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 3

Максимальное значение нсоответствует содержанию 50 % Fe2O3, 15 % NiО и 35 % ZnО.В настоящее время применяют сложные ферриты, в составкоторых входят также оксиды одновалентных и трехвалентныхметаллов. Различные комбинации оксидов в составе ферритов позволяют создавать материалы с разнообразным комплексом магнитных свойств. Значения начальной магнитной проницаемости икоэрцитивной силы Нс определяются не только составом материа13ла, но и его структурой. Препятствиями к свободному перемещению доменных границ при воздействии на феррит слабого магнитного поля являются микроскопические поры, включения вторичных фаз, участки с дефектной кристаллической решеткой и др.Технологические факторы, такие как температура спекания,скорость охлаждения после спекания и другие, влияют на микроструктуру ферритов и, как следствие, изменяют структурночувствительные параметры: коэрцитивную силу и магнитную проницаемость. Коэрцитивная сила повышается, а магнитная проницаемость снижается с увеличением протяженности границ зерен,внутренних напряжений, степени пористости, искажений кристаллической решетки.В данной работе изучается зависимость индукции насыщения,коэрцитивной силы марганец-цинковых ферритов от химическогосостава, а также от размера зерна и степени пористости, определяемых технологическими факторами (температура спекания, давление прессования).При изменении химического состава марганец-цинкового феррита, увеличении оксида ZnО за счет Fe2O3 наблюдается рассмотренное выше изменение магнитных свойств, характерное для случая легирования простых ферритов немагнитными оксидами.Изменение химического состава марганец-цинкового ферритаприводит также к изменению микроструктуры.

Увеличение в составеферрита оксида цинка вызывает уменьшение размера зерен, что обусловливает повышение значения Нс и снижение значения н.Зависимость свойств ферритов от температуры спекания является общей для большинства ферритов. Увеличение температуры спекания приводит к уменьшению пористости, укрупнению зерна феррита и, следовательно, увеличению магнитной проницаемости иснижению коэрцитивной силы, так как облегчается перемещениеграниц доменов в процессе перемагничивания. При этом значение Bsобычно повышается, поскольку спекание при более высокой температуре создает условия для замены ионов двухвалентных металлов впорах В ионами Fe+3, переходящими из пор А.Принцип измерения магнитных свойств ферритовМагнитные свойства ферритов определяют на лабораторномстенде (рис. 15.3) с помощью осциллографа, в измерительную цепькоторого включен испытываемый феррит в виде кольца с первичной обмоткой W1 в 100 витков и вторичной обмоткой W2 в 400 вит14ков.

На первичную обмотку W1 для получения переменного магнитного поля подают переменное напряжение. Такое напряжениепоступает также на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа. Значение поступающего напряжения пропорциональноизменению напряженности магнитного поля. Возникающее вследствие индукции в обмотке W2 напряжение усиливается и поступаетна вертикально отклоняющие пластины осциллографа. Значениеэтого напряжения пропорционально магнитной индукции.Рис. 15.3. Схема установки для определения магнитных свойств ферритов:1 – образец; 2 – осциллограф; 3 – выпрямитель; 4 – усилительКаждый цикл изменения магнитного поля дает на экране осциллографа изображение петли гистерезиса, по которой можноопределить индукцию насыщения и коэрцитивную силу.

Для этоготребуется измерить половину высоты и половину ширины петлигистерезиса.Измерения проводят по шкале экрана осциллографа, цену деления которой следует предварительно определить с помощью образца-эталона с известными значениями Bs и Hc.Режим намагничивания необходимо сохранять постояннымпри измерении всех исследуемых образцов.Задание1. Ознакомиться с особенностями свойств ферритов и ихстроением.152.

Установить влияние содержания оксида цинка на магнитныесвойства марганец-цинковых ферритов (табл. 15.1). Построить иобъяснить зависимости изменения характеристик Bs и Hc от содержания ZnО.3. Установить влияние температуры спекания (табл. 15.2) наразмер зерна марганец – цинковых ферритов, содержащих 72 %Fe2O3, 18 % MnO, 10 % ZnO, и характеристики магнитных свойствBs и Hc. Построить и объяснить зависимости изменения каждой изэтих характеристик от температуры спекания.4. Определить влияние пористости марганец-цинкового феррита на характеристики магнитных свойств Bs и Hc (табл. 15.3).

Построить и объяснить графические зависимости их изменения отстепени пористости.Таблица 15.1Химический состав, мол. %НомеробразцаZnOFe2O3MnO12371055757227181818Bs, ТлHc, кА/мТаблица 15.2НомеробразцаТемператураспекания, °С456110012301350Размерзерна, мкмBs, ТлHc, кА/мТаблица 15.316НомеробразцаСтепень пористости феррита, %789101724Bs,ТлHc, кА/мПорядок выполнения работы1. Определить цену деления шкалы экрана осциллографа с помощью образца – эталона, имеющего Bs = 0,48 Тл и Hc = 0,12 кА/м.По значению Bs определить цену деления по вертикали, по значению Hc – по горизонтали.2. Определить значения Bs и Hc марганец-цинковых ферритов(образцы 1, 2, 3), различающихся содержанием оксида цинка.

Результаты измерений внести в табл. 15.1 и изобразить их в видеграфических зависимостей.3. Определить значения Bs и Hc марганец-цинковых ферритов(образцы 4, 5, 6), различающихся температурой спекания. Результаты измерений внести в табл. 15.2. Размер зерна ферритов оценить по прилагаемым фотографиям микроструктур. Построитьграфические зависимости Bs и Hc от температуры спекания.4. Определить значения Bs и Hc для образцов 7, 8, 9, различающихся степенью пористости. Результаты измерения внести втабл. 15.3 и изобразить в виде графиков.Содержание отчета1.

Таблицы с результатами измерения магнитных характеристик ферритов.2. Графические зависимости характеристик Bs и Hc марганеццинковых ферритов от химического состава (содержания оксидацинка), температуры спекания, степени пористости.3. Объяснения полученных зависимостей на основе анализаструктурных факторов и магнитной структуры ферритов, вызывающих изменения их магнитных свойств.Работа № 16. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВНАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВЦель работы – изучение влияния способа термической и термомагнитной обработки на магнитные свойства нанокристаллических материалов на основе железа.17Краткие теоретические сведенияМагнитно-мягкие материалы служат для изготовления магнитопроводов пассивных электромагнитных компонентов – трансформаторов, индуктивных элементов, магнитных усилителей, атакже концентраторов магнитного поля в микромагнитоэлектронике. Катушки индуктивности и трансформаторы являются неотъемлемой частью любого электронного устройства.

Выполняемыеими функции очень важны и часто определяют качество работы инадежность прибора.Общее требование к магнитно-мягким материалам – малыеэлектромагнитные потери, которые увеличиваются с ростом частоты перемагничивания. В зависимости от типа устройства, в котором используется магнитопровод, магнитно-мягкий материалработает в различных условиях перемагничивания: однополярного, по предельной петле, по частному циклу. Условия эксплуатации предъявляют к материалам ряд специфических требований,например таких, как высокая прямоугольность петли предельногоцикла магнитного гистерезиса (ее характеризуют коэффициентомпрямоугольности  = Br / Bs), слабая зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля H, высокая магнитная проницаемость в слабых магнитных полях и т.

д.В настоящее время разработана широкая гамма магнитно-мягкихматериалов, которые можно разделить на классы (рис. 16.1): электротехнические стали (сплавы Fe–Si); пермаллои (сплавы Fe–Ni); ферриты – системы оксидов MeO  Fe2O3; аморфные сплавы системы Fe–Si–B и Co–Si–B; нанокристаллические сплавы системы Fe(Со)–Si–B–Nb–Cu.Как правило, для эффективной работы любого электромагнитного преобразователя необходимо выбрать материал с оптимальным сочетанием физических свойств (часто конкурирующих, например магнитная мягкость и высокое электросопротивление).Поэтому для каждого класса материалов есть области, в которыхих применение более эффективно (рис.

16.2).Нанокристаллические магнитно-мягкие материалы обладаюттакими трудносочетаемыми свойствами, как высокая индукциятехнического насыщения, высокая магнитная проницаемость инизкий уровень потерь на перемагничивание. Это обусловливает18их широкое применение в ряде изделий: трансформаторах питания, измерительных трансформаторах, для счетчиков электроэнергии, дифференциальных трансформаторах, устройствах защитногоотключения и т.

д.Рис. 16.1. Петли гистерезиса различных материаловРис. 16.2. Области эффективного применения различных магнитномягких материаловНанокристаллические магнитно-мягкие материалы получаютиз тонкой аморфной ленты при ее отжиге. Режим подбирают таким образом, чтобы получить равноосные ультрадисперные выделения размером 10…20 нм фазы -Fe(Si) с кристаллической ре19шеткой ОЦК, расположенные в аморфной матрице, обогащеннойниобием и бором.Формирование нанокристаллической структуры в процессеразвития кристаллизации аморфной фазы, в первую очередь, определяется составом аморфных сплавов, который подбирают такимобразом, чтобы обеспечивать высокую скорость образования зародышей кристаллизации и задержку роста кристаллитов.

Тольковыполнение этих условий приводит к формированию нанокристаллического состояния с размером зерна около 10 нм.Наиболее широкое практическое применение нашли нанокристаллические сплавы (НКС) системы Fe(Co)–Si–B–Nb–Cu(FINEMET). В России выпускают сплавы этого типа, один из которых (5БДСР) имеет базовый состав Fe73Si16B6Nb4Cu1.