Revista >> Iunie 2020 [Nr. 225] >> Cercetare & Invatamant superior

ICPE-CA dezvoltă microfire feromagnetice cu multiple utilizări în industrie

Dr. ing. Eugen Manta, sef laborator Materiale Magnetice ICPE-CA

23 Iunie 2020

Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA realizează microfire conductoare, semiconductoare şi microfire cu proprietăţi magnetice sau magnetostrictive, pornind de la elemente (cupru, platină, cobalt, nichel, siliciu, germaniu) sau aliaje (de exemplu, aliaje în sistemul ternar Fe-B-Si, aliaje bogate în Co sau bogate în Fe). Microfirele pot avea lungimi de cca. 1 - 2 km şi sunt constituite dintr-un miez metalic acoperit cu un strat izolator de sticlă, diametrul miezului de metal putând fi de la 1 la 50 µm, respectiv, grosimea izolaţiei de sticlă, de la 1 la 20 µm.

Procedeul iniţiat de Taylor acum câteva decenii pentru obţinerea de fire metalice, fără a recurge la metode tradiţionale de prelucrare prin deformare plastică, a fost aplicat în ultimul deceniu pentru vitrificarea unui număr mare de aliaje.
Recent, metoda Taylor–Ulitovsky, care este cunoscută din 1950, a fost folosită pentru a produce un microfir feromagnetic lung şi subţire cu un nucleu metalic foarte mic (1–20 μm în diametru), acoperit cu un înveliş izolator (1–10 μm în diametru).
Deşi studiile privind microfirele amorfe magnetice au început în anii 1976, microfirele acoperite cu sticlă au fost redescoperite în ultima decadă, datorită proprietăţilor lor magnetice neobişnuite şi potenţialului aplicativ.

O atenţie deosebită a fost acordată studiilor de probe cu magnetostricţiune pozitivă constantă (aliaje bogate în Fe) care prezintă o curbă histerezis rectangulară perfectă (aşa numita bistabilitate magnetică), precum şi aliajelor bogate în Co. Trebuie menţionat că acest comportament magnetic este determinat de tensiunile interne complexe aplicate asupra nucleului metalic datorită acoperirii cu sticlă. De fapt, investigaţiile privind eliminarea progresivă a învelişului de sticlă prin corodare chimică au arătat o modificare asupra proprietăţilor magnetice prin diminuarea învelişului de sticlă.

Procedeul utilizat pentru obţinerea microfirelor este metoda Ulitovsky–Taylor, ce constă în plasarea în câmpul unui inductor de înaltă frecvenţă a unui tub de sticlă, în care s-a introdus o baghetă de metal sau aliaj. Sub influenţa câmpului electromagnetic generat metalul se topeşte, formând o picătură. O parte din tubul de sticlă, în contact cu metalul topit, se înmoaie şi din sticlă se formează un înveliş (manta) ce acoperă picătura. În anumite regimuri de lucru, această sticlă înmuiată antrenează prin tragere şi metalul, conducând la formarea microfirelor care se colectează pe mosoare.

Se pot obţine diferite structuri ale miezului de metal: policristaline, cu dimensiuni diferite ale cristalelor (micro-cristaline, nano-cristaline) sau amorfe.

Instalaţia de turnare a microfirelor din dotarea Institutului Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA (figura 1) asigură desfășurarea procesului tehnologic pentru turnarea microfirelor, controlul parametrilor, diagnostic şi protecţie împotriva deteriorării mecanismelor şi subansamblelor constructive şi protecţia personalului de deservire.

Aplicații ICPE-CA cu microfire magnetice
Domeniul de aplicaţie a microfirelor este foarte larg:
• senzoristică;
• ecranare electromagnetică (consorţiu PN II alcătuit din Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA, Univ. Gheorge Asachi, Univ. de Medicină, MEDAPTEH SRL);
• hârtii de valoare (consorțiu PN II alcătuit din Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA, CEPROHART Brăila, MEDAPTEH SRL, beneficiar IMPRIMERIA NAŢIONALĂ);
• microfire cu proprietăţi speciale ce permit codificarea informaţiei, cu utilizări în securizarea etichetelor (consorţiu PN II, POC alcătuit din Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA, MEDAPTEH PLUS CERT);
• medicină (imagistică, stimularea creierului).

În ciuda faptului că materialele magnetice amorfe au fost descoperite cu mai mult de 60 de ani în urmă, interesul pentru studierea proprietăților lor structurale, magnetice și cinetice persistă până în prezent. S-a stabilit că aceste materiale prezintă proprietăți fizice unice. Drept rezultat, s-au dezvoltat aplicații în micro- și nanoelectronica modernă, la un cost de producție relativ scăzut. Mai mult, acest interes a fost cauzat de dezvoltarea de materiale inovatoare și compozite derivate pe bază de microfire amorfe.

Microfirele magnetice prefigurează viitorul în senzoristică
Microfirele feromagnetice pot constitui elementele active ale unor senzori. Acestea pot fi utilizate și într-o gamă largă de aplicații în aeronautică (aviație), cum ar fi senzor de câmp magnetic, senzor de tensiuni mecanice sau de temperatură. Avantajele unor astfel de senzori sunt: masa, dimensiunile și costul reduse, toate acestea conducând la ideea că senzorii, pe bază de microfire feromagnetice sunt candidați ideali pentru vehicule aeriene mici, fără pilot (drone).