19307

Магнитомягкие материалы

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Магнитомягкие материалы Магнитомягкие материалы это такие материалы которые обладают малой корцетивной силой Нс и высокой магнитной проницаемостью μ. Они характеризуется узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на пёремагничивание и но используются в основном в...

Русский

2013-07-11

363.5 KB

27 чел.

Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы — это такие материалы, которые обладают малой ко-рцетивной силой Нс и высокой магнитной проницаемостью μ. Они характеризуется узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на пёремагничивание и но используются в основном в качестве сердечников трансформаторов, дросселей, электромагнитов и др. Условно к магнитомягким материалам относят материалы, у которых Hс< 800 А/м. Такими материалами являются низкоуглеродистые кремнистые стали, карбонильное железо, пермаллои и альсиферы.

Низкоуглеродистые кремнистые стали представляют собой сплавы железа, включающие 0,8-4,8 % кремния. Введение кремния повышает удельное электрическое сопротивление стали и снижает потери на вихревые токи. Чем больше содержание кремния, тем лучше магнитные характеристики, однако при этом повышается хрупкость материала. Кремнистая сталь прокатывается в виде тонких лис гор, толщиной 0,05-1,0 мм. Она характеризуется следующими основными параметрами: μн= 300...900, μmax = (2...35)-103, Hс = 10...30 А/м.

Карбонильное железо получают путем термического разложения пентакарбоиила железа Fe(CO)5, результатом чего является порошок, состоящий из частиц чистого железа и оксида углерода, имеющих сферическую форму диаметром от 1 до 8 мкм. Из этого порошка путем прессования изготовляют высокочастотные сердечники, характеризуемые следующими основными параметрами: μн - (2,5...3)·103 , μmax = 20·103, Hс = 4,5...6,2 А/м.

Пермаллои представляют собой пластичные железоникелевые сплавы с содержанием никеля 45-80 %. Чем выше содержание никеля, тем больше μ и меньше Hс. Пермаллои обладают высокой пластичностью, поэтому они легко прокатываются в тонкие листы толщиной до 1 мкм. Для улучшения магнитных характеристик в пермаллои добавляют молибден, хром, кремний или медь. Пермаллои характеризуются следующими основными параметрами: μн = (2...14)·103, μmax = (50...270)·103, Hс = 2...16А/м.

Альсиферы представляют собой хрупкие нековкие сплавы, содержащие от 5 до .5 % алюминия, от 9 до 10 % кремния, остальное — железо. Из этих сплавов изготовляют литые сердечники, работающие на частотах до 50 кГц. Альсиферы имеют следующие основные параметры: μн = (6...7) ·103, μmax = (30...35) ·103, Hс = 2,2 А/м.

Ферриты представляют собой соединения оксида железа (Fe2O3) с оксидами других металлов (ZnO, NiO и др.). Ферриты получают из порошкообразной смеси оксидов этих металлов. Основным достоинством ферритов является сочетание высоких магнитных параметров с большим электрическим сопротивлением, благодаря чему уменьшаются потери в области высоких частот. Марганцево-цинковые ферриты имеют параметры μн = (1...6) ·103, Нс = 12...80 А/м и граничную частоту до 1,6 МГц, никель-цинковые — μн = 10...150, Hс = 560...800 А/м и граничную частоту до 250 МГц. Приведенные параметры свидетельствуют о том, что чем меньше начальная магнитная проницаемость феррита, тем выше граничная частота, до которой он может применяться. В устройствах автоматики, вычислительной техники, аппаратуре телефонной связи широкое применение находят ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Такие сердечники имеют два устойчивых состояния, соответствующих различным направлениям остаточной магнитной индукции, что позволяет использовать их в качестве элементов для хранения и переработки двоичной информации.

Магнитодиэлектрики представляют собой композиционные материалы, состоящие из мелкодисперсных частиц магнитомягкого материала, соединенных друг с другом каким-либо органическим или неорганическим диэлектриком. В качестве мелкодисперсных магнитомягких материалов применяют карбонильное железо, альсифер и некоторые сорта пермаллоев, измельченные до порошкообразного состояния. В качестве диэлектриков применяют эпоксидные и бакелитовые смолы, полистирол, жидкое стекло и др. Диэлектрик соединяет частицы магнитомягкого материала, одновременно изолируя их друг от друга, благодаря чему повышается удельное электрическое сопротивление магнитодиэлектрика, что резко снижает потери на вихревые токи и позволяет использовать магнитодиэлектрики на частотах до 100 МГц.

Магнитные характеристики магнитодиэлектриков несколько хуже, чем у ферритов, но зато эти характеристики более стабильны. Кроме того, производство изделий из магнитодиэлектриков значительно проще, чем из ферритов.

Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы отличаются от магнитомягких высокой коэрцетивной силой и остаточной индукцией. Площадь петли гистерезиса у них значительно больше, чем у магнитомягких материалов, следовательно, они трудно намагничиваются. Будучи намагниченными, они могут долго сохранять магнитную энергию, то есть служить источником постоянного магнитного поля, поэтому их применяют главным образом для изготовления постоянных магнитов, которые должны создавать в воздушном зазоре между своими полюсами магнитное поле.

Величина магнитной энергии в рабочем зазоре магнита определяется соотношением

W = HB/2

Наглядное представление о том, как зависит энергия от индукции, дает рис. 1.40, где в первом квадранте показана зависимость магнитной энергии W от индукции B а во втором квадранте показан участок петли гистерезиса, соответствующий размагничиванию, то есть зависимость В от H. Нетрудно понять, что каждой точке на графике В =ƒ(H) соответствует ордината графика W=ƒ(H) и существует такое положение точки на графике В =ƒ(H), которой соответствует максимум магнитной энергии Wmax. Значение Wmax определяет наилучшее использование магнита, поэтому эта энергия является наиболее важной характеристикой, определяющей качество материала.

Магнитотвердые материалы по составу и способу получения подразделяют на пять групп:

- литые высококоэрцитивные сплавы;

- металлокерамические и металлопластические магниты;

- магнитотвердые ферриты;

- сплавы на основе редкоземельных металлов;

- материалы для магнитной записи информации.

К группе литых высококоэрцитивных сплавов относятся железо-никель-алюминевые и железо-никель-кобальт-алюминевые сплавы, легируемые медью, никелем, титаном и ниобием. Магнитная энергия таких сплавов достигает 36 кДж/м, коэрцитивная сила — 110 кА/м.

Металлокерамические и металлопластические магниты создаются методами порошковой металлургии. Металлокерамические магниты получают путем прессования порошка, состоящего из измельченных тонкодисперсных магнитных сплавов, и последующего спекания при высокой температуре. Из-за пористости материалов их магнитная энергия на 10-20 % ниже, чем у литых сплавов. Металлопластические магниты получают из порошка магнитного сплава, смешанного с порошком диэлектрика. Процесс изготовления магнитов состоит в прессовании и нагреве заготовок до 120-180 °С для полимеризации диэлектрика. Из-за того, что около 30 % объема занимает неферромагнитный связующий диэлектрический материал, их магнитная энергия на 40-60 % меньше, чем у литых сплавов. Из магнитотвердых ферритов наибольшее распространение получили бариевый феррит и кобальтовый феррит. Магнитная энергия этих ферритов достигает 12 кДж/м. Магнитотвердые материалы из сплавов на основе редкоземельных металлов весьма перспективны, но еще недостаточно изучены и освоены в техническом отношении. Практически известны сплавы самария и празеодима с кобальтом, магнитная энергия которых достигает 80 кДж/м. Недостатками этих сплавов являются их высокая хрупкость и значительная стоимость.

В качестве материалов для магнитной записи информации применяют тонкие металлические ленты из нержавеющих сплавов и ленты на пластмассовой основе с порошковым рабочим слоем. В технике магнитной записи наибольшее распространение получили полимерные ленты с нанесенным слоем магнитного лака, состоящего из магнитного порошка, связующего вещества, летучего растворителя и различных добавок, уменьшающих абразивность рабочего слоя.

1.5. Электрофизические свойства полупроводниковых материалов

К полупроводникам относят материалы, которые по величине удельной электрической проводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Электропроводность полупроводников в значительной степени зависит от температуры и концентрации примесей, что объясняется особенностями их кристаллической структуры. Основными материалами, применяемыми в полупроводниковой электронике, являются четырехвалентные кремний (Si) и германий (Ge), а также бинарные соединения типа AIIIBV, например арсенид галлия GaAs.

Собственные и примесные полупроводники

Собственными полупроводниками, или полупроводниками типа i (от англ. intrinsic — собственный), называют полупроводники, кристаллическая решетка которых в идеальном случае не содержит примесных атомов другой валентности. В реальных условиях в кристаллической решетке полупроводника всегда существуют примеси, однако их концентрация столь ничтожна, что ею можно пренебречь. Атомы в кристаллической решетке полупроводника расположены упорядоченно на таких расстояниях друг от друга, что их внешние электронные оболочки перекрываются, и у электронов соседних атомов появляются общие орбиты, посредством которых образуются ковалентные связи. Если валентность атомов равна четырем, то вокруг каждого из атомов, помимо четырех собственных, вращаются еще четыре «чужих» электрона, вследствие чего вокруг атомов образуются прочные электронные оболочки, состоящие из восьми обобществленных валентных электронов, что иллюстрирует плоская модель кристаллической решетки, показанная на рис. 1.41. В узлах кристаллической решетки арсенида галлия чередуются пятивалентные атомы мышьяка и трехвалентные атомы галлия, вокруг которых также образуются электронные оболочки из восьми обобществленных электронов.

§ 5.2. Сплавы для термопар

Для изготовления термопар применяют следующие сплавы:

  1.  копель (44% Ni и 56% Сu);
  2.  алюмель (95% Ni, остальное — Al, Si и Mg);
  3.  хромель (90% Ni и 10% Сr);
  4.  платинородий (90% Pt и 10% Rh).

На рис. 5.1 приведены кривые зависимости термо-э. д. с. от разности температур горячего и холодного спаев для наиболее употребительных термопар.

Термопары могут применяться для измерения следующих температур:

а) платинородий – платина - до 1600о С;

б) м е д ь — к о н с т а н т а н и медь — копе л ь -— до 350о С;

в) ж е л е з о - к о н с т а н т а н, железо - копель и хромель - копель - до 600° С;

г) хромель - алюмель - до 900-1000° С.

Для измерения криогенных температур можно использовать термопару железо - золото.

Наибольшую термо-э. д. с. при данной разности температур можно получить от термопары хромель-копель. Для значений термо-э. д. с, данных на рис. 5.1, предполагается, что в холодном спае ток идет от первого названного в термопаре материала ко второму (т. е. от хромеля к копелю и т. д.), а в горячем спае - в обратном направлении.

Значительными коэффициентами термо-э. д. с. обладают некоторые полупроводниковые материалы, которые, в частности, могут использоваться для изготовления термоэлектрических генераторов (см. ч. II).

§ 5.3. Тензометрические сплавы

Тензометрические сплавы применяют для датчиков деформации различных конструкций под действием механических (обычно растягивающих) усилий. Действие таких датчиков основано на изменении сопротивления при растяжении тензометрического элемента.

Коэффициент тензочувствительности определяют из выражения

Kp = (∆R/R):( ∆l/l)

где ∆R — изменение сопротивления R при изменении ∆l длины элемента l.

Основным материалом для тензометрических датчиков, работающих при сравнительно невысоких температурах, является уже описанный константан. Для высокотемпературных датчиков применяют сплавы системы Fe—Сг—Ni.

§ 5.4. Контактные материалы

Наиболее ответственными контактами, применяемыми в электротехнике, являются контакты, служащие для периодического замыкания и размыкания электрических цепей (разрывные, а также скользящие контакты).

Материалы для разрывных контактов, применяемые для размыкания цепей при больших силах тока и высоких напряжениях, должны обеспечивать высокую надежность: не допускать возможности эрозии (обгорания) контактирующих поверхностей, приваривания их друг к другу под действием возникающей в случае разрыва контакта электрической дуги при малом переходном электрическом сопротивлении контакта в замкнутом состоянии.

В качестве контактных материалов для разрывных контактов помимо чистых тугоплавких металлов применяют различные сплавы и металлокерамические композиции. Широко распространен материал системы AgCdO при содержании окиси кадмия 12—20 масс. %. Такой материал получается при нагреве в окислительной атмосфере бинарного сплава серебро-кадмий. Для разрывных контактов в установках большой мощности применяют следующие композиции: Ag с Со, Ni, Сг, Mo, W и Та; Сu с W и Мо; Аu с W и Мо.

В качестве материалов для скользящих контактов, которые должны обладать высокой стойкостью к истиранию, используют твердую медь, бериллиевую бронзу (см. § 2.1), а также материалы системы AgCdO.

§ 5.5. Припои и флюсы

Припои представляют собой специальные сплавы, применяемые при пайке. Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или с целью получения постоянного (не разрывного или скользящего) электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке места соединения и припой нагревают. Так как припой имеет температуру плавления значительно ниже, чем соединяемые металлы, то он плавится, в то время как основные металлы остаются твердыми. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твердого металла происходят сложные физико-химические процессы. Припой растекается по металлу и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом припой диффундирует в основной металл, а основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Припои принято делить на две группы: мягкие с температурой плавления Тпл до 400° С и твердые с Тпл выше 500° С. Кроме температуры плавления припои существенно различают и по механическим свойствам. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении σр не выше 50—70 МПа, а твердые — до 500 МПа.

Тип припоя выбирают в зависимости от рода спаиваемых металлов или сплавов, требуемой механической прочности, коррозионной стойкости, стоимости и (при пайке токоведущих частей) удельной электрической проводимости припоя.

Мягкими в основном являются припои оловянно-свинцовые с содержанием олова от 18% (ПОС-18) до 90% (ПОС-90). Удельная проводимость этих припоев составляет 9—13% от удельной проводимости чистой меди, а ТКl = (26 ÷ 27) • 10-6 К-1. Существуют также мягкие припои с добавками алюминия, серебра. Так более легкоплавки припои, в состав которых входят висмут и кадмий. Эти применяют в тех случаях, когда требуется пониженная температура пайки; механическая прочность их незначительна. Сплав Вуда (50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5% Cd) имеет температуру плавления всего 60,50 С.

Наиболее распространенные твердые припои — медно-цинковые (ПЛАЦ) и серебряные (ПСр).

В электровакуумной технике для вводов, вплавляемых в стекло и работающих при сравнительно низких температурах, не требуются очень тугоплавкие и дорогие металлы (вольфрам, молибден, платина и т. п.); здесь используют особые виды металлических материалов. Для этих материалов наиболее важным является ТКl, который при получении вакуум-плотного ввода должен соответствовать ТКl стекла.

К о в а р (марка 29НК), применяемый для впая в твердые стекла, имеет следующий примерный состав: Ni — 29%, Со— 18%, Fe — остальное; его ρ равно 0,49 мкОм·м, ТКl составляет (4 ÷ 5) · 10-6 К-1.

Платинит представляет собой биметаллическую проволоку с сердечником из никелевой стали марки Н42 (с содержанием Ni 42—44 масс. %) и наружным слоем из меди марки ЛАО (см. § 2.1). Меди в платините содержится 25—30% от общей массы проволоки. Название «платинит» объясняется тем, что ТКl платинитовой проволоки близок к значению ТКl платины (см. табл. 1.1).

Вспомогательными материалами для получения надежной пайки являются флюсы, которые должны:

  1.  растворять и удалять окислы и загрязнения с поверхности спаиваемых металлов;
  2.  защищать в процессе пайки поверхность металла, а также расплавленный припой от окисления;
  3.  уменьшать поверхностное натяжение расплавленного припоя;
  4.  улучшать растекаемость припоя и смачиваемость им соединяемых поверхностей.

По действию, оказываемому на припаиваемый металл, флюсы подразделяют на несколько групп.

1. Активные (кислотные) флюсы приготовляют на основе активных веществ - соляной кислоты, хлористых и фтористых соединений металлов и т. д. Эти флюсы интенсивно растворяют оксидные пленки на поверхности металла, благодаря чему обеспечивается хорошая адгезия и высокая механическая прочность спая. Но остаток флюса после пайки вызывает интенсивную коррозию спая и основного металла. Поэтому применяют такие флюсы только в том случае, когда возможна тщательная промывка и полное удаление остатков флюса.

При монтажной пайке радиоаппаратуры использование активных флюсов недопустимо.

  1.  Бескислотные флюсы - это канифоль и флюсы, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ (спирта, глицерина).
  2.  Активированные флюсы изготовляют на основе канифоли с добавкой активаторов — небольших количеств солянокислого или фосфорнокислого анилина, салициловой кислоты, солянокислого дпэтиламина и т. п. Высокая активность некоторых активированных флюсов позволяет производить пайку без предварительного удаления окислов после обезжиривания.

4. Антикоррозионные флюсы изготовляют на основе фосфорной кислоты с добавлением различных органических соединений и растворителей, а также флюсы на основе органических кислот. Остатки этих флюсов не вызывают коррозии (например, флюс ВТС).

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

§ 6.1. Электроугольные изделия

Среди твердых неметаллических проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода электротехнические угольные изделия, сокращенно «электроугольные изделия». Из угля изготовляют щетки электрических машин, электроды для прожекторов, для дуговых электрических печей и электролитических ванн, аноды гальванических элементов. Угольные порошки используют в микрофонах для создания сопротивления, изменяющегося от звукового давления. Из угля делают высокоомные резисторы, разрядники для телефонных сетей; угольные изделия применяют в электровакуумной технике.

В качестве сырья для производства электроугольных изделий используют сажу, графит или антрацит. Для получения стержневых электродов измельченную массу со связкой, в качестве которой используют каменноугольную смолу, а иногда и жидкое стекло, продавливают через мундштук. Изделия более сложной формы изготовляют в соответствующих пресс-формах. Угольные заготовки проходят процесс обжига. От режима обжига зависит форма, в которой углерод находится в изделии. При высоких температурах обжига (до 22000 С; углерод искусственно переводится в форму графита, вследствие чего такой процесс называют графитированием.

Угольные электроды, предназначенные для работы при высоких температурах, обжигают при особо высокой температуре (до 3000° С).

Угольные изделия имеют отрицательный ТКρ.

Щетки служат для образования скользящего контакта между неподвижной и вращающейся частями электрической машины, т. е. для подвода (или отвода) тока к коллектору или контактным кольцам.

Щетки выпускают различных размеров (прилегающая к коллектору контактная поверхность щетки может быть от 4 х 4 до 35 x 35 мм, высота щетки 12—70 мм). Различные марки щеток отличаются по составу и технологии изготовления, по значению удельного сопротивления, по допустимой плотности тока, линейной скорости на коллекторе, коэффициенту трения, твердости щетки и т. д.

Различают щетки угольно-графитные (Т и УГ); графитные (Г); электрографитированные, т. е. подвергнутые графитированию (ЭП), медно-графитные с содержанием металлической меди (М и МГ)

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4891. Аппаратное и программное прерывание 75.5 KB
  Прерывания Команды прерывания Различают два вида прерываний – аппаратные прерывания и программные прерывания. Аппаратное прерывание – это сигнал от любого устройства системы для процессора, который по этому сигналу должен обслужить д...
4892. Команды передачи управления 54.5 KB
  Команды передачи управления Порядок выполнения команд в процессорах 80х86 и 80х88 определяется содержимым регистра сегмента кода (CS) и счетчика команд (IP). Регистр CS содержит базовый адрес текущего сегмента кода, т.е. 64-килобайтного фрагмента па...
4893. Применение логических инструкций 43 KB
  Применение логических инструкций Логические команды служат для сброса или установки отдельных бит в байте или слове. Они включают булевы операторы НЕ, И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и операцию тестирования, которая устанавливает флаги, но не изменяет значе...
4894. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. Конспект лекций 364.15 KB
  Механика Введение Физика изучает явления, наблюдаемые в реальном мире, и свойства материальных объектов. Эти явления и свойства мы характеризуем с помощью физических величин. Например, движение характеризуется скоростью и ускорением, свойства тел пр...
4895. Банківські операції. Навчальний посібник 1.91 MB
  Передмова Ринкова економіка країни неможлива без існування банківської системи, банків і їх діяльності, яка б максимально задовольняла вимоги й очікування клієнтів і була б стійкою до криз. У сучасному ринковому середовищі підприємства через банківс...
4896. Техника безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом 413 KB
  Лекции по технике безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом Введение Основными нормативными документами по безопасности при проектировании и разработке месторождений твердых полезных ископаемых открытым способом...
4897. Аудит налогообложения. Сущность и назначение аудиторской деятельности 536 KB
  Тема 1. Сущность и назначение аудиторской деятельности 1.История развития аудита и его значение в рыночной экономике 2.Цель и задачи аудита 3.Принципы аудита 4.Виды аудита 1.История развития аудита и его значение в рыночной экономике Аудит - одна из...
4898. Основы маркетинга. Анализ рыночной ситуации в маркетинге. Конспект лекций 857.5 KB
  Введение в маркетинг План: Маркетинг и социально-экономическое развитие страны. Сущность и основные понятия маркетинга. Краткая история маркетинга и особенности его становления в России. Маркетинг как составная часть мене...
4899. Логістика. Навчально-методичний посібник 1.15 MB
  Метою вивчення дисципліни є формування системи знань з теорії, методології, методики та організаційних основ логістичного управління ресурсними потоками в національній економіці вивчення практики логістичного обслуговування споживачів різнома...