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

21355. Устройство диалогового отображения данных. Устройство управления синхронизацией 1.26 MB
  УДОД может работать в трех основных режимах: ввод в память микроЭВМ данных с клавиатуры пульта оператора; вывод данных и команд из микроЭВМ на устройства отображения информации и регистр индикации пульта управления; автоматизированный контроль блоков УДОД. Интерфейс воспринимается микроЭВМ как ряд адресуемых регистров. Блок 80513 функционально содержит пять адресуемых регистров: регистр состояния; регистр данных клавиатуры; регистр режима; регистр индикации сигнальной информации; регистр тестирования. В блоке 80103 шесть адресуемых...
21356. Назначение, состав вооружения воинских частей и подразделений РЭБ 587.21 KB
  Имеющиеся на вооружении силы и средства РЭБ не в состоянии оказать воздействие на всю систему управления противника поэтому важно применять их в сочетании с огневым поражением на наиболее важных направлениях в нужные периоды боя операции в нужное время по наиболее важным целям. Умелое применение современных комплексов радиоподавления иногда может дать не меньшие результаты чем удары средствами поражения по элементам АСУ противника. Радиоэлектронная борьба РЭБ совокупность согласованных по целям задачам месту и времени мероприятий...
21357. НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, СОСТАВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАНЦИЙ ПОМЕХ Р –325У,Р378А,Б 53 KB
  АСП обеспечивает: автоматический поиск и обнаружение источников радиоизлучений ИРИ в пределах частотного диапазона или в заданном участке диапазона; автоматическое или ручное пеленгование обнаруженных ИРИ; отображение значений частоты и пеленга обнаруженных ИРИ на табло УУС устройство управления станцией; определение принадлежности обнаруженных ИРИ к объекту РЭП радиоэлектронного подавления путем анализа оператором значений частот параметров сигналов и пеленгов; запись и хранение в ЗУ запоминающее устройство значений...
21358. Назначение, состав, ТТХ, БВ автоматизированного комплекса радиоразведки и подавления Р330 «МАНДАТ 1.2 MB
  Комплекс Р330 Мандат состоит на вооружении подразделений и частей РЭБ Сухопутных войск и предназначен для радиоразведки и радиоподавления линий радиосвязи противника в тактическом и оперативнотактическом звене управления в диапазоне от 1. Состав комплекса Мандат по количеству и типам применяемых средств зависит от организационноштатной структуры ОШС частей РЭБ решаемых ими задач и может включать: а автоматизированный пункт управления АПУ Р330К в составе двух машин: машина управления; аппаратная связи; б...
21359. Расчет СЭП 14.7 MB
  Рулевое устройство предназначается для удержания судна на заданном курсе, а также для его поворота при изменении направления движения
21360. Структурная схема, назначение составных частей, принцип работы станции в различных режимах 50.55 KB
  АПОА предназначен для обнаружения пеленгования и технического анализа ИРИ. Он обеспечивает: панорамную перестройку панорамного обнаружителя Р381Т15 и одновременно с ним автоматического пеленгатора по частоте во всем рабочем диапазоне частот или на отдельных участках диапазона с одинаковыми полосами обзора до семидесяти девяти; определение численных значений частот ИРИ и пеленгов на них с вводом измеренных значений в УУС; определение характеристик сигналов в ручном режиме с помощью анализатора Р399Т и занесение их при...
21361. Аппаратура АПОА: АФС КАМА-4, широкополосное входное устройство Т-152, панорамный обнаружитель Р-381Т1-5 38.37 KB
  Основными функциями изделия являются автоматический поиск радиоизлучений в установленной полосе обзора определение их средних частот ширины спектра и уровня на входе изделия формирование кодов характеристик излучений для передачи в УУС определение момента настройки РПУ на центральную или максимальную частоту спектра излучения. Логическая обработка кодов уровней при поиске сигналов со скоростью 0125 и 0250МГц cек предусматривает разделение импульсных помех и сигналов определение ширины спектра сигнала определение момента точной...
21362. Аппаратура АПОА: назначение, состав и работа составных частей панорамного обнаружителя Р-381Т1-5 25.35 KB
  РПУ Р381Т1 4 предназначено для использования в автоматизированных комплексах. В РПУ имеется гетеродин для приёма ТЛГ и ОПС сигналов работающий в следующих режимах: в режиме плавной перестройки с пределами изменения частоты 5000 Гц. В режиме фиксированных настроек для приёма передач с ОБП стабилизированный кварцевыми резонаторами на частотах 21315 и 21685 кГц режимы ВБП и НБП. Блок ПБ11 предназначен для преселекции усиления и аттенюации принимаемого ВЧ сигнала а также защиты РПУ от мощного сигнала помехи.
21363. Аппаратура АПОА: приемник контроля Р399А 17.93 KB
  В РПУ имеется гетеродин для приёма ТЛГ и ОПС сигналов работающий в следующих режимах: в режиме плавной перестройки с пределами изменения частоты 5000 Гц относительно средней частоты 215 кГц режим ТЛГ. Предусмотрена коррекция частоты гетеродина. Установка частоты и перестройка в ручном режиме обеспечивается: вручную с помощью клавиатуры УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ или ручки НАСТРОЙКА с дискретностью 1 при нажатой кнопке 1 переключателя ШАГ НАСТРОЙКИ и с дискретом 10 Гц при нажатой кнопке 10. Обеспечивается установка частоты по...