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

51 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

38468. Производство РЭС на безвыводных ЧИП-ЭРЭ и миниатюрных ЭРЭ с применением поверхностного монтажа 1.52 MB
  Для обеспечения механической прочности изделия нужно выбрать материал печатной платы с достаточной прочностью стеклотекстолит. Габариты изделия должны быть не более 125x70x30 мм.2 Расчет надежности изделия Исходные данные вносим в таблицу 1 в которой содержится перечень тип и количество используемых компонентов и произведем их анализ. Надёжность – свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заранее установленных пределах.
38469. Программы производственной преддипломной практики, итогового междисциплинарного экзамена и методические указания по выполнению выпускных квалификационных работ 372 KB
  Цель прохождения студентами производственной преддипломной практики – закрепить и расширить теоретические знания, полученные в университете по дисциплинам: «Бухгалтерский финансовый учет», «Бухгалтерский управленческий учет», «Комплексный экономический анализ хозяйственной деятельности», «Контроль и ревизия», «Бухгалтерская финансовая отчетность» и других дисциплин.
38470. Перспективи підвищення ефективності функціонування та ролі фінансового ринку в Україні 3.86 MB
  Фінансовий ринок - це складова частина інфраструктури фінансової системи, яка забезпечує територіальне (місце, віртуальне місце), часове і функціональне здійснення трансакцій субєктів національної та міжнародної економіки, встановлення рівноважної ціни за відповідних обсягів купівлі-продажу фінансових активів, інструментів, технологій, а також надання фінансових послуг, необхідних для здійснення господарської та фінансової діяльності.
38471. МЕНЕДЖМЕНТ ОРГАНИЗАЦИИ 1.18 MB
  Анализируется структура дипломного проекта устанавливается последовательность работ выполняемых при его подготовке. Определяются требования к оформлению дипломного проекта и правила проведения его защиты.4 Отчет по практике [4] 2 МЕСТО И НАЗНАЧЕНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ [5] 3 ЦЕЛИ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ [6] 4 ВЫБОР ТЕМЫ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА [7] 5 СРОКИ РАЗРАБОТКИ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА [8] 6 МЕТОДИЧЕСКАЯ ОСНОВА ФОРМИРОВАНИЯ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА [8. Эта часть проекта особо важная для дипломного проекта.
38472. Менеджмент организации. Методические рекомендации к производственной практике 235 KB
  Производственная практика студентов проводится на предприятиях производственной и финансово-банковской сфер, в научно-исследовательских учреждениях, государственных организациях и структурах, а также в компаниях и фирмах различных форм собственности.
38473. Составление сметы затрат и определение себестоимости оборудования «Rademaker» по производству хлебобулочных изделий 208.85 KB
  Современное состояние технологического оборудования хлебозаводов и пекарен вызывает тревогу. Лишь 30 предприятий находится в удовлетворительном состоянии значительная часть технологического оборудования эксплуатируется более 20 лет Хлебопечение одна из ведущих отраслей пищевой промышленности. Составить сметы затрат и определение себестоимости оборудования Rdemker по производству хлебобулочных изделий. Для достижения цели в курсовой работе необходимо решить следующие задачи: рассмотрим характеристику планово –...
38474. Проектирование хлебопекарного предприятия «Rademaker» 43.59 KB
  Самостоятельное выполнение работ старшим техником Контроль качества продукции проверка соответствия качества продукции или процесса от которого оно зависит установленным требованиям. Контроль качества продукции включает государственный надзор за качеством продукции ведомственный контроль качества продукции и технический контроль качества в объединениях предприятиях и организациях. За контроль качества продукции на предприятии отвечает старший техник. Технический контроль качества продукции осуществляется на всех стадиях производственного...
38475. Фінанси і кредит усіх форм навчання Всі цитати цифровий та фактичний матеріал бібліо 345 KB
  Для досягнення вказаної мети студенти повинні вирішити такі завдання: з урахуванням бази практики вибрати тему випускової роботи та обґрунтувати її актуальність; опрацювати та узагальнити законодавчу базу України нормативноправові та інструктивні матеріали літературні та інші з досліджуваної проблеми; зібрати практичні матеріали з обраної теми досліджень в умовах реального підприємства установи організації; розглянути теоретичні аспекти за темою досліджень; виконати аналіз стану обраної проблеми та запропонувати шляхи їх...
38476. Насосная станция в условиях системы водоснабжения с. Драынивка Новосанжарского району 3.97 MB
  Кроме того система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности то есть обеспечивать снабжение потребителей водой без недопустимого снижения установленных показателей своей работы в отношении количества или качества подаваемой воды перерывы или снижение подачи воды или ухудшение ее качества в недопустимых пределах. Система водоснабжения населенного места или промышленного предприятия должна обеспечивать получение воды из природных источников ее очистку если это вызывается требованиями потребителей и подачу к местам...