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

57 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

24554. Консультирование в кризисной службе 71.5 KB
  Психическая травма вызывает следующие реакции: 1. Физиологические реакции: учащенное сердцебиение; повышение кровяного давления; чувство сжатия в груди; затрудненное дыхание; потливость ладоней; дрожание и подергивание мышц; напряженность мышц шеи и или спины; тяжесть в руках и ногах; головные боли; частое мочеиспускание; расстройство стула; тошнота рвота; нарушение сна; потеря аппетита; частое чихание; приступы слабости; склонность к простудам и аллергиям; скрипение зубами во сне; придавленная поза. Эмоциональные реакции: повышенная...
24555. Психологический анализ проблемы клиента 72.5 KB
  Психологический анализ проблемы клиента. Эти приемы испся в основном на стадии расспрашивания после исповеди клиента. Общая цель беседы получить от клиента полную искреннюю инфо о его ситуации и проблеме; добиться доверия к консту развить спость клта к анализу проблемы. Терапевтическое значение: клиент понимает что чтото можно делать что ситуация не безнадежна происходит расширение диапазона реакций клиента снятие безнадежности повышение уверенности в себе.
24557. Консультирование по вопросам найма 82 KB
  Методы набора персонала из внутреннего источника разнообразны. Служба персонала может разослать во все подразделения информацию об открывшихся вакансиях известить об этом всех работающих попросить их порекомендовать на работу своих друзей и знакомых. Некоторые французские фирмы внутренний источник набора персонала используют в трех случаях: при стремлении к формированию минимальной численности персонала в этом случае персонал частично высвобождается и перераспределяется кадровая служба полностью отказывается от внешнего набора кадров;...
24558. Концепция телефонного консультирования как вида психологической практики 66.5 KB
  общение осуществляется по единственному акустическому каналу что усиливает вербализацию переживаемой ситуации и тем самым способствует аффективному отреагированию уменьшает чувство тревоги а также позволяет в некоторой степени идеализировать психотерапевта что повышает эффективность психотерапии; эффект доверительности: свойство телефонной связи звучащие в непосредственной близости голоса абонента и консультанта способствует быстрому формированию доверительной беседы Содержательный характер обращений на телефонное консультирование:...
24559. Профессиональный отбор персонала 51 KB
  Задача службы персонала при осуществлении оценки кандидатов при приеме на работу состоит в том чтобы отобрать такого работника который в состоянии достичь ожидаемого организацией результата. Для эффективной работы менеджерам и специалистам целесообразно пользоваться общей системой правил оценки кандидата на этом этапе. Методы оценки персонала. Центры оценки персонала.
24560. Современные гуманистически-ориентированные модели психологической помощи 41 KB
  Теория самореализации личности в психологии. Маслоу разработал целостнодинамическую теорию личности и мотивации. Человек достигший этого уровня добивается полного использования своих талантов способностей и потенциала личности. Соответственно и превращение ущербной личности в полноценную рассматривается с точки зрения восстановления и развития высших форм мотивации заложенных в природе человека.
24561. Клиент-центрированный подход в психологическом консультировании 39.5 KB
  Консультант конгруэнтен по отношению к своему собственному опыту в отношениях с клиентом. Имеется в виду что поведение консультанта естественно оно соответствует его опыту тому что он думает чувствует т. Консультант переживает безусловную положительную оценку по отношению к клиенту. Определение безусловная означает что консультант не выдвигает по отношению к клиенту условий ценности он безусловно принимает чувств мыслей поведения и т.
24562. Направления и методы работы психолога в образовательном учреждении 52.5 KB
  Психологическая диагностика В компетенцию и обязанности детского психолога входит выявление особенностей психического развития ребенка сформированности определенных психологических новообразований соответствия уровня развития умений знаний навыков личностных и межличностных особенностей возрастным ориентирам требованиям общества и др. Изучение проявлений отдельных симптомов психического состояния ребенка и личностных свойств в целом; уровня развития психологических функций с учетом возраста и образования. Получение данных о динамике...