Магнитные характеристики материалов.

1. Абсолютная магнитная проницаемость μ_а.

μ_а = , где В – магнитная индукция,

Н – напряженность магнитного поля.

Применяется при расчетах магнитных цепей и магнитопроводов.

 

2. Относительная магнитная проницаемость μ.

μ= ,где μ_о – магнитная постоянная, которая характеризует магнитное поле в вакууме = 1.257 мкГн/м.

Применяется для оценки свойств материалов. Чем больше значение μ, тем интенсивнее и быстрее намагничивается материал.

 

3. Температурный коэффициент магнитной проницаемости.

 

ТК μ = .

 

4. Температура Кюри (Т_к), при которой магнитная проницаемость резко снижается, практически до 0. Процесс намагничивания расстраивается из-за интенсивного теплового движения молекул и ферромегнетики становятся парамагнетиками.

Т_к для Fe = 768^о; Т_к для Ni = 358^о; Т_к для Сo = 1131^о.

 

Петля гистерезиса.

 

В

–В

Н

–Н

Вmax

Вr

Hc

Рис. 4.3. Петля гистерезиса

Основными параметрами являются:

1. остаточная индукция, после снятия напряженности поля – Вr;(Н=0)

2. коэрцитивная сила Нс – напряженность, которую нужно приложить к образцу, чтобы снять остаточную индукцию (В=0). Чем больше величина Нс, тем в меньшей степени материал размагничивается.

3. максимальная индукция B_max, которая достигается при полном насыщении образца;

4. удельные потери на гистерезис за один цикл перемагничивания, которые характеризуются площадью, охватываемой петлей гистерезиса. Это потери, затрачиваемые на перемагничивание единицы массы материала (Вт/кг)

5. Потери энергии на вихревые токи.Зависят не только, от магнитных, но и от электрических свойств материала, а также от формы и конструкции магнитного сердечника.

Для уменьшения потерь на вихревые токи, особенно на высоких частотах, магнитопроводы изготавливают из материала повышенного удельного сопротивления, используют тонкие пластины, изолированные друг от друга.

 

Магнитомягкие материалы

 

Для использования на низких частотах магитомягкие материалы должны обладать низкой коэрцитивной силой, малыми потерями на гистерезис, высокой магнитной проницаемостью. Используются они в тех случаях, когда необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. Из них изготавливают сердечники трансформаторов, электромагнитов, измерительных приборов.

К низкочастотным магнитомягким материалам относятся:

1. Технически чистое железо – содержит небольшие примеси углерода (<0,1%), серы, марганца, кремния и др., ухудшающие свойства.

μ =4000; Н_с=8 А/м; В₂₅=1,65 Тл.

2. Электротехническая сталь – сплав Fe c Si (0,5 – 5%).

Введение примесей:

· повышает удельное сопротивление ( =6*10^-5 Ом*см), что снижает потери на вихревые токи

· способствует выделению углерода в виде графита, что увеличивает , уменьшает Н_с и снижает потери на гистерезис.

· Снижается магнитострикция и анизотропия, строение приобретает крупнозернистую структуру. С ростом содержания кремния снижается индукция В₅, повышается хрупкость и твердость.

 

Горячекатанные (листы толщиной 0,35 – 1 мм)

для f=50 и 400 Гц и 0,1 - 0,2 для повышенных частот.. Удельные потери возрастают с ростом индукции и частоты. Магнитные свойства снижаются под действием внутренних напряжений, поэтому их подвергают отжигу после штамповки магнитопроводов. Используют для генераторов, двигателей и трансформаторов на частоты 50 и 400 Гц.

Холоднокатанные.

При холодной прокатке зерна получают преимущественную ориентацию наз. текстурой проката. Возникающие напряжения снимаются отжигом.

Холоднокатанная сталь – анизотропна – при намагничивании по направлению прокатки магнитные свойства выше, чем по другим направлениям. Обладает более высокой индукцией и меньшими потерями.

3. Пермаллои.

Сплав Fe – Ni. Легированные хромом, молибденом, кремнием, медью. Обладают высоким удельным сопротивлением, магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Делятся на:

высоконикелевые(до 72 – 80% Ni)

низконикелевые (до 40 – 50% Ni)

у высоконикелевых в несколько раз больше, а индукция насыщения в 1,5 раза меньше.

Сравнение:

Низконикелевые - μ _мах до 45000, В₃ = 1,5 Тл, r =45*10^-6 Ом*см;

высконикелевые - μ _мах до 150000, В₃ = 75 Тл, r =9*10^-6 Ом*см;

Разница в свойствах и их четкое использование: высоконикелевые используются на постоянном токе, низконикелевые в переменных полях повышенной частоты.

Магнитные и электрические свойства зависят от химического состава, поэтому плавку ведут в вакууме или в составе нейтрального газа.

4. Пермендюр.

Сплав Fe – Co (50%) – ванадий (1,8%). Обладает высокой индукцией насыщения В₃ = 2,45 Тл. При введение кобальта изменяется расстояние между атомами и увеличивается при намагничивании суммарно ММ в единице объема.

Использование: сердечники в измерительных приборах, работающие с подмагничиванием, в магнитных осциллографах, в динамических громкоговорителях.

 

Магнитотвердые материалы

К ним относят материалы с большой Н_с, составляющей десятки тысяч – сотни тысяч А/м. Наличие высокой Н_с объясняется существованием изолированных намагниченных доменов среди слабомагнитной фазы, возникающих в процессе охлаждения. Процессы смещения в них затруднены и перемагничивание возможно только с помощью процессов вращения. Исследование показывает, что достаточно небольшое количество изолируемых намагниченных частиц, чтобы была велика Н_с.

Применение:

· для изготовления постоянных магнитов

· материалы для записи и длительного хранения информации

По составу:

· легированные стали, закаленные на мартенсит

· литые магнитотвердые стали

· магниты из порошков

· магнитотвердые ферриты

· неметаллическая и металлическая лента и проволока для записи звука.

 

 

Ферриты

Ферриты представляют собой химические соединения, в общем случае имеющие формулу МFe₂O₄, где М - чаще всего двухвалентный ион металла, например, Cu, Zn, Mg, Ni, Fe, Co и Mn. В отличие от порошковых сердечников ферриты представляют собой монолитные материалы. Магнитомягкие ферриты кристаллизуются в кубической системе и имеют структуру шпинели - минерала состава MgAl₂O₄. Чаще всего применяются ферриты следующих типов:

MnO*ZnO x 2Fe₂O₃ - марганцево-цинковый феррит;

Nio*ZnO x 2Fe₂O₃ - никель-цинковый феррит;

MgO*MnO*2Fe₂O₃ - магний-марганцевый феррит.

Ферриты имеют высокое удельное электрическое сопротивление порядка 10-10⁹ Ом*см и благодаря этому низкие потери на вихревые токи. Индукция насыщения составляет приблизительно 20-25% от индукции насыщения железа.

Ферриты делятся на три подгруппы:

а) ферриты с гарантированными потерями и проницаемостью;
б) ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса;
в) ферриты со специальными свойствами.

Марганец-цинковые ферриты по сравнению с никель-цинковыми имеют меньшие потери. Оба эти вида ферритов относятся к первой подгруппе. Т.к. никель-цинковые ферриты имеют более высокое электрическое сопротивление, то их целесообразно применять в области частот от 500 кГц до 200 МГц и выше, т.е. для цепей высокочастотной техники. Магний-цинковые ферриты предназначены для применения в диапазоне от звуковых частот до нескольких МГц.

Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса бывают никель-цинковыми или магний-марганцевыми. В технике УКВ также применяются магний-марганцевые ферриты, однако соотношение отдельных составных частей в тройной системе отличается от состава магний-марганцевых ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса. Эти ферриты вместе с магнитострикционными материалами относятся к группе материалов со специальными свойствами.

Благодаря своим свойствам, ферриты имеют очень широкий диапазон применения. В настоящее время ферриты применяются в производстве реле, сетевых трансформаторов устройств связи, дросселей, электромеханических преобразователей и резонаторов и т.п. Однако наибольшее распространение ферриты получили в производстве сердечников для катушек (феррокатушек), запоминающих и переключающих цепей и т.п.

 

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основные параметры магнитных материалов.

2. Чем принципиально отличаются магнитомягкие от магнитотвердых материалов?

3. Ферриты. Основные характеристики и применение.

 

Используемые источники.

 

1. Журавлева Л.В. Электроматериаловедение. Учебник. М.:

«ACADEMIA», 2012.

2. Нестеренко И.И. Цвет, код, символика электронных компонентов.

М.: «Салон-Пресс», 2006.

3. Пасынков В.В. Материалы электронной техники. Учебник. С-Пб. «Лань», 2005.

4. Алиев И.И. Электротехнические материалы и изделия. Справочник.М.: ИП РадиоСофт, 2007.

5. Ястребов А. Материаловедение, электрорадиоматериалы и радиокомпоненты. «ACADEMIA», 2011.

6. Ярочкина Г.В. Радиоэлектронная аппаратура и приборы. Учебник.М.: ИРПО; ПрофОбрИздат, 2004.

 

Дополнительные источники:

 

1. Интернет ресурсы

2. Периодические издания.

1.