метода (метод. указания к лаб. работам №14, 15, 16, 17, 18, 19 по курсу Материаловедение - Васильев В. Р., Герасимов С. А., Елисеев Э. А), страница 2

Образцы подключаютк феррометру согласно принципиальной схеме, показанной нарис. 14.2.Рис. 14.2. Принципиальная схема измерений на феррометреНа испытываемом образце, изготовленном в виде кольцевогомагнитопровода, выполнены две обмотки: намагничивающая счислом витков Wн, и измерительная с числом витков Wи. По намагничивающей обмотке пропускают ток, частоту и силу которогорегулируют звуковым генератором 1 и усилителем 2; измерительную обмотку используют для определения индукции.Работа феррометра основана на известной физической взаимосвязи между напряженностью поля и магнитной индукцией в образце, а также между намагничивающим током и наводимой элек7тродвижущей силой. Феррометр 3 имеет два измерительных канала. Первый канал uH измеряет ЭДС uH, которая наводится во вторичной обмотке катушки взаимной индуктивности М и пропорциональна амплитудному значению напряженности намагничивающего поля Нm:uН  H mfMd ср,0,1  80WH(1)где WН – число витков намагничивающей обмотки; f – частота намагничивающего тока (намагничивающего поля); М – индуктивность катушки взаимной индуктивности; dcp – средний диаметрисследуемого образца – кольцевого магнитопровода.Второй канал uB измеряет ЭДС (напряжение uB) во вторичнойобмотке образца, которая пропорциональна амплитуде его индукции Вm:4Bm  uB 10 ,4 fWи S(2)где Wи – число витков измерительной обмотки; S – площадь поперечного сечения исследуемого образца – кольцевого магнитопровода.

В каждом канале феррометра переменное напряжение преобразуется в цифровой код и выдается на цифровой индикатор.Вследствие высоких потерь на перемагничивание измерения винтенсивных магнитных полях следует проводить кратковременно.Задание1. Ознакомиться с химическим составом, марками, структуройи свойствами пермаллоев.2. Построить основную кривую намагничивания и зависимостьμ = f (H).

Определить магнитные характеристики Bs, max, Hс и для низконикелевого 50Н и высоконикелевого 79НМ пермаллоевпосле различных видов их обработки, а также пермаллоя 34НКМПи аморфного сплава 71КНСР.3. Результаты измерения магнитных свойств пермаллоев послеразличных видов обработки свести в таблицу, приведенную в лабораторном журнале.84. Сделать заключение о влиянии термической обработки намагнитные свойства низко- и высоконикелевых пермаллоев. Оцените свойства пермаллоя с прямоугольной петлей гистерезиса иаморфного сплава.Порядок выполнения работы1. Для заданных значений напряженности намагничивающегополя Hm определить значения напряжения uH по формуле (1).2.

С помощью звукового генератора по индикатору феррометра установить требуемое значение uH, по индикатору второго канала феррометра определить напряжение uB (среднюю величинуЭДС во вторичной обмотке образца); данные занести в рабочуютабл. 14.1.Таблица 14.1Hm, А/мuH, мВuB, мВBm, мТл, мГн/м3. Для каждого значения uB, пользуясь формулой (2), определить Bm. Полученные значения занести в табл. 14.1.4. Для каждого значения Нm определить магнитную проницаемость  по формуле = Bm / Hm.Полученные значения занести в табл. 14.1.5. По полученным данным построить: основную кривую намагничивания в координатах B–H; определить по ней индукцию насыщения Bs; кривую зависимости  = f (H); определить по ней значениеmax.6.

С помощью феррометра определить напряжения uH и uB, соответствующие коэрцитивной силе Hс и остаточной индукции Brпри перемагничивании по предельному циклу; по формулам (1) и(2) определить значения Hс и Br.97. По значениям Br и Bs рассчитать коэффициент прямоугольности  петли гистерезиса.8. Полученные значения магнитных характеристик Bs, max,Hс и  занести в лабораторный журнал.9.

Объяснить полученные результаты.Содержание отчета1. Название и цель работы.2. Графики зависимостей: индукции от напряженности намагничивающего поля (основная кривая намагничивания); магнитной проницаемости от напряженности намагничивающего поля.3. Таблица с результатами измерения магнитных характеристик пермаллоев.4. Объяснение полученных результатов.Работа № 15. ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВМАГНИТНО-МЯГКИХ ФЕРРИТОВЦель работы – изучение влияния химического состава, температуры спекания и степени пористости на свойства магнитномягких ферритов.Краткие теоретические сведенияФерриты – спеченные из порошков оксидов металлов магнитныематериалы (магнитная керамика). Их отличительная особенность –высокое удельное электрическое сопротивление, достигающее1012 Ом  м.

Низкая электропроводность, сочетающаяся с высокоймагнитной проницаемостью, делает их незаменимыми для работы навысоких и сверхвысоких частотах, когда не могут применяться металлы. Ферриты используют в качестве сердечников высокочастотных катушек индуктивности, а также для разнообразных интегральных устройств: магнитно-акустических линий задержки, магнитнооптических преобразователей лазерного излучения и др. Пленкиферритов служат основой для хранения и переработки информации,а также для магнитно-оптических модуляторов.10Недостатками ферритов являются: низкая индукция насыщения (до 0,4 Тл), относительно высокая коэрцитивная сила (до 180 А/м); невысокая температура точки Кюри (до 300 °С), ограничивающая рабочую температуру и снижающая температурную стабильность свойств; высокая хрупкость и твердость, допускающая обработкутолько алмазным инструментом.Ферриты спекают при температуре 1100…1400 °С из оксидовтипа FeO  Fe2O3.

Для повышения электрического сопротивленияион Fe+2 в оксиде FeO заменяют двухвалентными ионами Zn, Mn,Ni, Mg и др.Наибольшее применение получили ферриты типа шпинели. Построению они представляют собой ионные кристаллы. Кристаллическую решетку образуют отрицательные ионы кислорода и положительные ионы металлов. Элементарная ячейка ферритов типашпинели состоит из восьми «молекул» MeO  Fe2O3, т. е.

содержит32 иона кислорода и 24 иона металлов (8 ионов Me+2 и 16 ионовFe+3). Ионы кислорода образуют кубическую гранецентрированную решетку. Между ионами кислорода имеются 64 тетраэдрические поры (поры А) и 32 октаэдрические поры (поры В). В порахрасполагаются ионы металлов. Они занимают 8 пор А и 16 пор В.Ионы металлов, имеющие нескомпенсированные спиновыемагнитные моменты, взаимодействуют междусобой через ионы кислорода. Возникающиепри этом отрицательные силы обменного взаимодействия приводят к тому, что спиновыемагнитные моменты ионов в порах А и В устанавливаются антипараллельно (рис.

15.1), как иу антиферромагнетиков. Однако, в отличие отпоследних, у ферритов суммарный магнитныймомент ионов в порах В (ΣМВ) не равен суммарному магнитному моменту ионов в порах А Рис. 15.1. Схема(ΣМА). Поэтому результирующий момент отли- расположения спичен от нуля:новых магнитных M  M B  M A .моментовионовв порах А и ВРезультирующий момент у ферритов обусловлен неодинаковыми значениями магнитного момента ионов (например, у Fe+2 онравен четырем спинам, у Fe+3 – пяти, Mn+2 – четырем, Cr+3 – трем,11Zn+2 – нулю), расположенных в порах А и В, или разным числомионов в порах А и В.Расположение ионов в порах А и В у ферритов может соответствовать нормальной, обращенной и смешанной структурам шпинели.В ферритах со структурой нормальной шпинели ионы Mе+2располагаются в восьми порах А, а ионы Fe+3 – в 16 порах В.

Условная формула таких ферритов Mе+2 [Fe+3] O42 , где в квадратныхскобках указаны ионы, располагающиеся в порах В, а перед скобками – ионы, находящиеся в порах А. Структуру нормальной шпинели имеют медленно охлажденные немагнитные ферриты цинка икадмия (ZnFe2O4 и CdFe2O4).В ферритах со структурой обращенной шпинели, соответствующих формуле Fe+3[Mе+2 Fe+3] O42 , ионы Mе+2 занимают восемьпор В, а ионы Fe+3 – восемь пор В и восемь пор А. Результирующий магнитный момент в них создают ионы Mе+2, так как магнитные моменты ионов Fe+3 взаимно компенсируются.

Обращеннуюструктуру шпинели имеют ферриты NiFe2O4 и СоFe2O4.Некоторые ферриты (марганцевый, магниевый) имеют смешанную структуру шпинели, для которой характерно, что ионыMе+2 и Fe+3 располагаются как в порах В, так и в порах А.Расположение ионов в таких ферритах соответствует формулеMe n 2 Fe13n  Me12n Fe13n  O 42 .Стехиометрический коэффициент n в этой формуле является мерой обращенности. При n =1 образуется структура нормальной шпинели, при n = 0 – структура обращенной шпинели, при 0 < n < 1 –смешанная структура. Величина n в ферритах со смешанной структурой зависит от технологии получения ферритов.В качестве магнитно-мягких материалов наиболее широкоприменяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты.

Онипредставляют собой твердые растворы замещения, образованныедвумя простыми ферритами, один из которых (NiFe2O4 илиMnFe2O4) является ферримагнетиком, а другой (ZnFe2O4) – немагнитен. Основные закономерности изменения магнитных свойствот состава в подобных системах твердых растворов представленына рис. 15.2.Для объяснения наблюдаемых закономерностей необходимопринять во внимание, что ионы Zn+2 в структуре шпинели всегдазанимают тетраэдрические поры А, а ионы Fe+3 могут находиться12как в тетра-, так и в октаэдрических порах. Отсюда следует, чтопри легировании оксидом цинка немагнитные ионы Zn+2, располагаясь в порах А, вытесняют ионы Fe+3 в поры В, увеличивают ΣМи, как следствие, индукцию насыщения. Однако это приводит кослаблению сил обменного взаимодействия и нарушению параллельности в расположении между спиновыми магнитными моментами, что выражается в монотонном снижении температуры точкиКюри  при увеличении мольной доли ZnFe2O4 в составе феррошпинели.

Ослабление сил обменного взаимодействия становитсяпревалирующим при замене более 50 % ионов Fe+3 ионами Mе+2 ивызывает снижение индукции насыщения Вs.Рис. 15.2. Влияние концентрации оксида цинка на индукциюнасыщения Bs и температуру точки Кюри θ ферритаОслабление сил обменного взаимодействия между ионами приувеличении содержания немагнитных ионов Zn+2 приводит куменьшению константы магнитной кристаллографической анизотропии и магнитострикции. Благодаря этому облегчается перемагничивание ферромагнетика в слабых полях, т. е. возрастает начальная магнитная проницаемость н.