способ изготовления магнитного сердечника
Классы МПК: | H01F41/02 для изготовления сердечников, катушек и магнитов |
Автор(ы): | Оленина Элеонора Леонтьевна (RU), Аристов Василий Дмитриевич (RU), Лабунский Александр Федорович (RU), Ершова Татьяна Михайловна (RU), Оленин Александр Михайлович (RU), Пигарев Юрий Николаевич (RU), Осипова Наталья Игоревна (RU), Ромаев Владимир Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-09-08 публикация патента:
27.01.2011 |
Изобретение относится к области электротехники, а именно к изготовлению магнитных сердечников из аморфных магнитомягких материалов. Способ включает навивку ленты из аморфного магнитомягкого материала, его отжиг, охлаждение и нанесение на охлажденную навитую ленту слоя поли-пара-ксилилена газофазным осаждением толщиной 1-8 мкм. При установке сердечника в корпус на его внутреннюю поверхность точечно наносят кремнийорганический компаунд КЛТ-30. Отжиг ленты осуществляют в магнитном поле: продольном, напряженностью 5-30 Э, или поперечном, напряженностью 10-50 Э. Магнитные сердечники, изготовленные заявляемым способом, сохраняют стабильные магнитные параметры при климатических и механических воздействиях в диапазоне температур -60°С - +85°С, что является техническим результатом изобретения. Отсутствие упругих напряжений в сердечниках подтверждается наличием 15% образцов в каждой партии с высоким коэффициентом прямоугольности Кп=0,95-0,999; Кп сердечников с линейной петлей гистерезиса составляет 0,3-0,7; Кп сердечников с перминварной петлей 0,01. 4 з.п. ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ изготовления магнитного сердечника, включающий навивку ленты из аморфного магнитомягкого материала, его отжиг и охлаждение, отличающийся тем, что на охлажденную навитую ленту наносят покрытие из поли-пара-ксилилена газофазным осаждением, при этом толщина покрытия составляет 1-8 мкм, а отжиг осуществляют в магнитном поле.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при установке сердечника в корпус, на внутреннюю поверхность корпуса наносят органический компаунд.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве компаунда используют кремнийорганический компаунд марки КЛТ-30.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг проводят в продольном магнитном поле напряженностью 5-30 Э.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг проводят в поперечном магнитном поле напряженностью 10-50 Э.
Описание изобретения к патенту
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 Фmax нВб | (750-800) нВб |
Поток помехи Фп 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:
Максимальная индукция насыщения Bmax=15500 Гс
Коэрцитивная сила Hc=(0,055-0,06) Э
Максимальная магнитная проницаемость µmax=(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: Фм±3,5%; Фп±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.
Класс H01F41/02 для изготовления сердечников, катушек и магнитов