19354

Магнитные свойства материалов

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция №6 Магнитные свойства материалов. Величины с помощью которых оцениваются магнитные свойства материалов называются магнитными характеристиками. К ним относятся: абсолютная магнитная проницаемость; относительная магнитная проницаемость; темп

Русский

2013-07-12

223 KB

56 чел.

Лекция №6

Магнитные свойства материалов.

Величины, с помощью которых оцениваются магнитные свойства материалов, называются магнитными характеристиками. К ним относятся:

  •  абсолютная магнитная проницаемость;
  •  относительная магнитная проницаемость;
  •  температурный коэффициент магнитной проницаемости;
  •  максимальная энергия магнитного поля и пр.

Все магнитные материалы делятся на две основные группы: магнитно-мягкие и магнитно-твердые.

Магнитно-мягкие материалы имеют относительно большие значения магнитной проницаемости, малую коэрцитивную силу и относительно большую индукцию насыщения. Данные материалы применяются для изготовления магнитопроводов трансформаторов, электрических машин и аппаратов, магнитных экранов и прочих устройств, где требуется намагничивание с малыми потерями энергии.

Магнитно-твердые материалы отличаются большими потерями на гистерезис, т. е. обладают большой коэрцитивной силой и большой остаточной индукцией. Эти материалы, будучи намагниченными, могут длительное время сохранять полученную магнитную энергию, т. е. становятся источниками постоянного магнитного поля. Магнитно-твердые материалы применяются для изготовления постоянных магнитов.

Электротехническая сталь является магнитно-мягким материалом. Для улучшения магнитных характеристик в нее добавляют кремний, который повышает величину удельного сопротивления стали, что приводит к уменьшению потерь на вихревые токи. Такая сталь выпускается в виде листов толщиной 0,1; 0,2; 0,35; 0,5; 1,0 мм, шириной от 240 до 1000 мм и длиной от 720 до 2000 мм.

Ферриты представляют собой неметаллические магнитные материалы, изготовленные из смеси специально подобранных окислов металлов с окисью железа. Название феррита определяется названием двухвалентного металла, окисел которого входит в состав феррита. Так, если в состав феррита входит окись цинка, то феррит называется цинковым; если в состав материала добавлена окись марганца — марганцевым.

Классификация магнитных материалов по магнитным свойствам. В зависимости от магнитных свойств материалы разделяют на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Количественно магнитные свойства материалов принято оценивать по их магнитной восприимчивости  ,

где М — намагниченность вещества;

Н — напряженность магнитного поля.

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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44123. Формирование и развитие рынка речных круизов в Перми и Пермском крае на примере туристической фирмы ООО «Кубань» 838 KB
  Основные понятия рынка и государственное регулирование сферы туризма в России Переход страны к рыночной экономике сопровождается постепенным созданием конкурентной среды во всех отраслях современного туризма в том числе и в сфере речного круизного туризма. В российской экономической литературе вопросам туризма посвящено немало научных исследований. Таким образом планируется рассмотреть проблемы и сформировать программы развития туризма регионального муниципального уровней в которых предстоит разработать и реализовать комплекс мер...
44124. Проектирование районной понизительной подстанции 356.24 KB
  На данной подстанции по ПУЭ устанавливается 2 трансформатора, это делается из-за того что на ней присутствуют потребители I и II категории. Перерыв в электроснабжение которых для I категории допускается лишь на время автоматического восстановления питания, а для II категории – на время
44125. Оценка стоимости недвижимости. Анализ ипотеки в Барнауле и Алтайском крае 1.09 MB
  Мне было дано провести анализ по оценки объекта недвижимости в городе Барнаулея взял как примержилой дом находящегося по адресу: г. Оценка стоимости недвижимости процесс определения рыночной стоимости объекта или отдельных прав в отношении оцениваемого объекта недвижимости. Оценка стоимости недвижимости включает: определение стоимости права собственности или иных прав например права аренды права пользования и т. в отношении различных объектов недвижимости.
44126. Создание электронного библиотечного каталога 1.79 MB
  На практике это означает выполнение автоматизированной обработки новых поступлений в библиотеку; освобождение сотрудников от ряда рутинных работ по подготовке картотек изданий списков заказов писем отчетной документации; создание базы данных о поступлениях; осуществление операций по созданию и копированию тематических архивов литературы. Благодаря автоматизации с минимальными временными затратами можно выполнять следующие функции: предметный поиск информации по запросам читателей; обслуживание баз данных информационных и периодических...
44127. Проект управління якістю продукції в ВАТ “Поліграфкнига” 961 KB
  В ринковій економіці велике значення приділяється проблемам якості. За методами забезпечення конкуренція поділяється на цінову (конкуренція за рахунок зниження ціни) та нецінову, при якій за ту ж саму ціну виробник пропонує товар з більш високими якісними параметрами та комплексом послуг. Тільки якість може привернути увагу споживача
44128. Адольф Гитлер: политико-психологический портрет 353.5 KB
  Личность Адольфа Гитлера поэтому представляет и будет представлять собой особой интерес. Так как за всю историю XX века, пожалуй, не найти личность, о которой было бы сложено столько различных предрассудков и стереотипов.
44129. Построение и проверка локальной логической модели данных 524.5 KB
  Например объект работник безусловно является сущностью потому что любой работник существует независимо от того знаем мы его имя адрес и номер телефона или нет. Сведения об атрибутах Тип сущности Атрибут Описание Тип данных длина Ограничения Допустность NULL Производный Отдел Отдел_№ Уникальный идентификатор отдела компании Целое Первичный ключ нет нет Отдел_Имя Наименование отдела Символьный до 50 символов нет нет Тел_№ Номер телефона отдела Символьный фиксированный 13 символов Альтернативный ключ нет нет Факс_№ Номер факса...
44130. Государственное регулирование бюджетного процесса на федеральном и региональном уровнях 419 KB
  Центральное место в финансовой системе любого государства занимает государственный бюджет - имеющий силу закона финансовый план государства (роспись доходов и расходов) на текущий (финансовый) год. Новый Бюджетный кодекс Российской Федерации (БК РФ) определяет бюджет как «форму образования и расходования фонда денежных средств, предназначенных для финансового обеспечения задач и функций государства и местного самоуправления»
44131. Системний аналіз предметної області – процесу зборки регулятора напруги 143 KB
  Огляд методів моделювання й опису процесів. Методи імітаційного моделювання. Постановка задачі моделювання виробничого процесу зборки регулятора напруги. Розробка математичної моделі виробничого процесу зборки регулятора напруги.