ЛЕКЦИЯ № 10

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Введение

Порошковые магнитные материалы широко применяются в электротехнике, радиоэлектронике, измерительной технике, системах автоматики и телемеха­ники, акустических, магнитострикционных преобразователях и других обла­стях техники. Методами порошковой металлургии получают магнитомягкие и магнитотвердые материалы, ферриты, магнитодиэлектрики, магнитомягкие материалы с повышенным электросопротивлением для цельнопрессованных магнитопроводов и др. При этом резко повышается коэффициент использования материала, а также значительно улучшаются служебные свойства магнитных материалов в результате возможности изготовления изделий строго заданного химического состава, с заданной структурой, изолирующими прослойками с использованием исходных порошков высокой чистоты. Стоимость порошковых магнитных материалов на 30—60 %ниже стоимости деталей, изготовляемых тради­ционными методами.

Магнитомягкие материалы

От магнитомягких материалов требуется максимальная магнитная прони­цаемость, минимальные коэрцитивная сила, потери на гистерезис и на вихре­вые токи. Для получения комплекса таких свойств материал должен иметь гомогенную структуру, минимальный уровень внутренних напряжений, быть в максимальной степени очищенным от примесей внедрения и неметаллических включений. Для улучшения служебных свойств в магнитомягкие материалы на основе железного порошка вводят кремний, фосфор, алюминий и другие элементы.

Кремний повышает удельное электросопротивление, снижает коэрцитивную силу, потери на гистерезис и вихревые токи. Одновременно повы­шенное содержание кремния придает материалу твердость, хрупкость, вслед­ствие чего сплавы, содержащие более 6 % кремния, не находят применения. Магнитные свойства порошковых ферромагнитных материалов зависят от их пористости: при изменении последней от 2 до 30 % максимальная магнит­ная проницаемость сильно снижается, коэрцитивная сила Н возрастает.

Спеченное железо

Магнитомягкие спеченные изделия из железных порошков применяются при работе в статических полях в качестве магнитопроводов, статоров, роторов, деталей электроизмерительных приборов. Удельные потери спеченных мате­риалов из железных порошков зависят от пористости, их магнитные свойства Для работы в переменных нолях перспективны чешуйчатые порошки железа и его сплавов. Магнитные свойства образцов из разных железных порошков, полученных двойным прессованием и отжигом в водороде при 1300 °С в течение 20 ч таковы:В Тл 1,3-1,5. Удельные потери на частоте 50 Гц материала на основе чешуйчатых желез­ных порошков (толщина чешуек 5 мкм) и 0,5—0,6 % связующего лишь немного выше, чем у шихтованных сердечников из железокремнистой стали при сохра­нении достаточно высоких значений магнитной проницаемости.

Железо — кремний — алюминий

Железокремнистые спеченные изделия получают [420] из шихты, в которую кремний вводят в виде железокремнистой лигатуры или химико-термическим насыщением порошка железа кремнием. Для получения гомогенных твердых растворов кремния в железе требуются длительные отжиги при 1250— 1300 °С.

Процесс гомогенизации активируется при наличии жидкой фазы в коли­честве свыше 15 %.

Магнитомягкие спеченные изделия с большой магнитной проницаемостью и малыми потерями на вихревые токи получают из предварительно окислен­ного при 700—950 °С железокремнистого порошка с примесью 0,5—10 % оксида магния. Шихту прессуют при давлении 600—800 МПа с пластификатором, изде­лия спекают в водороде или вакууме при 1050 —1250 °С. При спекании обра­зуется стекловидная магнийсиликатная пленка, повышающая удельное элект­росопротивление материала. Так, материал, содержащий 4 % кремния и 3 % оксида магния, характеризуется потерями на вихревые токи 10 Вт/кг при ин­дукции 1 Тл.

Гомогенные порошки системы железо — кремний получают диффузионным насыщением из точечных источников.

Железо — фосфор

На магнитные свойства спеченных изделий влияет способ легирования фосфором и равномерность его распределения. Для получения железного по­рошка с равномерно распределенным в нем фосфором используют водный раствор диаммонийфосфата (NH₄)₂HPO₄, при разложении которого при 800 С образуется фосфор за счет восстановления водородом.

Получение изделий из легированного порошка включает холодное прессование при 800 МПа, предварительное спекание при 800 °С в течение 2 ч и высокотемпературное спекание при 1250 °С в течение 4 ч. Оптимальное со­держание фосфора 1,5 мас. %. Возможно также легирование порошкового железза порошком феррофосфора.