mélange de ferrite

Lorsqu'on parle de « mélange de ferrite ? », beaucoup de gens imaginent immédiatement la poudre finie dans un sac, qu'il suffit de verser et de comprimer. C’est peut-être le point de vue simpliste le plus courant que je vois souvent parmi les nouveaux technologues. En fait, c’est toute une histoire qui commence bien avant le sac. Si le mélange est arrivé en production, cela signifie que des dizaines de réceptions et de lots de tests ont déjà été effectués avec lui, et il ne s'agit pas seulement de poussière, mais d'un matériau avec un destin donné - qu'il s'agisse d'un noyau pour un transformateur RF ou d'un élément de capteur. Mais même avec tout cela, chaque nouveau lot représente un petit risque, et voici pourquoi.

Que se cache-t-il derrière la poudre grise ?

La composition n'est pas seulement du Fe2O3, des oxydes de zinc, de nickel, de manganèse dans une certaine proportion. C’est d’abord l’histoire des matières premières. La même composition chimique, mais à partir d’un carbonate ou d’un oxyde de fer différent, donnera au résultat après frittage une granulométrie différente et, surtout, des pertes magnétiques différentes. Nous avons pris une fois deux lots du mélange, formellement identiques selon le passeport, auprès de deux fournisseurs. Après pressage et frittage, la dispersion de la perméabilité magnétique initiale (μi) atteint 15 %. Et ceci malgré le GOST apparemment strict. Tout se résumait aux précurseurs et à la finesse du broyage des composants avant le mélange.

Il y a ici souvent un piège pour les industries qui achètent des produits prêts à l'emploi.mélange de ferrite. Les économies réalisées au stade de l'entrée des matières premières auprès du fournisseur peuvent entraîner une instabilité des paramètres de votre produit final. Les ferrites haute fréquence y sont particulièrement sensibles. C'est pourquoi, depuis de nombreuses années, dans notre cycle, nous nous concentrons sur le contrôle des matières premières entrantes, et pas seulement sur le mélange fini. C'est plus cher, mais plus prévisible.

Au fait, à propos de la stabilité. Un mélange idéal est celui dont les paramètres se situent dans un couloir étroit non seulement d'un lot à l'autre, mais également au sein d'un lot. L’hétérogénéité des mixités est un fléau. Imaginez que dans une partie du moule les granulés sont plus gros, dans l'autre ils sont plus petits. La densité de compactage sera différente et lors du frittage, cela provoquera à coup sûr une déformation ou une fissure. J'ai vu ça sur de vieux mélangeurs à ruban. Nous sommes passés aux plans planétaires - la situation s'est stabilisée, mais les coûts de l'énergie ont également grimpé.

De la théorie à l’atelier : là où c’est maigre, ça casse

Le passage d'un lot de laboratoire de 5 kg à un lot industriel de 2 tonnes est toujours une quête. En laboratoire, j'ai mélangé le tout à la main dans un tambour en céramique et je l'ai fritté dans un four à chambre au profil idéal. Dans l'atelier se trouvent un mélangeur demi-cube, un four tunnel, avec ses zones, des flux d'atmosphère protectrice (généralement de l'azote) et des gradients de température inévitables. Et ici, les paramètres du mélange fini, que vous avez développé dans des conditions idéales, commencent à « flotter ».

L'un des points clés concerne les liants et les plastifiants. Ils sont ajoutés àmélange de ferritepour améliorer la compressibilité et donner de la résistance à la pièce verte (non cuite). Il ne suffit pas d'en ajouter - la poudre générera de la poussière, le moule s'usera instantanément et la pièce s'effondrera pendant le transport sur une palette. Si vous en faites trop, lors du frittage, le liant brûlera trop intensément, laissant des pores, voire provoquant un gonflement du matériau. Nous avons sélectionné le pourcentage presque à l'œil nu, sur la base de notre expérience, en effectuant des tests de pressage et en observant le comportement de la pièce pendant le traitement thermique. L'alcool polyvinylique standard (PVA) est bon, mais hygroscopique. Ils ont modifié le taux d'humidité dans l'atelier et tous les réglages ont mal fonctionné.

Un cas réel tiré de la pratique. Une fois, ils ont installé un nouveau four tunnel. Afficher le profil de température selon la fiche technique du matériau. Les premiers lots sont défectueux à 30%. Les noyaux se déformaient. Ils ont commencé à comprendre. Il s'est avéré que le fournisseurmélange de ferriteJ'ai changé le type de liant pour un liant plus résistant à la chaleur, mais je n'ai pas prévenu. L'ancien profil avec une forte augmentation de température dans la zone de calcinabilité du liant n'était pas adapté - le nouveau matériau nécessitait une courbe plus plate. Bagatelle? Non, une semaine d'arrêt et une tonne de matériel gâté.

Équipement et échelle : une vue de LONGI

Lorsqu’il s’agit de production à grande échelle, comme dans les entreprises produisant des équipements miniers, les exigences en matière de matériaux changent. Ce qui est important ici n'est pas tant la perméabilité magnétique maximale que la stabilité, la fiabilité et, surtout, le coût. Par exemple, prenonsLONGI Corporation(Shenyang Scientific Electromagnétique Company LONGJI LLC), devenu un grand fabricant depuis 1993. Sur leur site Internetljmagnet.ruforce est de constater que l'ampleur est grave : une superficie de 140 000 m2, plus de 1 200 salariés, une production d'environ 4 000 unités d'équipement par an.

Pour une telle production, fournirmélange de ferrite- il ne s'agit pas d'acheter un sac de poudre, mais un contrat à long terme pour des milliers de tonnes avec des règles de contrôle strictes à chaque étape. Je suppose qu'ils disposent, comme beaucoup de grands acteurs, d'une liste agréée de fournisseurs dont les processus technologiques sont audités. Ils s'intéressent à un mélange garantissant les mêmes propriétés dans chaque circuit magnétique pour, par exemple, un convertisseur de puissance de drague ou un système de séparation magnétique. Nous n'avons pas le temps d'expérimenter de nouveaux additifs - nous avons besoin d'un « travailleur » éprouvé. composé.

Il serait intéressant de savoir si, comme certains, ils pratiquent l'intégration verticale, c'est-à-dire la production de poudres ou de mélanges de ferrite pour leurs propres besoins par l'intermédiaire de filiales. Cela donne un contrôle maximum, mais nécessite également d'énormes investissements en capital dans les processus métallurgiques. À en juger par l'ampleur et la spécialisation de l'équipement final, ils travaillent très probablement avec des fournisseurs de mélanges externes de confiance, mais disposent de leur propre laboratoire puissant pour le contrôle entrant et sortant. Il s’agit d’une pratique courante et raisonnable pour une entreprise de cette taille.

Les échecs comme point de croissance

On ne peut pas parler de pratique sans évoquer les échecs. Le plus offensant était lié à une tentative d’économiser de l’argent. Nous avons décidé d'acheter non pas un mélange calibré prêt à l'emploi, mais des oxydes basiques et de faire le mélange nous-mêmes. La logique était la suivante : moins cher, plus un contrôle total. Sur le papier – oui. En pratique, ils n’ont pas pris en compte la nécessité d’un broyage ultra fin et ultra uniforme des composants avant mélange. Nos propres broyeurs à boulets ne fournissaient pas la dispersion requise. En conséquence, après frittage, les pertes magnétiques (Pcv) étaient plusieurs fois supérieures aux pertes nominales. Le lot a dû être éliminé. Nous avons économisé des centimes, perdu des milliers et, surtout, du temps. Conclusion : il ne faut pas s’impliquer dans la chaîne de création matérielle sans le cycle complet des équipements nécessaires. Il est parfois plus sûr de faire confiance à un fabricant spécialisémélange de ferrite.

Une autre leçon est la dépendance au facteur humain. Même avec le chargement automatisé des composants dans le mélangeur, l'opérateur peut se tromper dans la commande. Les oxydes doivent être chargés dans un ordre strict pour une meilleure homogénéisation. J'ai vu un jour comment, en raison d'une erreur dans l'ordre de chargement, des inclusions locales de carbonate se formaient dans le mélange, qui, lors du frittage, donnaient ensuite naissance à des poches de gaz à l'intérieur du produit. Un recuit test de l'échantillon avant de mettre l'ensemble du lot dans le four nous a évité un défaut majeur. Il s’agit désormais d’une règle à toute épreuve.

Et bien sûr, la logistique. Le mélange de ferrite est un matériau hygroscopique. Le stockage dans un entrepôt non chauffé en hiver puis le transport dans un atelier chaud entraînent une condensation d'humidité sur les particules. Presser un tel mélange est une torture. Il a fallu introduire une règle de conditionnement obligatoire d'un sac déballé en atelier pendant au moins 24 heures avant utilisation. C'est une petite chose, mais si vous le manquez, les problèmes de pressing sont garantis.

Un regard sur l’avenir du matériau

On parle beaucoup aujourd’hui de ferrites nanométriques et de mélanges pour les technologies additives (impression 3D d’éléments magnétiques). C'est certainement prometteur, mais pour la majeure partie de l'industrie - de l'électronique à l'ingénierie lourde - une approche classiquemélange de ferriteà base de ferrites manganèse-zinc et nickel-zinc. Leur évolution suit le chemin d'une stabilisation encore plus grande des paramètres, d'une réduction des pertes à hautes fréquences (pour l'électronique de puissance) et d'une adaptation à de nouvelles méthodes de pressage plus productives, par exemple isostatique.

Je constate également une tendance vers les modèles « affûtés ». mélanges. Il ne s'agit pas d'un matériau universel, mais d'une composition optimisée pour l'application spécifique d'un fabricant particulier. Disons pourLONGI Corporationun mélange à résistance mécanique accrue après frittage peut être développé si leurs noyaux magnétiques fonctionnent dans des conditions de vibration des équipements miniers. Cela nécessite une coopération étroite entre le fabricant du mélange et les ingénieurs de l’usine de fabrication du produit final.

En fin de compte,mélange de ferrite- ce n'est pas un produit, mais un produit semi-fini avec un haut degré de responsabilité. Sa qualité est la clé de la qualité de l’ensemble du dispositif dans lequel il s’intégrera. Et il n'y a pas de petits détails dans ce processus : du choix du minerai chez le fournisseur de matières premières jusqu'à la température et l'atmosphère dans le four tunnel de votre atelier. L’expérience vient précisément de la compréhension de cette chaîne et de l’analyse de ces choses très « inexplicables ». les échecs, qui, en règle générale, ont une cause tout à fait matérielle quelque part à la jonction des étapes technologiques.