Классификация магнитных материалов

С учетом магнитных свойств (различий в коэрцитивной силе):

- магнитомягкие;

- магнитотвердые.

Процессы намагничивания: на первом этапе происходит смещение границ доменов, на втором – вращение магнитных моментов доменов в направлении намагничивающего поля, на третьем – парапроцесс. Согласно кривой намагничивания смещение границ доменов требует меньших энергетических затрат, чем процессы вращения магнитных моментов и парапроцесс. В магнитомягких материалах намагничивание происходит за счет смещения границ доменов. Магнитотвердые материалы намагничиваются преимущественно за счет вращения векторов намагничивания и парапроцесса.

Коэрцитивная сила магнитотвердых материалов может достигать 800кА/м, минимальное значение коэрцитивной силы для магнитомягких материалов 0,4А/м, при этом форма петли гистерезиса, индукция насыщения и остаточная индукция примерно одинаковы для обеих групп.

Магнитомягкие материалы – способны намагничиваться до насыщения даже в слабых магнитных полях.

Свойства:

- однородность структуры;

- минимальные механические напряжения;

- минимальное количество примесей и включений;

- незначительная кристаллографичаская анизотропия.

Магнитомягкие материалы с округлой петлей гистерезиса применяют для работы в низкочастотных магнитных полях, с прямоугольной – для изготовления устройств магнитной памяти.

Основной вид потерь в магнитомягких материалах – потери на вихревые токи, для их уменьшения необходимо снижать толщину отдельных листов магнитного материала.

Магнитомягкие материалы делят на:

- материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей: технически чистое, электролитическое и карбонильное железо, низкоуглеродистая электротехническая сталь, кремнистая электротехническая сталь, пермаллои (железоникелевые сплавы).

Свойства: малая коэрцитивная сила, высокая магнитная проницаемость, малые потери на перемагничивание для получения максимальных значений магнитной индукции материала, высокая пластичность, малые колебания толщины материала, отсутствие окалины, бугров, вмятин, независимость магнитных свойств от механических напряжений, приложенных к магнитопроводу.

- материалы для высокочастотных полей: неметаллические магнитные материалы: магнитомягкие ферриты (магнитная керамика, полученная спеканием оксида железа с оксидами металлов) и магнитодиэлектрики (прессованный магнитный материал, состоящий из частиц ферромагнита, изолированных друг от друга диэлектриком).

При повышении частоты перемагничивания до десятков мегагерц (диапазон высоких частот) потери на вихревые токи у магнитомягких сплавов вырастают настолько, что их использование становится неэффективным. Потери на вихревые токи снижают уменьшением магнитной индукции и повышением удельного электрического сопротивления.

Магнитотвердые материалы – трудно намагничиваются, но длительное время сохраняют намагниченность.

Свойства:

- наличие однодоменных структур, возникающих в небольших объемах магнитного вещества.

Используют для изготовления постоянных магнитов. Постоянный магнит при замкнутом магнитопроводе практически не отдает энергию во внешнее пространство, так как почти все магнитные силовые линии замыкаются внутри сердечника, и магнитное поле вне сердечника 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.Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается (старение магнита, может быть обратимым (при воздействии на постоянный магнит ударов, толчков, резких колебаний температуры, внешних постоянных полей происходит снижение его остаточной магнитной индукции примерно от 1 до 3%, при повторном намагничивании свойства восстанавливаются) и необратимым (со временем в постоянном магните произошли структурные изменения, повторное намагничивание не устраняет необратимого старения)).

По составу и способу получения делят на:

- литые материалы на основе сплавов – основой являются сплавы железо-никель-алюминий и железо-никель-кобальт. Используют для изготовления магнитов;

- порошковые магнитотвердые материалы (постоянные магниты) - используют для изготовления миниатюрных постоянных магнитов, делят на:

- металлокерамические магниты по магнитным свойствам немного уступают литым магнитам, но дороже их. Получают прессованием металлических порошков (сплав железо-никель-алюминий, легированный кобальтом; сплавы на основе платины, на основе редкоземельных металлов) без связующего материала, с последующим спеканием при высоких температурах.

- металлопластические – имеют пониженные магнитные свойства по сравнению с литыми магнитами, обладают большим электрическим сопротивлением, малой плотностью, меньшей стоимостью. Получают из металлических порошков, которые прессуют вместе с изолирующей связкой и нагревают до невысоких температур, необходимых для полимеризации связующеговыщества.

- оксидные – магниты на основе ферритов бария и кобальта.

Бариевые свойства: остаточная магнитная индукция в 2-4 раза меньше, чем у литых магнитов; имеют большую коэрцитивную силу; плотность в 1,5 раза меньше чем у сплав железо-никель-алюминий, легированный кобальтом, что ведет к снижению массы магнитных систем; удельное электрическое сопротивление в миллионы раз выше, чем сопротивление магнитотвердых сплавов, что позволяет магниты на основе бария использовать в цепях, подвергающихся воздействию высокочастотных полей; дешевые. Недостатки: высокая хрупкость и твердость, магнитные свойства зависят от температуры, магнитные свойства необратимо теряются после охлаждения магнита до -60⁰С.

Кобальтовые свойства: более высокая стабильность параметров, чем у бариевых; хрупкие, с низкой механической прочностью, магнитные свойства теряются при нагревании до температуры выше 80⁰С; высокая стоимость.

- микропорошковые– получают прессованием специально подготовленного микропорошка. Свойства: состоят из отдельных частиц с одинаковой ориентацией осей легкого намагничивания; сохраняют магнитные свойства только до температуры не ниже 20⁰С (при понижении температуры, необходимо повторное намагничивание), что существенно ограничивает их применение.

- прочие магнитотвердые материалы – материалы, имеющие узкоспециальное применение:

- пластические деформируемые сплавы – обладают хорошими пластическими свойствами; хорошо поддаются всем видам механической обработки; имеют высокую стоимость. Применяют для изготовления проволоки с малым диаметром, очень маленьких магнитов сложной конфигурации;

- эластичные магниты – магниты на резиновой основе с наполнителем из мелкого порошка магнитотвердого материала (феррит бария). Свойства: легко режутся ножницами, штампуются, сгибаются, скручиваются, имеют невысокую стоимость. Применяют в качестве листов магнитной памяти для ЭВМ, для отклоняющихся систем в телевидении, корректирующих систем, корректирующих систем.

- материалы для магнитных носителей информации.

- жидкие магниты – жидкость, наполненная мельчайшими частицами магнитотвердого материала. Диапазон рабочих температур: -70⁰С …+150⁰С.