Новые магнитотвердые материалы.

МАГНИТОТВЕРДЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ (магнитожесткие материалы), магнитные материалы, характеризующиеся высокими значениями коэрцитивной силы Hc. Качество магнитотвердых материалов характеризуют также значения остаточной магнитной индукции Br, максимальной магнитной энергии, отдаваемой материалом в пространство Wm и коэффициента выпуклости. Материалы также должны иметь высокую временную и температурную стабильность перечисленных параметров и удовлетворительные прочность и пластичность. В различных магнитотвердых материалах природа высоких значений коэрцитивной силы определяется одним из трех механизмов задержки процессов перемагничивания в ферромагнетиках: необратимым вращением намагниченности магнитных доменов, задержкой образования и (или) роста зародышей перемагничивания и закреплением доменных стенок на различных неоднородностях и структурных несовершенствах кристалла.Для получения высокой коэрцитивной силы в магнитных материалах кроме выбора химического состава используют технологии, оптимизирующие кристаллическую структуру и затрудняющие процесс перемагничивания. Это закалка сталей на мартенсит, дисперсионное твердение сплавов, создание высоких внутренних механических напряжений и др. В результате затрудняются процессы смещения доменных границ. У высококоэрцитивных сплавов магнитная текстура создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле. Применяют магнитотвердые материалы для производства постоянных магнитов

33.Магнитотвердые материалы на основе систем железо-никель-алюминий-кобальт, железо-хром-кобальт, марганец-алюминий, кобальт-платина, железо-платина..

Литые материалы на основе сплавов. Эти материалы имеют основой сплавы железо- никель- алюминий (Fe-Ni-Al) и железо- никель- кобальт (Fe-Ni-Co) и являются основными материалами для изготовления постоянных магнитов. Эти сплавы относят к прецизионным, так как их количество в решающей степениопределяется строгим соблюдением технологических факторов.Магнитотвердые литые материалы получают в результате дисперсионного твердения сплава при его охлаждении с определенной скоростью от температурыплавления до температуре начала распада. В процессе твердения происходит высокотемпературный распад твердого раствора на (-фазу и (2-фазу. (-фаза близка по составу к чистому железу, которое обладает выраженными магнитными свойствами. Она выделяется в виде пластинок однодоменной толщины. (2-фазаблизка по составу к интерметаллическому соединению никель- алюминий Ni-Al, обладающему низкими магнитными свойствами. В результате получают систему, состоящую из немагнитной фазы (2 с однодоменным сильномагнитным включениями фазы (, которая обладает большойкоэрцитивной силой Нс. Такие сплавы не применяют из-за сравнительно низких магнитных свойств. Наибольшее распространенными являются сплавы железо-никель– алюминий, легированные медью Cu и кобальтом Со.Бескобальтовые сплавы обладают относительно низкими магнитными

свойствами, но они являются самыми дешевыми. Кобальтовые сплавы применяют для изготовления изделий, которые требуют материалов с относительно высокими магнитными свойствами и магнитной

34.Магнитомягкие материалы. Электротехнические стали. Магнитомягкими материалами называются ферромагнетики, легко (в малых магнитных полях) намагничивающиеся и перемагничи-вающиеся, т. е. обладающие высокой магнитной проницаемостью р. и низкой коэрцитивной силой Н_с. Количественным критерием отнесения ферромагнетика к магнитомягкому материалу является условие малой ко­эрцитивной силы: [Н_с< 4 кА/м (50 Э).

Магнитомягкие материалы традиционно делят на электротехнические стали и прецизионные магнитомягкие сплавы. Из-за особенностей получения и способов формирования оптимальных магнитных свойств в особую группу выделяют аморфные и нанокристаллические магнитомягкие сплавы.

35.Прецизионные магнитомягкие сплавы на железо-никелевой и железо-кобальтовой основе. Прецизионные магнитомягкие сплавыПо объему производства прецизионные сплавы значительно уступают электротехническим сталям, однако области их применения гораздо разнообразнее.Магнитомягкие железоникелевые сплавыЛидерами по величине магнитной проницаемости являются железоникелевые сплавы с 45...83 % Ni (пермаллои), состоящие из у-твердого раствора замещения с ГЦК решеткой. При = 72...83 % Ni (высоконикелевые пермаллои) константа магнитокристаллической анизотропии А, и магнитострикция насыщения обращаются в ноль, что соответствует условию наиболее легкого перемагничивания материала и наивысшего значения проницаемости. Эта область составов близка к составу сверхструктуры Ni3Fe, которая образуется в пермаллоях при медленном охлаждении. Но упорядочение атомов разного сорта, приводящее к формированию сверхструктуры, изменяет величину внутреннего кристаллического поля и, как следствие, резко изменяет константу магнитокристалгшческой анизотропии. Из-за этого магнитная проницаемость также резко падает. Поэтому при получении наибольших значений проницаемости приходится для каждого сплава подбирать оптимальную скорость охлаждения от температур выше температуры упорядочения (температуры Курнакова). Добавляя в состав сплава такие легирующие элементы, как Мо или Сг, можно замедлить процесс образования сверхструктуры и упростить термическую обработку, а также существенно повысить удельное электрическое сопротивление, что важно для использования материала при повышенньгх частотах.Магнитомягкие сплавы на железокобальтовой основеСплавы на железокобальтовой основе обладают наиболее высокой индукцией насыщения среди магнитных сплавов - около 2,4 Тл.Наибольшее распространение получили сплавы Fe-Со примерно эквиатомного состава (пермендюры). Для них характерна весьма высокая магнитострикция насыщения ~ (60...100)- 10, поэтому их используют также как магнито-стрикционные материалы.

Одновременно пермендюры имеют относительно невысокую константу магнитокристаллической анизотропии, что обусловливает невысокое значение наблюдаемой у этих материалов коэрцитивной силы, достаточно высокую максимальную проницаемость (5500) и малые потери на перемагничивание при высоких индукциях. Из-за высокой магнитострикции процессы перемагничивания во многом определяются энергией магнитоупрутой анизотропии, пропорциональной произведению и внутренних напряжений с-. Для релаксации этих напряжений необходимо использовать длительный отжиг с последующим медленным охлаждением. Но в результате такого отжига в сплавах типа пермендюр происходит химическое упорядочение - при температурах ниже 730 °С возникает сверхструктура ЕеСо эквиатомного состава. Как следствие, сплав приобретает повышенную хрупкость, препятствующую выпуску пермендюра в виде тонкой ленты. Для повышения пластичности сплав легируют ванадием (1,5...2 %), что приводит к повышению удельного электрического сопротивления от 0,08 до 0,4 мкОм м и снижению индукции насыщения от 2,45 до 2,35 Тл.Кроме высокой индукции, железокобальтовые сплавы обладают наиболее высокой температурой Кюри (до 1050 °С). Это представляет интерес для использования в устройствах, работающих при высоких температурах

36.Аморфные и нанокристаллические сплавы Способы получения аморфного состояния могут быть отнесены к одной из следующих групп; закалка из жидкого,закалка из газовой, аморфизация кристаллического тела при высокоэнергетических воздействиях, химическая или электрохимическая металлизация.В практике получения аморфных магнитомягких сплавов наибольщее распространение получила быстрая закалка расплава методом спиннингования. Этим методом получают аморфные ленты путем заливки расплава на поверхность быстровращающегося цилиндрического валка из металла с высокой теплопроводностью. Чем больще скорость вращения валка (обычно 30...50 м/с) и чем тоньше лента (10...60 мкм), тем выше скорость охлаждения расплава и легче получить аморфную структуру. Типичные значения скорости охлаждения составляют 10... 10 К/с.

Для получения аморфного состояния при указанных скоростях охлаждения сплав должен содержать достаточное количество элементов-амор-физаторов. К аморфизаторам относят некоторые неметаллы (бор, кремний, фосфор, углерод), а также некоторые металлы (цирконий, гафний и др.). Соответственно аморфные металлические сплавы разделяются на сплавы металл-неметалл и металл-металл.

37.Ферриты. Магнитомягкие ферриты со структурой шпинели. ФЕРРИТЫ

Ферритами называют магнитные материалы со структурой ионных кристаллов, которые относятся к большому классу нескомпенсированных антиферромагнетиков, или ферримагнетиков. Ферриты представляют собой оксидные соединения, получаемые путем спекания оксидов железа (Ре20з) с оксидами других металлов. В отличие от металлических магнитных материалов ферриты обладают огромным электросопротивлением (до Ю Ом см) и большой скоростью перемагничивания, поэтому они широко применяются в качестве магнитных материалов, работающих при повышенньгх частотах, включая СВЧ-диа-пазон [6]. Простейшим ферритом является природный магнетит (Рез04), или феррит железа. Его структурную формулу можно записать как FeO FcjOj. Природный магнетит практически не используется как магнитный материал ввиду его невысоких магнитных свойств и низкого электросопротивления (10~ Ом см) из-за присутствия двухвалентных катионов Fe. Магнитомягкие ферриты со структурой шпинели Ферриты с кубической решеткой шпинели являются наиболее многочисленной и широко применяемой в различных устройствах электронной техники группой ферритов. Их можно разделить на подгруппы, различаюшиеся между собой:

1) по двухвалентному катиону:1.1) моноферриты (простые ферриты) со структурной формулой MO-FcjOj, где М - двухвалентные катионы Мп, Mg, N1, Си, Zn и другие;

1.2) биферриты (смешанные ферриты), содержащие двухвалентные катионы двух металлов, со структурной формулой м;Л/, Ре204;2) по распределению катионов в кристаллической решетке:2.1) ферриты с нормальной решеткой шпинели и структурной формулой M+2[Fe+2l04 означающей, что катионы М располагаются в тет-раэдрических порах кубической решетки, окруженные четырьмя анионами 0~, а катионы Fe+ - в октаэдрических порах, окруженные шестью анионами О;2.2) ферриты с обращенной решеткой шпинели и структурной формулой Fe+3[M+2Fe+3]04;2.3) ферриты с промежуточной решеткой шпинели и структурной формулой Fef M+2[Mf2Fef\]04.

В большинстве своем ферриты со структурой шпинели являются смешанными ферритами на основе марганцевого MnFe204, никелевого NiFe204, литиевого Li2Fe204 или магниевого MgFe204 ферритов. В качестве второго катиона могут быть катионы Mg, Zn, Ni, Си, Со, Мп и другие.При описании свойств различных марок ферритов приводят обычно четыре вида характеристик:1) статические характеристики, которые позволяют оценить магнитные свойства ферритов в квазистационарных условиях;

2) частотные характеристики, которые позволяют оценить электромагнитные свойства ферритов при перемагничивании в переменньгх магнитных полях;3) температурные характеристики, которые позволяют оценить температурную стабильность свойств ферритов;4) амплитудные характеристики, которые позволяют оценить интервал рабочих магнитных полей.

38.Ферриты с гексогональной структурой. Ферриты со структурой граната. Явление сверхпроводимости. Ферриты с гексагональной

кристаллической структурой (гексаферриты) Кристаллическая структура гексаферритов представляет собой плотноупакованную гексагональную решетку из анионов кислорода О, в октаэдрических порах которой располагаются трехвалентные катионы Fe*. Наиболее известной из этих структур является структура минерала маг-нетоплюмбита РЬО 6Ге20з (или PbFej20j9). Основные гексаферриты со структурой магнетоплюмбита, представляющие интерес как магнитные материалы, по своим химическим составам можно расположить в тройной диаграмме ВаО-МО-Ре20з (рис. 8.15), где в качестве двухвалентного металла М могут быть Мп, Fe, Со, Ni, Zn, Mg и др. Ферриты со структурой граната Структурную формулу ферритов-гранатов можно представить как ЗМ2О3 5Ре20з, где М - трехвалентный катион РЗМ. Элементарная кристаллическая ячейка ферритов-гранатов состоит из четырех подобных молекул. Наиболее распространенным среди ферритов-гранатов является феррит иттрия с намагниченностью насыщения более 0,175 Тл, который может быть модифицирован ионами других РЗМ (Sm, Gd, Nd и др.). Ферриты-гранаты на основе иттрия с начальной магнитной проницаемостью до 20 Гс/Э могут успешно работать в приборах СВЧ при частотах до 10 Гц. Эпитаксиальные пленки ферритов-гранатов используются в магнитооптических приборах для вращения плоскости поляризации света, а пленки с управляемыми цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД) используются в устройствах магнитной памяти. Последний вид эпитаксиальных пленок обладает одноосной наведенной анизотропией, перпендикулярной поверхности пленки. Для получения всех этих качеств очень важным является оптимизация составов эпитаксиальных пленок и технологических параметров их получения. Сверхпроводимость: история и современность Явление сверхпроводимости бьшо открыто Камерлинг-Оннесом в 1911г., как полное исчезновение электрического сопротивления ртути при температуре около 4 К (-269 °С) выше абсолютного нуля (Нобелевская премия 1913 г.). Поскольку сразу стал ясен офомный прикладной потенциал сверхпроводимости, с этого времени в течение более чем 90 лет предпринимаются попытки увеличить критическую температуру сверхпроводящего перехода. Оказалось, что среди чистых металлов наибольшую критическую температуру имеет ниобий (9,26 К), а самую низкую - вольфрам (0,015 К). Более высокие значения наблюдались в сплавах..

Одновременно явление сверхпроводимости при относительно высоких температурах бьшо обнаружено у органических веществ, в частности, фуллеренов. Сверхпроводники в интервале значений ниже критических величин температуры, индукции магнитного поля и плотности электрического тока имеют нулевое сопротивление, т. е. способны нести бездиссипативный постоянный ток без потерь на нагрев проводника. Уровень потерь определяется фактором р/, где р - удельное сопротивление, а у - плотность тока. В технических изделиях из сверхпроводников (проводах, кабелях и т. д.) эффективное сопротивление на переменном токе промышленной частоты (50...60 Гц) из-за потерь на гистерезис и вихревые токи хотя и отличается от нуля, но составляет одну десятитысячную или менее от эффективного сопротивления обычного проводника при комнатной температуре.