя
и связующего 96
3.2.4.Исследование влияния режимов прессования МП
на магнитные свойства 98
3,2.5,Исследования материалов, полученных по разработанной
технологии 103
Выводы по главе 3 105
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
И СПЕЦИАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 108
4.1. Разработка технологического процесса получения магнитного
наполнителя методом HDDR 108
42. Разработка технологического процесса получения постоянных
магнитов из мапштопластов 109
4-3. Разработка и изготовление специального технологического
оборудования I10
4.4. Организация опытно-экспериментального производства
по изготовлению постоянных магнитов из магнитопластов 113
Выводы по главе 4 115
ГЛАВА 5, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО ПРИБОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАІІИЕМ ПОСТОЯННЫХ
МАГНИТОВ ИЗ МАГНИТОПЛАСТОВ 117
Конструктивные особенности постоянных магнитов из магнитопластов 117
Разработка приборов радиоэлектроники с использованием постоянных магнитов из магнитопластов 120
5.2Л- Разработка вентильных двигателей 120
5-2.2, Разработка магнитных муфт 122
Разработка магнитных барабанов печатающих устройств 124
Разработка магнит отерапевтических устройств 125 Выводы по главе 5 127
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 129
ПРИЛОЖЕНИЯ 141
Приложение 1
Технологический регламент получения порошка для
магнитопластов методом IIDDP 142
Приложение 2
Технологический регламент получения постоянных магнитов
из порошков Nd-Fe-B, полученных методом HDDR 144
Приложение 3
Установка получения порошка методом гидрирования 146
Приложение 4
Пресс-блок для прессования магнитопластов в магнитном поле 147
Приложение 5
Установка для дробления порошка в защитной атмосфере 148
Приложение 6
Смеситель планетарный для смешивания материалов 149
Приложение 7
Акт внедрения технологического процесса изготовления
постоянных магнитов из магнитопластов в ОАО «ЦІ1ИТИ
«Техномаш» 150
Приложение 8
Aicr внедрения постоянных магнитов из магнитопластов
на ГУП «Транспечать» 151
Приложение 9
Акт внедрения постоянных магнитов из магнитопластов
наЗАО«Эдма» 152
Приложение 10
Акг внедрения постоянных магнитов из магнитопластов
на ЗАО «Трасса» 153
Приложение 11
Технические условия "Магниты постоянные из магнитопластов" 154 Приложение 12
Копия патента РФ № 1769625 155
Приложение ІЗ
Копия диплома Международного салона изобретений "Эврика" 156
о а D D о
Введение к работе
Одно из ведущих мест среди современных технических средств в электронном приборостроении занимают магнитные элементы и устройства, действие которых основано па использовании нелинейных и неоднозначного характера процессов намагничивания ферромагнитных материалов.
Широкое применение и продолжающееся интенсивное развитие электронного приборостроения с использованием магнитных элементов обусловлено многочисленными достоинствами последних: прежде всего высокой надёжностью, высоким коэффициентом полезного действия, малыми габаритами, экономичностью, низкой чувствительностью к внешним воздействиям. Многие важные задачи в области электронного приборостроения в настоящее время могут быть решены только на основе применения магнитных элементов.
Создание новых видов приборов электронной техники предъявляет более высокие требования к магнитным материалам. Высокие требования современной техники электронного приборостроения с использованием постоянных магнитов 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, отвечающих указанным требованиям.
Развитие физики и технологии в области магнитотвердых материалов позволило создать новый класс магнитотвердых материалов — композиционные материалы, состоящие из наполнителя с магнитными свойствами и полимерного связующего — так называемые магнитопласты. Однако, не-
~I0-
смотря на то что данный вид материалов известен давно, он не нашел широкого применения, тж. 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) [1-16]. 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.
Создание электронных приборов нового поколения выдвигает повышенные требования к миниатюризации, надёжности, точности, а также снижению трудоёмкости изготовления магнитных систем электронных приборов. Решение указанных задач невозможно на базе существующих магнитот-вердых материалов. Наиболее перспективным в направлении совершенствования магнитных материалов является разработка и внедрение в приборостроение МП-НЖБ,
МП-НЖБ отличаются комплексом уникальных физических и механических свойств, отличающих их от всех ранее известных магнитных материалов, а именно:
- возможностью получения магнитов сложной формы с высокой точно-
стью и чистотой поверхности;
- улучшенными механическими характеристиками (высокой пластично-
стью» хорошей обрабатываемостью резанием);
- повышенной коррозионной стойкостью и стабильностью параметров
во времени;
низкой удельной плотностью;
низкими потерями магнитных свойств в переменных полях;
высокой технологичностью, в том числе — низкотемпературной, энер-
госберегающей термообработкой; -малоотходностью производства;
- относительно низкой стоимостью {по сравнению со стоимостью литых
и спеченных постоянных магниюь)'
Решающее значение на свойства МП-НЖБ оказывает состав составляющих композиционного материала и взаимовлияние его составляющих между собой. При этом, особое значение имеет состав и способ получения порошка магнитного наполнителя.
Поэтому наиболее актуальным в области создания магнитол ластов является повышение рабочих характеристик МП-НЖБ за счет выбора оптимального состава магнитного наполнителя и связующего, а также оптимальных режимов получения магнитного наполнителя и МП-НЖБ иг его основе.
Наиболее перспективным магнитным наполнителем является порошок системы Nd-Fe-B, полученный методом водородного диспергирования или гидрогенизации-диспропорционирования-десорбции-рекомбинации (метод HDDR).
В сравнении с другими методами получения магнитных порошков магнитных наполнителей, метод HDDR отличают следующие преимущества: простота проведения процесса, хорошая однородность магнитных свойств порошков, высокий выход продукции, получение анизотропии порошков путем модификации состава сплава и проведения процедуры отжига.
Закономерности, обеспечивающие получение оптимальных свойств порошков магнитного наполнителя на основе сплава Nd-Fe-B методом HDDR обработки» в настоящее время мало изучены. Имеющиеся данные в литературе противоречивы. Отсутствуют данные об исследовании влияния состава исходных материалов» способов смешивания» формования и намагничивания
на свойства МП-ИЖБ Поэтому работа по исследованию закономерностей получения порошка на основе сплава системы Nd-Fe-B методом HDDR и получению МП-ИЖБ на их основе является весьма актуальной.
Цель работы
Целью работы является разработка технологии получения постоянных магнитов из магнитопластов с учетом требований электронного приборостроения.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих конкретных задач:
- разработать научные основы получения оптимальной струкіурьі МП-
ИЖБ; ~ определить оптимальные составы магнитного наполнителя на основе сплава системы Nd-Fe-B, полученного методом HDDR;
- определить оптимальные параметры процесса получения порошка сис-
темы Nd-Fe-B методом HDDR;
- определить оптимальные параметры процесса изготовления МП-ИЖБ
из порошка системы Nd-Fe-B^ полученного методом HDDR;
- изучить структурные и магнитные характеристики разработываемого
материала;
- разработать рабочий технологический процесс получения МП-ИЖБ и
постоянных магнитов на его основе;
разработать комплекс специального технологического оборудования для производства МП-ИЖБ и постоянных магнитов на их основе;
разработать на основе МП-ИЖБ приборы электронной техники нового
поколения и внедрить их в производство. Основные защищаемые положении
^Технологические решения в области получения магнитного наполнителя на основе сплава Nd-Fe-B, полученного методом HDDR.
2.Технологические решения в области получения композиционного материала для МП-НЖБ с использованием магнитного наполнителя на основе сплава Nd-Fe-B^ полученного методом HDDR и полимерного связующего.
3.Созданный и защищенный патентом новый способ изготовления постоянных магнитов на основе магнитопластов, позволяющий повысить магнитные свойства магнитопластов по сравнению с существующими способами.
4.Разработанная математическая модель, описывающая зависимость магнитных свойств МП-ЮКБ от их пористости.
5.Результаты экспериментальных исследований процессов получения магнитного наполнителя на основе сплава Nd-Fe-B, полученного методом HDDR.
6,Результаты экспериментальных исследований получения композиционного материала с использованием магнитного наполнителя на основе сплава Nd-Fe-B, полученного методом HDDR и полимерной связки.
7.Разработанные конструктивно-технологические решения по созданию приборов электронной техники с использованием постоянных магнитов из МП-НЖБ
Научная новизна
Автором впервые решена комплексная задача получения МП-НЖБ^ требуемых составов и свойств с целью изготовления постоянных магнитов на их основе для электронных приборов нового поколения, включая:
- разработку научных основ получения оптимальной структуры и
свойств МП-НЖБ;
- установление аналитических закономерностей, описывающих влияние
различных параметров на структуру и магнитные свойства;
- исследование основных параметров технологического процесса,
влияющих на свойства МП-НЖБ;
- проведение металлографических, рентгаюструктурных и магнитных
исследований полученных структур;
- разработку ряда приборов электронной техники нового поколения на
основе МП-НЖБ.
Практическая значимость
Разработаны:
-Технологический процесс получения порошка сплава Nd-Fe-B заданного состава методом водородного диспергирования.
- Технологический процесс получения металлополимерной композиции
на основе порошка сплава Nd-Fe-B.
- Технологический процесс получения постоянных магнитов из МП-
НЖБ.
- Комплекс технологического оборудования для производства МП-НЖБ
и постоянных глапштов на их основе,
- Различные приборы на основе постоянных магнитов из МП-НЖБ
Внедрение результатов работы
Осуществлено внедрение технологии , специального технологического оборудования и приборов электронной техники на основе постоянных магнитов из МП-НЖБ в производство .
В ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» разработаны конструкции, технология и организовано производство постоянных магнитов из МП-НЖБ для различных радиоэлектронных приборов по заявкам 25 предприятий России и стран СНГ, приборы с использованием постоянных магнитов из МП-НЖБ внедрены Московской типографии «Транспечать», компании «ЭДМА» и ЗАО «ТРАССА» в производство.
Апробация работы
Основные результаты работы обсуждены после следующих докладов:
- Доклад на XX Международной конференции «Композиционные мате-
риалы в промышленности». Украина, Киев, 1999 г;
- Доклад на XVII Научном совещании «Высокочистые материалы с осо-
быми физическими свойствами». Суздаль, 2001 г;
- Доклад на XXII Международной конференции «Композиционные ма-
териалы в промышленности». Украина, Ялта, 2002 г;
- Доклад на XXIII Международной конференции "Композиционные ма-
териалы в промышленности", Украина, Ялта, 2003 г;
- Доклад на XIV Международной конференции "Новейшие технологии в
порошковой металлургии и керамике". Украина, Киев, 2003 г;
- Доклад на XIV Международной конференции по постоянным магни-
там". Россия, Суздаль, 2003 г;
- Доклад на XXIV Международной конференции «Композиционные ма-
териалы в промышленности». Украина, Ялта, 2004 г;
- Доклад на XXV Международной юбилейной конференции и выставке
«Композиционные магериалы в промышленности». Украина, Ялта, 2005 г.;
Доклад на XV Международной конференции по постоянным магнитам. Суздаль, 2005 г,;
Доклад на XXVI Международной конференции "Композиционные материалы в промышленности". Украина, Ялта, 2006 г.;
Доклад на XX юбилейной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники». Москва, МГУ им. М.В.Ломоносова,
2006 г.
Доклад на Международной конференции «Постоянные магниты и магнитные материалы». Суздаль, 2006 г.
Публикации
Результаты работы опубликованы в 16 статьях и материалах научно-технических конференций и семинаров. Получен патент Российской федерации.
Получен диплом и бронзовая медаль салона изобретений «Эврика-95» за данную разработку на Международном салоне изобретений «Эврика-95» в г. Брюсселе (Бельгия).
Стпуктупа и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения и списка литературы.
Она содержит 156 страниц текста, 34 рисунка, 16 таблиц и список цитируемой литературы из 136 наименований.
