МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

5. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

5.1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Физические процессы в магнитных материалах.

По силе взаимодействия с магнитным полем все вещества можно разделить на слабомагнитные и сильномагнитные. Сила взаимодействия вещества с магнитными… (5.1), где М — намагниченность вещества под действием магнитного поля, Н - напряженность этого поля.

Магнитные свойства материалов

Намагничивание постоянным полем.При циклическом измене­нии напряженности магнитного поля от 0 до +Н1, от +Н1 до —H1 и снова до +H1 кривая изменения…   Основная кривая намагничивания.

Классификация магнитных материалов

Диапазон изменения различных магнитных свойств у магнит­ных материалов весьма неодинаков. Сопоставляя параметры петли гистерезиса широкого круга промышленных магнитных материалов, можно заметить, что индукция насыщения и остаточная индукция изменяются всего в несколько раз, в то время как коэрцитивная сила — в сотни тысяч и миллионы раз. Для материалов с малым значением Н_с характерны однород­ность структуры, незначительная магнитная анизотро­пия и магнитострикция, минимум механических напряжений, различных примесей и включений. Такое состояние магнитного мате­риала характеризуется также высокими значениями магнитной проницаемости.

Для многих материалов с большой Н_с характерно наличие од­нодоменных структур, возникающих в весьма малых объемах маг­нитного вещества (порошкообразные частицы). Перемагничивание однодоменных структур происходит в основном за счет процессов вращения, что требует больших значений перемагничивающих полей.

Исходя из различий в коэрцитивной силе в технике принято разделение магнитных материалов на магнитомягкие и магнитотвердые. Характерными свойствами магнитомягких материалов является малое значение коэрцитивной силы, в связи с чем они способны намагничиваться до насыщения даже в слабых полях. Эти материалы обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на перемагничивание.

Магнитотвердые материалы (материалы для постоян­ных магнитов) обладают высокими значениями коэрцитивной силы, большой удельной энергией. Эта энергия пропорциональна произве­дению остаточной индукции на величину коэрцитивной силы.

Характерные петли гистерезиса свойственны не только различ­ным типам магнитных материалов, но даже некоторым отдельным маркам этих материалов.

Магнитомягкие, т. е. легко намагничивающиеся материалы, имеют узкую петлю гистерезиса небольшой площади при высоких значениях индукции (рис. 5.10, а, б, в, ). Материалы этого типа с округлой петлей гистерезиса (рис. 5.10, а, б) приме­няют для работы в низкочастотных магнитных полях. Магнитомягкие материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 5.10, б) используют в импульсных устройствах магнитной памяти. Магнитотвердые материалы намагничиваются с трудом, но спо­собны длительное время сохранять сообщенную им энергию. Для них характерна широкая петля гистерезиса большой площади (рис. 5.10, г), используются эти материалы для изготовления постоянных магнитов.

Границы значений коэрцитивной силы, по которым материал можно отнести к группе магнитомягких или магнитотвердых до­статочно условны. К магнитомягким относят материалы с вели­чиной Н_с менее 4кА/м, а к магнитотвердым — материалы с величиной Н_с более 4кА/м.

Магнитные материалы, имеющие специфические свойства и в связи с этим узкую область применения, можно выделить в третью группу — материалы специального назначения. К их числу относят материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты СВЧ-диапазона, термомагнитные и магнитострикционные материалы.

МАГНИТОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ

МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

  Магнитомягкие материалы должны иметь малую коэрцитивную силу (что уменьшает… Очень существенным является также требование независимости магнитных свойств рассматриваемых материалов от величины…

Магнитомягкие ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Под высокочастотными магнитомягкими материалами понимают магнитные вещества, которые работают при частотах выше нескольких сотен герц. Согласно… Феррити представляют собой магнитную керамику, получаемую спеканием смеси… Магнитодиэлектрики можно отнести к пластическим массам с ферромагнитным наполнителем из порошка металла, сплава или…

Ферриты

Ферриты являются химическим соединением оксида железа Fe2О3 с оксидами двухвалентных (реже одновалентных) металлов: Ni, Mn, Cu, Co, Mg , Li и др,… Ферриты вырабатывают в виде керамики по технологии производства радиокерамики.… Одним из основных недостатков изготовляемых ферритов является недостаточно высокая воспроизводимость их магнитных…

Магнитодиэлектрики

Магнитодиэлектрики - это высокочастотные магнитные материалы, характерной особенностью которых является более высокая стабильность магнитных свойств… Они представляют собой пластмассу, которая состоит из порошка магнитного… Технология изготовления магнитодиэлектриков, подобная широко распространенной технологии производства пластмасс,…

МАГНиТОТВЕРДые МАТЕРИАЛЫ

Классификация и требования к материалам

 

По определению магнитотвердые материалы можно разделить на материалы для постоянных магнитов и материалы для записи и продолжительного сохранения звука, изображения, цифровой записи и прочие.

Основными характеристиками магнитотвердых материалов служат коэрцитивная сила Н_с, остаточная индукция В_r и максимальная удельная энергия, которая отдается магнитом в внешнее пространство W_А. Магнитная проницаемость этих материалов значительно меньше, чем в магнитомягких. Причем, чем выше Н_с материала, тем меньше его проницаемость. Постоянный магнит при замкнутом магнитопроводе, например в виде тороидальноro сердечника, практически не отдает энергию в внешнее пространство, так как почти все магнитные силовые линии замыкаются внутри сердечника и магнитное поле вне его практически отсутствует. Для использования магнитной энергии постоянных магнитов в замкнутом магнитопроводе создают воздушный зазор определенных размеров и конфигурации, магнитное поле в котором используют для технических целей.

Вопрос стабильности свойств магнитов в ряде случаев имеет важное значение. Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается. Это явление называют старением магнита. Оно может быть как обратимым, так и необратимым. Обратимое старение происходит вследствие механических влияний (ударов, толчков), резких колебаний температуры, действия внешних постоянных полей и приводит к снижению величины В_r на 1-3%. После повторного намагничивания свойства магнита восстанавливаются.

Необратимое старение связано с изменением структуры магнитного материала на протяжении времени. Этот вид старения материала не устраняется при повторном намагничивании.

Важное значение для практического использования магнитотвердых материалов в аппаратуре имеют их стоимость, технологические и механические характеристики (обрабатываемость, прочность, твердость, плотность и др.).

 

Материалы для постоянных магнитов

К группе высококоэрцитивных литых сплавов относят сплавы систем Fe-Ni-Al и Fe-Ni-Al-Со, модифицированные разными примесями. Высококоэрцитивное… Сплавы системы Fe-Ni-Al имеют наибольшую энергию воздушного зазора при составе… Недостатком сплавов Fe-Ni-Al и Fe-Ni - Al-Со является их большая хрупкость и твердость, поэтому магниты из них…

Материалы для звукозаписи

Основное назначение носителя магнитной записи состоит в возникновении на поверхности воспроизводящей головки магнитного поля, которое изменяется во… Коэрцитивная сила, с одной стороны, должна быть достаточновелика, чтобы… Промышленность выпускает магнитофонные ленты из нержавеющего сплава ЕП-31А и биметалла ЕП-352/353. Толщина лент…

Другие магнитотвердые материалы

К этой группе относятся магнитотвердые материалы, которые имеют более узкое применение: сплавы, которые пластично деформируются, эластичные магниты,… Пластично деформируемые сплавы имеют хорошие пластические свойства и поддаются… Викаллой применяют в качестве высокопрочной магнитной ленты или провода (52КФ13), а также для изготовления очень…

Материалы с прямоугольной петлей гистерезиса

Материалы с ППГ служит основой при разработке и изготовлении разнообразных устройств хранения информации вычислительной технике, устройств, широко… Характеристики материалов с ППГ. Степень прямоугольности петли гистерезиса… (5.13),

СВЧ-ферриты.

Ферриты позволили создать: Устройства СВЧ, не удовлетворяющие принципу взаимности, т.е. существенно различные характеристики для разных…

Ферритовые устройства СВЧ в качестве обязательного элемент имеют в радиоволноводе ферритовый вкладыш, различный по форме и свойствам, размещенный по-разному внутри волновода и находящийся под действием управляющих (постоянных или переменных) полей.

Размер и конфигурация ферритового вкладыша, помещенного внутрь волновода, определяются назначением устройства СВЧ и условиями его работы

(диапазоном рабочих частот и температур, уровнем мощности и т.д.). Вкладыши изготавливают в виде пластин, дисков и цилиндрических стержней. Для согласования (уменьшения стоячей волны в тракте) концы пластин выполняют скошенными, закругленными, ступенчатыми или в виде стрелок.

Кроме названных типов, в качестве вкладышей из ферритов применяют сферы и полусферы (в резонансных вентилях, ограничителях мощности и т.д.) различных диаметров, а также более сложные конфигурации (рамки, шайбы, фигурные пластины).

Применение ферритов в дециметровой области диапазона СВЧ и главным образом разработка устройств, в которых используются нелинейные свойства ферритов СВЧ, потребовало создания материалов с минимально узкими линиями ферромагнитного резонанса. Повышение плотности материала, необходимое для уменьшения ширины линии ферромагнитного резонанса, возможно при замене поликристаллического материала монокристаллическим.

Практически для изготовления монокристаллов ферритов наиболее часто применяют два метода: выращивание монокристаллов из раствора и пламенно- водородный метод ( метод Вернейля). Таким способом можно выращивать образцы диаметром до 10-15 мм, длиной 50-80 мм и более. Высокое качество получаемых монокристаллов определяется в первую очередь высокой степенью чистоты исходных материалов.

Современной про­мышленностью выпускает свыше 50 марок поликристаллических СВЧ-ферритов и несколько марок монокристаллов.

Наиболее широкое применение имеют следующие поликристаллические ферриты: иттриевые ферриты-гранаты, литиевые ферриты, магниевые ферриты, никелевые ферриты, магниевые ферроалюминаты и магниевые феррохромиты, никелевые феррохромиты.

Сферы монокристаллов иттриевого феррита – граната применяют в фильтрах СВЧ различных конструкций (в параметрических усилителях, в ограничителях мощности, в циркуляторах). В амплитудных модуляторах диапазона СВЧ используют монокристаллы магний-марганцевых ферритов. В миллиметровом диапазоне СВЧ используют монокристаллы барий-цинкового гексаферрита.

 

Термомагнитные материалы.

Из термомагнитных сплавов наиболее перспективными являют­ся сплавы системы железо—никель—хром, получившие на­звание компенсаторов. Они отличаются… Многослойные термомагнитные материалы по­лучают совместной прокаткой листов,… В качестве термомагнитных материалов возможно также применение магнитомягких ферритов с низкой температурой Кюри,…

Магнитострикционные материалы

В ряде устройств явление магнитострикции находит техническое применение. К ним относят магнитострикционные генераторы зву­ковых и ультразвуковых… В качестве магнитострикционных ма­териалов промышленность выпускает ни­келевые… Никелевые пластины типа НП-2 обладают большим зна­чением ls= - 35×10-6. Их обычно применяют в виде сборного…

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. - М.: Высш.шк., 1986. - 367 с.

2. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.Н. Электротехнические материалы. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 304 с.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

3. Материалы микроэлектронной техники./ Андреев В.М., Бронгулеева А.Н., Дацко С.Н., Яманова Л.В. – М.:Радио и связь, 1989. – 352 с.

4. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы. – М.:Высшая школа, 1986. – 352 с.

5. Штофа Ян Электротехнические материалы в вопросах и ответах.-М.:Энергоатомиздат, 1984. – 200 с.

6. Справочник по электротехническим материалам. В 3 –х томах.

Т.1/ Под ред.Ю.Б.Корицкого и др.-М.:Энергоатомиздат,1986. – 368 с.

Т.2/ Под ред.Ю.Б.Корицкого и др.-М.:Энергоатомиздат,1987. – 464 с.

Т.3/ Под ред.Ю.Б.Корицкого и др.-Л.:Энергоатомиздат,1988. – 728 с.