Феромагнітний композиційний матеріал на основі залізного порошку для магнітопроводів змінного струму

Феромагнітний композиційний матеріал на основі залізного порошку для магнітопроводів змінного струму, що містить ізолювальнозв'язувальний додаток на основі кремнієорганічних сполук, який відрізняється тим, що як ізолювально-зв'язувальний додаток використовують суміш розчину полюрга носил океану в толуолі або ксилолі і алюмінієвої пудри при наступних співвідношеннях компонентів (% сух. мас): поліорганосилоксан 0,6-6,0 алюмінієва пудра 0,2-2,0 залізний порошок решта. Пропозиції належать до складу магнітних матеріалів у вигляді металевих порошків з ізолюючим покриттям і їхньої спеціальної обробки. Запропонований матеріал може бути використаний в електротехнічній і радіотехнічній галузях у якості магнітопроводів, які працюють у змінних електричних полях і при високих температурах. Відомий магнітом'який композиційний матеріал на основі розпиленого залізного порошку [патент SU №1836732 М.кл.5 H01F1/26, С22СЗЗ/02, 1993р.], що містить в якості ізолюючо-зв'язуючого додатку порошкову епоксидну фарбу при співвідношенні компонентів, мас. %: порошкова епоксидна фарба 0,5-3,0 розпилений залізний порошок решта. Для одержання відомого порошкового магнітного матеріалу беруть розпилений залізний порошок марки ПЗР-2 і порошкову епоксидну фарбу марки П-ЭП-534 «Б». Потім проводять змішування порошкових складових у лопатевих або двоконусних мішалках протягом 8-15хв. Отриманий матеріал пресують. Спресовані деталі піддають низькотемпературній термообробці (полімеризації) при t=200-230°C протягом 20-30хв. Відомий матеріал має недостатньо високі механічні властивості і низьку магнітну проникність, оскільки наявність у ньому епоксидної фарби не дозволяє піддаваті результаті буде мати високі магнітні втрати на вихрові струми. Найбільш близьким до феромагнітного матеріалу, що заявляється, є магнітодіелектричний матеріал, що складається з відновленого залізного порошку з ізолюючо-зв'язуючим додатком у вигляді кремнійорганічних сполук у кількості 5-6% мас. [К.Хек, Магнітні матеріали і їхнє технічне застосування. Переклад з німецького. М.Енергія 1973, с.145-157]. Спосіб одержання відомого магнітодіелектричного матеріалу полягає в наступному: до відновленого залізного порошку додають 5-6% мас. кремнійорганічного лаку. Отриману суміш пресують при тиску 3-4т/см2 у спеціальних прес-формах для одержання магнітопроводів. У цих же прес-формах проводять їхнє ствердіння для підвищення механічної міцності. Магнітопровід з відомого матеріалу не має достатньої механічної міцності, оскільки не може піддаватися термообробці при температурах вище 200-220°С. З цієї ж причини магнітопровід має низьку магнітну проникність {Мп 0 Ч ). В основу пропозиції поставлене завдання удосконалення складу феромагнітного композиційного матеріалу на основі залізного порошку для магнітопроводів змінного струму, у якому в результаті О о о> Поставлене завдання вирішене тим, що у феромагнітному композиційному матеріалі на основі залізного порошку для магнітопроводів змінного струму, який містить ізолюючо-зв'язуючий додаток, на основі кремнійорганічних сполук, відповідно до пропозиції, в якості ізолюючо-зв'язуючого додатку вводять суміш розчину поліорганосилоксану в толуолі або ксилолі і алюмінієвої пудри при співвідношенні компонентів (% сух. мас): поліорганосилоксан 0,6-6,0 алюмінієва пудра 0,2-2,0 залізний порошок решта. Вибір в якості ізолюючо-зв'язуючого додатку поліорганосилоксанів (ПОС) пояснюється їхньою стійкістю до термічної деструкції. При термічній обробці суміші залізного порошку з поліорганосилоксаном в окисній атмосфері, що супроводжується відривом вуглецевих радикалів, відбувається їхня заміна киснем з виникненням нових силоксанових зв'язків типу -O-Si-O, що зберігається до 550°С. Однак при термообробці ПОС у відновлювальній атмосфері при високих температурах (наприклад, гаряче пресування, відпал, спікання) утворення таких зв'язків утруднене і, у результаті відбувається руйнування полімеру, що супроводжується погіршенням діелектричних властивостей виробів (магнітопроводів). Введення в суміш залізного порошку і розчину поліорганосилоксану (ПОС ) і термостійкого додатку у вигляді алюмінієвої пудри заглушує термічну деструкцію ПОС, а при температурах вище 300°С в результаті термохімічних перетворень може відбуватися утворення поліметалоорганосилокеанів, зокрема поліалюмоорганосилоксанів, які, як відомо, мають високу термостійкість і високий питомий електроопір. Крім того, у результаті великої спорідненості до кисню на частках алюмінієвого порошку навіть у відновлювальному середовищі (наприклад, при відновлювальному відпалі) утвориться оксидна плівка, яка є гарним діелектриком. Іншою перевагою введення алюмінієвої пудри в Ізолюючо-зв'язуючий додаток є властивість алюмінію підвищувати магнітні характеристики матеріалу. Запропонований феромагнітний композиційний матеріал на основі залізного порошку містить ізолюючо-зв'язуючий додаток, у вигляді суміші розчину поліорганосилоксану в толуолі або ксилолі та алюмінієвої пудри при співвідношенні компонентів (% сух. мас): поліорганосилоксан 0,6-6,0 алюмінієва пудра 0,2-2,0 залізний порошок решта Одержання запропонованого феромагнітного матеріалу здійснюють у такий спосіб. У залізний порошок при безперервному перемішуванні додають суміш розчину поліорганосилоксану з 5-ти кратним надлишком розчинника (толуолу або ксил n «коржів». З отриманого матеріалу пресують (при зусиллі пресування 4т/см2) спеціальні зразки магнітопроводів для Іспитів на механічні, електричні і магнітні властивості, котрі піддають термообробці при температурах від 300 до 1200°С. Температуру термообробки вибирають у залежності від того, які властивості зразків необхідно одержати. Причому на кожні 100°С підвищення температури термообробки від 300 до 1200°С кількість поліорганосилоксану та алюмінієвої пудри збільшують відповідно на 0,5-0,6% і 0,15-0,2% мас. Приклад 1 (за прототипом). До відновленого залізного порошку додають 5% мас. кремнійорганічного лаку (КО) І перемішують. Отриману суміш висушують при 105-110°С протягом 2-х годин, а потім піддають полімеризації при 210°С протягом 2-х годин. З отриманої суміші виготовляють методом пресування при РПр=4т/см2 зразки магнітопроводу, які випробовують на магнітну проникність магнітні втрати на вихрові струми (бв). Результати випробувань наведені в таблиці. Приклад 2 (за запропонованим способом). Для одержання запропонованого феромагнітного композиційного матеріалу беруть залізний порошок марки ПЗР-2. Готують ізолюючозв'язуючий додаток з суміші розчину поліорганосилоксану (ПОС) з 5-ти кратним надлишком толуолу чи ксилолу і алюмінієвої пудри (АІП). Суміш перемішують механічним шляхом до одержання однорідної маси і вилучення надлишку розчинника протягом 30хв., потім суміш додають у залізний порошок у кількості (% сух. мас.) поліорганосилоксан 0,5 алюмінієва пудра 0,1 Отриману суміш залізного порошку, ПОС і АІП сушать при t=105-110°C до повного вилучення толуолу (ксилолу) протягом 2-х годин. Після сушіння проводять полімеризацію суміші при t=210°C протягом 2-х годин. У процесі полімеризації затверділу суміш періодично розминають (розпушують) для запобігання утворення «коржів». З отриманого матеріалу пресують при Рпр=4т/см2 зразки магнітопроводу для іспитів на механічні, електричні і магнітні властивості. Термообробку зразків ведуть при температурі 300°С. Приклад З Як у прикладі 2, але до залізного порошку додають 0,6% ПОС і 0,2% АІ пудри. Термообробку пресованих зразків здійснюють у відновлювальному середовищі при 500°С протягом 2-х годин. Приклад 4 Як у прикладі 2, але до залізного порошку додають відповідно 2,0% ПОС і 1,0% АІ пудри. Після пресування зразків проводять їхню термічну обробку у відновлювальному сеоедовиші лк у прикладі г., але до залізного порои дають 6,0% ПОС і 2,0% АІ пудри. Термоо пресованих зразків здійснюють при t=1200° Порівняльні магнітні х; феромагнітних матеріалів, отр Номер приМатеріал (спосіб) клада 1 За прототипом 3 4 5 6 Запропонований спосіб -«-«-«-« 7 Додаток до ного порош сух. ма ПОС 5,0% лаку КО -« 2 0,5 0,6 2,0 4,0 6 7,0 У таблиці приведені магнітні характер (І^поч) пресованих і термооброблених зразі гнітопроводів з запропонованого матеріалу клади 3-6), порівняльні характеристики зр; матеріалу з пограничним вмістом ізол зв'язуючого додатку, (приклади 2, 7), а тако нітопроводу з відомого матеріалу (за прото приклад 1). Нижні межі додатку поліорганосилок< алюмінієвої пудри до залізного порошку ви ються необхідністю покриття його часток тс рівномірним ізолюючим шаром. Верхні межі кількостей ПОС і АІ пудри чаються збереженням ізолюючого покрит частках залізного порошку після високотемп рної термообробки в відновлювальному а вищі (наприклад, відпал, спікання при темп pax 300-1200°С) зразків або вироЄ феромагнітного матеріалу. Дані таблиці свідчать, що запропоновані теріал (приклади 3-6) має більш високу поч, магнітну проникність і більш низькі коефі втрат на вихрові струми (5В), в порівнянні з і типом. Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко ричних полях від низьких до високих частот і при високих температурах. Поставлене завдання вирішене тим, що у феромагнітному композиційному матеріалі на основі залізного порошку для магнітопроводів змінного струму, який містить ізолюючо-зв'язуючий додаток, на основі кремнійорганічних сполук, відповідно до пропозиції, в якості ізолюючо-зв'язуючого додатку вводять суміш розчину поліорганосилоксану в толуолі або ксилолі і алюмінієвої пудри при співвідношенні компонентів (% сух. мас); пол іорганосил океан 0,6-6,0 алюмінієва пудра 0,2-2,0 залізний порошок решта. Вибір в якості ізолюючо-зв'язуючого додатку поліорганосилоксанів (ПОС) пояснюється їхньою стійкістю до термічної деструкції. При термічній обробці суміші залізного порошку з поліорганосилоксаном в окисній атмосфері, що супроводжується відривом вуглецевих радикалів, відбувається їхня заміна киснем з виникненням нових силоксанових зв'язків типу -O-Si-O-, що зберігається до 550°С. Однак при термообробці ПОС у відновлювальній атмосфері при високих температурах (наприклад, гаряче пресування, відпал, спікання) утворення таких зв'язків утруднене і, у результаті відбувається руйнування полімеру, що супроводжується погіршенням діелектричних властивостей виробів (магнітопроводів). Введення в суміш залізного порошку І розчину поліорганосилоксану (ПОС ) і термостійкого додатку у вигляді алюмінієвої пудри заглушує термічну деструкцію ПОС, а при температурах вище 300°С в результаті термохімічних перетворень може відбуватися утворення поліметалоорганосилоксанів, зокрема поліалюмоорганосилоксанів, які, як відомо, мають високу термостійкість і високий питомий електроопір. Крім того, у результаті великої спорідненості до кисню на частках алюмінієвого порошку навіть у відновлювальному середовищі (наприклад, при відновлювальному відпалі) утвориться оксидна плівка, яка є гарним діелектриком. Іншою перевагою введення алюмінієвої пудри в ізолюючо-зв'язуючий додаток є властивість алюмінію підвищувати магнітні характеристики матеріалу. Запропонований феромагнітний композиційний матеріал на основі залізного порошку містить ізолюючо-зв'язуючий додаток, у вигляді суміші розчину поліорганосилоксану в толуолі або ксилолі та алюмінієвої пудри при співвідношенні компонентів (% сух. мас): пол іорганосил океан 0,6-6,0 алюмінієва пудра 0,2-2,0 залізний порошок решта Одержання запропонованого феромагнітного матеріалу здійснюють у такий спосіб. У залізний порошок при безперервному перемішуванні дода меризації проводять періодичне розминання затверділої суміші для запобігання утворення «коржів». З отриманого матеріалу пресують (при зусиллі пресування 4т/см2) спеціальні зразки магнітопроводів для іспитів на механічні, електричні і магнітні властивості, котрі піддають термообробці при температурах від 300 до 1200°С. Температуру термообробки вибирають у залежності від того, які властивості зразків необхідно одержати. Причому на кожні 100°С підвищення температури термообробки від 300 до 1200°С кількість поліорганосилоксану та алюмінієвої пудри збільшують відповідно на 0,5-0,6% і 0,15-0,2% мас. Приклад 1 (за прототипом). До відновленого залізного порошку додають 5% мас. кремнійорганічного лаку (КО) і перемішують. Отриману суміш висушують при 105-110°С протягом 2-х годин, а потім піддають полімеризації при 210°С протягом 2-х годин. З отриманої суміші виготовляють методом пресування при Рпр=4т/см2 зразки магнітопроводу, які випробовують на магнітну проникність (Цпоч) ' магнітні втрати на вихрові струми (5В). Результати випробувань наведені в таблиці. Приклад 2 (за запропонованим способом). Для одержання запропонованого феромагнітного композиційного матеріалу беруть залізний порошок марки ПЗР-2. Готують ізолюючозв'язуючий додаток з суміші розчину поліорганосилоксану (ПОС) з 5-ти кратним надлишком толуолу чи ксилолу і алюмінієвої пудри (АІП). Суміш перемішують механічним шляхом до одержання однорідної маси і вилучення надлишку розчинника протягом 30хв., потім суміш додають у залізний порошок у кількості (% сух. мас.) поліорганосилоксан 0,5 алюмінієва пудра 0,1 Отриману суміш залізного порошку, ПОС і АІП сушать при t=105-110°C до повного вилучення толуолу (ксилолу) протягом 2-х годин. Після сушіння проводять полімеризацію суміші при t=210°C протягом 2-х годин. У процесі полімеризації затверділу суміш періодично розминають (розпушують) для запобігання утворення «коржів». З отриманого матеріалу пресують при Рпр=4т/см2 зразки магнітопроводу для іспитів на механічні, електричні і магнітні властивості. Термообробку зразків ведуть при температурі 300°С. Приклад З Як у прикладі 2, але до залізного порошку додають 0,6% ПОС І 0,2% АІ пудри. Термообробку пресованих зразків здійснюють у відновлювальному середовищі при 500°С протягом 2-х годин. Приклад 4 Як у прикладі 2, але до залізного порошку додають відповідно 2,0% ПОС і 1,0% АІ пудри. Приклад 6 Як у прикладі 2, але до залізного порой дають 6,0% ПОС і 2,0% АІ пудри. Термооі пресованих зразків здійснюють при t=1200° Порівняльні магнітні х 9090 шення коефіцієнту магнітних втрат на вихрові струми і за рахунок цього виникає можливість роботи запропонованого матеріалу у змінних електричних полях від низьких до високих частот і при високих температурах. Поставлене завдання вирішене тим, що у феромагнітному композиційному матеріалі на основі залізного порошку для магнітопроводів змінного струму, який містить ізолюючо-зв'язуючий додаток, на основі кремнійорганічних сполук, відповідно до пропозиції, в якості ізолюючо-зв'язуючого додатку вводять суміш розчину поліорганосилоксану в толуолі або ксилолі і алюмінієвої пудри при співвідношенні компонентів (% сух. мас): поліорганосилоксан 0,6-6,0 алюмінієва пудра 0,2-2,0 залізний порошок решта. Вибір в якості ізолюючо-зв'язуючого додатку поліорганосилоксанів (ПОС) пояснюється їхньою стійкістю до термічної деструкції. При термічній обробці суміші залізного порошку з поліорганосилоксаном в окисній атмосфері, що супроводжується відривом вуглецевих радикалів, відбувається їхня заміна киснем з виникненням нових силоксанових зв'язків типу -O-Si-O-, що зберігається до 550°С. Однак при термообробці ПОС у відновлювальній атмосфері при високих температурах (наприклад, гаряче пресування, відпал, спікання) утворення таких зв'язків утруднене і, у результаті відбувається руйнування полімеру, що супроводжується погіршенням діелектричних властивостей виробів (магнітопроводів). Введення в суміш залізного порошку і розчину поліорганосилоксану (ПОС ) і термостійкого додатку у вигляді алюмінієвої пудри заглушує термічну деструкцію ПОС, а при температурах вище 300°С в результаті термохімічних перетворень може відбуватися утворення поліметалоорганосилоксанів, зокрема поліалюмоорганосилоксанів, які, як відомо, мають високу термостійкість і високий питомий електроопір. Крім того, у результаті великої спорідненості до кисню на частках алюмінієвого порошку навіть у відновлювальному середовищі (наприклад, при відновлювальному відпалі) утвориться оксидна плівка, яка є гарним діелектриком. Іншою перевагою введення алюмінієвої пудри в ізолюючо-зв'язуючий додаток є властивість алюмінію підвищувати магнітні характеристики матеріалу. Запропонований феромагнітний композиційний матеріал на основі залізного порошку містить ізолюючо-зв'язуючий додаток, у вигляді суміші розчину поліорганосилоксану в толуолі або ксилолі та алюмінієвої пудри при співвідношенні компонентів (% сух. мас): поліорганосилоксан 0,6-6,0 алюмінієва пудра 0,2-2,0 залізний порошок решта Одержання запропонованого феромагнітного матеріалу здійснюють у такий спосіб. У залізний порошок при безперервному перемішуванні додають суміш розчину поліорганосилоксану з 5-ти кратним надлишком розчинника (толуолу або ксилолу). В отриману суміш додають алюмінієву пудру. Склад отриманої суміші змінюють відповідно до температури термообробки. Отриману суміш висушують у сушильній шафі при t=105-110°С про тягом 2-х годин до повного вилучення розчинника. Суху суміш піддають полімеризації при температурі 200-220°С протягом 2-х годин. У процесі полімеризації проводять періодичне розминання затверділої суміші для запобігання утворення «коржів». З отриманого матеріалу пресують (при зусиллі пресування 4т/см2) спеціальні зразки магнітопроводів для іспитів на механічні, електричні і магнітні властивості, котрі піддають термообробці при температурах від 300 до 1200°С. Температуру термообробки вибирають у залежності від того, які властивості зразків необхідно одержати. Причому на кожні 100°С підвищення температури термообробки від 300 до 1200°С кількість поліорганосилоксану та алюмінієвої пудри збільшують відповідно на 0,5-0,6% і 0,15-0,2% мас. Приклад 1 (за прототипом). До відновленого залізного порошку додають 5% мас. кремнійорганічного лаку (КО) і перемішують. Отриману суміш висушують при 105-110°С протягом 2-х годин, а потім піддають полімеризації при 210°С протягом 2-х годин. З отриманої суміші виготовляють методом пресування при Рпр=4т/см2 зразки магнітопроводу, які випробовують на магнітну проникність ( ц п о ч ) і магнітні втрати на вихрові струми (бв). Результати випробувань наведені в таблиці. Приклад 2 (за запропонованим способом). Для одержання запропонованого феромагнітного композиційного матеріалу беруть залізний порошок марки ПЗР-2. Готують ізолюючозв'язуючий додаток з суміші розчину поліорганосилоксану (ПОС) з 5-ти кратним надлишком толуолу чи ксилолу і алюмінієвої пудри (АІП). Суміш перемішують механічним шляхом до одержання однорідної маси і вилучення надлишку розчинника протягом 30хв., потім суміш додають у залізний порошок у кількості (% сух. мас.) поліорганосилоксан 0,5 алюмінієва пудра 0,1 Отриману суміш залізного порошку, ПОС і АІП сушать при t=105-110°C до повного вилучення толуолу (ксилолу) протягом 2-х годин. Після сушіння проводять полімеризацію суміші при t=210°C протягом 2-х годин. У процесі полімеризації затверділу суміш періодично розминають (розпушують) для запобігання утворення «коржів». З отриманого матеріалу пресують при Р пр= 4т/см 2 зразки магнітопроводу для іспитів на механічні, електричні і магнітні властивості. Термообробку зразків ведуть при температурі 300°С. Приклад З Як у прикладі 2, але до залізного порошку додають 0,6% ПОС і 0,2% АІ пудри. Термообробку пресованих зразків здійснюють у відновлювальному середовищі при 500°С протягом 2-х годин. Приклад 4 Як у прикладі 2, але до залізного порошку додають відповідно 2,0% ПОС і 1,0% АІ пудри. Після пресування зразків проводять їхню термічну обробку у відновлювальному середовищі при t=600°C (нижче температури плавлення алюмінію) протягом 2-х годин. Приклад 5 Як у прикладі 2, але до залізного порошку до 9090 дають 4,0% ПОС і 1,2% АІ пудри. Термообробку пресованих зразків здійснюють при t=900°C протягом 2-х годин. Приклад 6 Як у прикладі 2, але до залізного порошку додають 6,0% ПОС і 2,0% АІ пудри. Термообробку пресованих зразків здійснюють при t=1200°C про тягом 2-х годин. Приклад 7 Як у прикладі 2, але до залізного порошку додають 7,0% ПОС і 3,0% АІ пудри. Термообробку пресованих зразків здійснюють при t=1200°C протягом 2-х годин. Результати іспитів наведені в таблиці. Таблиця Порівняльні магнітні характеристики відомого та пропонованого феромагнітних матеріалів, отриманих за відомим та запропонованим способами Номер приМатеріал (спосіб) клада 1 За прототипом 3 4 5 6 Запропонований спосіб -«-«-«-« 7 Додаток до залізного порошку, % Температура обсух. мас. робки зразка, °С ПОС АІп 5,0% лаку КО -« 2 0,5 0,6 2,0 4,0 6 0,1 0,2 1,0 1,2 2,0 300 500 600 900 1200 7,0 ЗО 1200 У таблиці приведені магнітні характеристики (Мпоч) пресованих і термооброблених зразків магнітопроводів з запропонованого матеріалу (приклади 3-6), порівняльні характеристики зразків з матеріалу з пограничним вмістом ізолюючозв'язуючого додатку, (приклади 2, 7), а також магнітопроводу з відомого матеріалу (за прототипом, приклад 1). Нижні межі додатку поліорганосилоксану і алюмінієвої пудри до залізного порошку визначаються необхідністю покриття його часток тонким і рівномірним ізолюючим шаром. Верхні межі кількостей ПОС і АІ пудри визначаються збереженням ізолюючого покриття на частках залізного порошку після високотемпературної термообробки в відновлювальному середовищі (наприклад, відпал, спікання при температурах 300-1200°С) зразків або виробів з феромагнітного матеріалу. Дані таблиці свідчать, що запропонований матеріал (приклади 3-6) має більш високу початкову магнітну проникність і більш низькі коефіцієнти втрат на вихрові струми (бв), в порівнянні з прототипом. Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко Магнітна проник- Коефіцієнт втрат ність зразна вихрові струми, ка, Цпоч бв 19 0,06 90 0,008 102 0,009 0,042 150 0,027 159 0,046 215 Зразки руйнувалися при випробуваннях Введення в залізний порошок ізолюючозв'язуючого додатку у кількості нижче пропонованих меж (приклад 2) призводить до зниження Надмірно високий вміст ПОС і АІ пудри в залізному порошку (приклад 7) призводить до різкого зниження механічної міцності спечених при 1200°С зразків аж до їхнього руйнування в період випробувань. Поясненням цьому може служити окислювання часток алюмінію в оксид АІ2Оз, що супроводжується збільшенням об'єму в 1,3 рази з утворенням високопористого зразка у результаті вигоряння великої кількості органічної складової ПОС. Таким чином, сукупність відмінних ознак пропозиції забезпечує досягнення більш високої магнітної проникності (йпоч) ' зниження магнітних втрат на вихрові струми (5В) у магнітопроводах. Запропонований матеріал можна використовувати при роботі магнітопроводів у змінних електричних полях від низьких до високих частот. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601