СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано при изготовлении постоянных магнитов с большим энергетическим произведением (ВН)_max, которое, например, у материала с высокой коэрцитивной силой SmСо₃ достигает величины 320 Тл·кА/м (40 млн Гс·э).

Известен способ намагничивания магнитожестких ферромагнетиков помещением их в насыщающее магнитное поле, получаемое в соленоиде с постоянным током в его обмотке [1-3]. При снятии магнитного поля в ферромагнетике сохраняется так называемая остаточная намагниченность, которая и определяет силовые свойства постоянного магнита. При этом большое число магнитных доменов ферромагнетика ориентируются коллинеарно намагничивающему магнитному полю и практически не изменяют своей магнитной ориентации после снятия внешнего магнитного поля, создаваемого в соленоиде.

Повышению намагниченности постоянных магнитов в процессе их намагничивания в постоянном насыщающем магнитном поле может способствовать приложение к ним также переменного магнитного поля с частотой, соответствующей резонансу колебательного движения доменов, определяемого размерами доменов [4]. Эффект дополнительного увеличения намагниченности связан с повышением подвижности доменных стенок в резонансном магнитострикционном эффекте ферромагнетиков.

Подвижность доменных стенок ферромагнетика ограничена твердостью его структуры. Коллинеарному выстраиванию магнитных моментов доменов по внешнему магнитному полю препятствует тепловое поле при спекании порошка ферромагнетика при его изготовлении, поскольку с ростом температуры увеличивается хаос в распределении угловой ориентации магнитных моментов доменов.

Недостатком известных способов намагничивания ферромагнетиков является снижение их намагниченности из-за того, что не все атомные магнитные моменты его магнитных доменов ориентируются взаимно коллинеарно по полю.

Указанный недостаток устраняется в заявляемом способе.

Целью изобретения является повышение намагниченности ферромагнетика.

Указанная цель достигается в заявляемом способе производства постоянных магнитов в форме кольцевых структур, основанном на приложении к ферромагнетику внешнего постоянного насыщающего магнитного поля, отличающимся тем, что в качестве ферромагнетика используют охлажденную магнитную жидкость из однодоменных наночастиц ферромагнетика, которую сепарируют в быстро вращающемся и горизонтально установленном немагнитном цилиндрическом корпусе, ось вращения которого совмещают с вектором внешнего постоянного насыщающего магнитного поля, а затем растворитель магнитной жидкости испаряют воздействием на него вакуумной откачки, причем в состав указанного растворителя при его приготовлении вводят клеящее вещество.

Достижение указанной цели изобретения объясняется обеспечением высокой степени подвижности однодоменных наночастиц ферровещества в составе охлажденной магнитной жидкости [5-8] в процессе равномерного уплотнения наночастиц ферровещества под действием центростремительной силы в быстро вращающемся цилиндрическом немагнитном корпусе, установленном горизонтально, а вакуумное испарение растворителя магнитной жидкости приводит к формированию твердого ферромагнитного кольца (полого цилиндра), наночастицы ферровещества которого, ориентированные их магнитными моментами по внешнему магнитному полю, оказываются склеенными между собой.

Изобретение поясняется представленным рисунком устройства для осуществления заявляемого способа, которое включает следующие элементы и узлы:

1 - герметизированный, разъемный, немагнитный корпус,

2 - магнитопровод электромагнита,

3 - обмотка электромагнита,

4 - источник постоянного тока,

5 - немагнитный цилиндрический корпус разъемный, заливаемый магнитной жидкостью,

6 - первое кольцо из магнитомягкого материала,

7 - второе кольцо из магнитомягкого материала,

8 - ось вращения немагнитного корпуса 5 с магнитомягкими кольцами 6 и 7,

9 - подшипники крепления оси вращения 8, закрепленные на корпусе 1,

10 - электродвигатель вращения оси 8,

11 - источник питания электродвигателя 10,

12 - ведущий магнит магнитного сцепления,

13 - ведомый магнит магнитного сцепления,

14 - электромагнитный клапан немагнитного цилиндрического корпуса 5,

15 - блок управления электромагнитным клапаном 14.

16 - форвакуумный насос,

17 - трубопровод форвакуумного насоса 16 для связи с корпусом 1,

18 - герметические изоляторы,

19 - крепежные элементы магнитопровода 2 электромагнита к корпусу 1.

Элементы разборки корпусов 1 и 5 для извлечения изготовленного намагниченного ферромагнитного кольца, а также приспособления для заливки в немагнитный цилиндрический корпус 5 магнитной жидкости на данном рисунке для простоты не указаны.

Рассмотрим операционную сущность заявляемого способа на основе действия реализующего его устройства, представленного на рисунке в упрощенном виде.

Как указывалось выше, способ основан на намагничивании ферромагнетика в насыщающем магнитном поле и включает следующие отличительные операции:

- использование магнитной жидкости,

- сепарирование магнитной жидкости действием центростремительной силы,

- совмещение оси вращения сепарируемой магнитной жидкости по вектору насыщающего магнитного поля при горизонтальном расположении этой оси вращения,

- испарение растворителя магнитной жидкости действием вакуумной откачки,

- формирование намагниченного ферромагнитного кольца (полого цилиндра) склеиванием наночастиц ферроматериала в результате испарения растворителя магнитной жидкости, в которую предварительно было введено клеящее вещество.

На основе современных способов приготавливают наночастицы ферровещества - однодоменные частицы, которые помещают в охлажденный растворитель с введенным в него клеящим веществом. Такие наночастицы ферровещества в растворе обладают большой подвижностью, и магнитные моменты доменов легко выстраиваются вдоль внешнего насыщающего магнитного поля. Охлаждение растворителя также способствует высокой степени такой ориентации доменов, так как пониженная температура магнитной жидкости существенно уменьшает размер области кривой намагничивания, соответствующей парапроцессу. Для того чтобы формировалось намагниченное ферромагнитное кольцо из совокупности магнитно ориентированных наночастиц ферровещества, магнитную жидкость подвергают сепарированию в быстро вращающемся немагнитном корпусе 5 с последующим испарением растворителя магнитной жидкости действием вакуумной откачки. Наночастицы ферровещества при этом взаимно склеиваются, образуя твердую фазу.

Вращение немагнитного корпуса 5 осуществляется электродвигателем 10 от источника питания электродвигателя 11. Ось вращения 8, к которой крепится немагнитный цилиндрический корпус 5, закреплена подшипниками 9 на герметизированном разъемном немагнитном корпусе 1 устройства и не связана жестко с осью вращения электродвигателя 10 по условиям обеспечения герметизации внутренней полости корпуса 1. Для передачи вращательного момента от электродвигателя к немагнитному цилиндрическому корпусу 5 используется магнитное сцепление из первого ведущего 12 и второго ведомого 13 подковообразных магнитов магнитного сцепления, закрепленных соответственно на осях электродвигателя 10 и немагнитного корпуса 5 и разделенных немагнитным корпусом 1. По мере плавной раскрутки магнитной жидкости электродвигателем наночастицы ферровещества, плотность которых превосходит плотность растворителя, происходит сепарирование: более тяжелые наночастицы ферровещества, ориентированные по внешнему магнитному полю их магнитными моментами, устремляются по радиусам от оси вращения 8 к периферии немагнитного цилиндрического корпуса 5, образуя кольцевую систему равной толщины, поскольку расположение оси вращения 8 выбрано горизонтальным (гравитационное поле одинаково действует на ферронаночастицы). После указанного формирования открывается электромагнитный клапан 14 под действием блока управления 15, а также включается форвакуумный насос 16, связанный трубопроводом 17 с внутренней полостью немагнитного корпуса 1. Вакуумная откачка приводит к холодному испарению растворителя магнитной жидкости, и в периферийной области немагнитного цилиндрического корпуса 5 клеящее вещество, введенное в растворитель магнитной жидкости, сцепляет ферронаночастицы между собой. Так формируется намагниченное твердое ферромагнитное кольцо (полый цилиндр).

Магнитопровод 2 электромагнита в рабочем зазоре имеет полюса в форме пары колец, образующих однородное цилиндрическое магнитное поле, являющееся насыщающим для используемого ферроматериала в составе магнитной жидкости. Соосно этой паре колец магнитопровода 2 использованы вращающиеся вместе с немагнитным цилиндрическим корпусом 5 первое 6 и второе 7 кольца из магнитомягкого материала, находящиеся в механическом контакте с корпусом 5, внутри которого образуется однородное насыщающее магнитное поле. Назначение этих колец 6 и 7 состоит в формировании такого магнитного поля внутри корпуса 5, магнитные силовые линии которого строго взаимно параллельны. Если бы этих колец не устанавливать, то магнитные силовые линии магнитного поля внутри корпуса 5 оказались бы не параллельными вблизи полюсов магнитопровода 2 из-за эффекта вращения корпуса 5 относительно неподвижного магнитопровода 2, что несколько снизило бы намагниченность формируемого ферромагнитного кольца. Зазоры между кольцевыми полюсами магнитопровода 2 и кольцами 6 и 7 выбирают минимальными, что позволяет увеличить напряженность магнитного поля внутри немагнитного цилиндрического корпуса 5, выполненного, например, из меди, алюминия или какого-либо немагнитного диэлектрика.

В рассматриваемом устройстве не обсуждаются вопросы заполнения корпуса 5 магнитной жидкостью, ее консистенции и съема сформированного намагниченного кольца из склеенных ферромикрочастиц с ориентированными по магнитному полю магнитными моментами, что выходит за рамки заявляемого способа.

Литература

1. Преображенский А.А., Биширд Е.Г. Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М., 1986.

2. Февралева И.Е. Магнитотвердые материалы и постоянные магниты. К., 1969.

3. Постоянные магниты. Справочник, М., 1971.

4. Меньших О.Ф. Способ намагничивания магнитожесткого ферромагнетика. Патент РФ №2409876, опубл. в бюлл. №2 от 20.01.2011.

5. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости, "УФН", 1974, т.112, с.427.

6. Баштовой В.Г., Берковский Б.М., Вислович А.Н. Введение в термомеханику магнитных жидкостей. М., 1985.

7. Неравновесные процессы в магнитных суспензиях. Сб., Под ред. М.И.Шлиомиса, Свердловск, 1986.

8. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. М., 1989.