4622 Теория 40 (1021509), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Подобно ферромагнетикам они обладают высокой магнитной восприимчивостью, которая существенно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Наряду с этим ферримагнетики характеризуются и рядом существенных отличий от ферромагнитных материалов. Свойствами ферримагнетиков обладают некоторые упорядоченные металлические сплавы, но, главным образом,  различные оксидные соединения, среди которых наибольший интерес представляют ферриты - МеОFe₂O₃.

Диа- ,пара- , и антиферромагнетики можно объединить в группу слабомагнитных веществ, тогда как ферро- и ферримагнетики представляют собой сильномагнитные материалы и их называют магнетиками.

К

Рис.10.2 Зависимость В и  от напряженности магнитного поля Н.

ривая намагничивания. Зависимость магнитной индукции макрообъема ферромагнетика от напряженности внешнего магнитного поля В(Н) называют кривой намагничивания. Для получения кривых намагничивания в качестве исходного принимают размагниченное состояние образца, при котором в отсутствие внешнего поля индукция равна нулю, поскольку магнитные моменты доменов статистически равновероятно распределяются по всем возможным направлениям . На практике размагничивание ферромагнетика чаще всего осуществляют путем воздействия на него переменным магнитным полем , амплитуду напряженности которого постепенно уменьшают до нуля.

Т

Рис.10.3. Схема ориентации спинов в доменах при намагничивании ферромагнетика

1-поля нет, 2-слабое поле, 3-сильное поле, 4-насыщение.

ипичная кривая намагничивания ферромагнетика приведена на рисунке 10.2. Возрастание В под действием внешнего поля обусловлено двумя основными процессами: смещением доменных границ и поворотом магнитных моментов доменов. Начальному участку кривой (область 1) соответствует обратимое (упругое) смещение доменных границ (после снятия слабого поля доменные границы возвращаются в исходное положение). В области более сильных полей смещение доменных границ носит необратимый, скачкообразный, характер. На этом участке (область 2) кривая намагничивания имеет наибольшую крутизну. По мере дальнейшего увеличения поля начинает преобладать механизм вращения магнитных моментов в направлении поля (область 3). Когда все магнитные моменты ориентируются вдоль поля наступает техническое насыщение (область 4). Основные стадии намагничивания схематично показаны на рис. 10.3.

Из кривой намагничивания легко построить зависимость магнитной проницаемости от напряженности поля. Магнитную проницаемость, определяемую по формуле  =В/(_o H) называют статической магнитной проницаемостью. Она пропорциональна тангенсу угла наклона секущей, проведенной из начала координат через соответствующую точку на кривой намагничивания. Значение  при Н, стремящейся к нулю, называют начальной магнитной проницаемостью (_н). Максимальное значение магнитной проницаемости обозначается _max .

М

Рис.10.4. Петля гистерезиса

агнитный гистерезис. Если ферромагнетик намагнитить до насыщения B_s, а затем отключить внешнее поле , то индукция в нуль не обратится, а примет некоторое значение B_r, называемое остаточной индукцией . Чтобы убрать остаточную индукцию , необходимо приложить магнитное поле противоположного направления . Напряженность размагничивающего поля-Н_с, при которой индукция превращается в нуль, называется коэрцитивной силой. Дальнейшее увеличение напряженности поля вызывает перемагничивание ферромагнетика вплоть до обратного насыщения. Таким образом, изменение магнитного состояния ферромагнетика при его циклическом перемагничивании характеризуется явлением гистерезиса, т.е. отставанием индукции от напряженности поля (рис.10.4). Магнитный гистерезис обусловлен необратимыми процессами намагничивания. Для различных амплитудных значений напряженности внешнего поля можно получить семейство петель гистерезиса. Петлю гистерезиса, полученную при индукции насыщения, называют предельной. При дальнейшем возрастании поля площадь гистерезисной петли остается неизменной.

Гистерезис магнитный, электрический, механический - это общее явление материалов, характеризующихся многоуровневой структурой, при которой свойства определяются не только межатомными связями, но и связями между надатомными и надмолекулярными образованиями. В случае ферромагнетиков надатомным образованием является магнитный домен.

Площадь, очерчиваемая гистерезисной кривой, определяет потери энергии за один цикл перемагничивания . Потери на гистерезис обусловлены необратимыми процессами перемагничивания.

Поведение ферромагнетиков при нагревании. При нагревании ферромагнетика ослабляется роль обменного взаимодействия, что приводит к постепенной тепловой дезориентации спиновых магнитных моментов и уменьшению спонтанной намагниченности. Выше некоторой температуры происходит распад доменной структуры , т. е. спонтанная намагниченность исчезает и ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние . Температуру такого фазового перехода называют магнитной точкой Кюри. Вблизи точки Кюри наблюдается ряд особенностей и в изменении немагнитных свойств ферромагнетиков (удельного сопротивления, удельной теплоемкости, температурного коэффициента линейного расширения и др.)

Магнитострикция. Изменение магнитного состояния ферромагнитного образца сопровождается изменением его линейных размеров и формы; это явление называют магнитострикцией. Различают линейную и спонтанную магнитострикцию. Спонтанная магнитострикция возникает при переходе вещества из парамагнитного в ферромагнитное состояние в процессе охлаждения до температуры ниже точки Кюри.

Линейная (индуцированная) магнитострикция связана с искажениями кристаллической решетки под действием внешнего поля. Ее оценивают значением относительной деформации образца в направлении магнитного поля: =l/l. Численное значение  зависит от типа структуры, кристаллографического направления, Н и Т. При этом линейная магнитострикция может быть как положительной, так и отрицательной, т.е. размеры образца в направлении поля при намагничивании могут, как увеличиваться, так и уменьшаться. Магнитострикцию, возникающую при магнитном насыщении, называют константой магнитострикции_s.

Строение ферримагнетиков. Ферримагнетики получили свое название от ферритов, под которыми понимают химические соединения окисла железа с окислами других металлов. В настоящее время широкое применение нашли ферриты со структурой природного минерала шпинели. Химический состав ферритов-шпинелей соответствует формуле: MeFe₂O₄, где под Me понимают какой-либо двухвалентный атом металла. В зависимости от состава возможны следующие строения ферритов (стрелками условно показано направление магнитных моментов катионов):

Ферриты получают в виде керамики и монокристаллов. При изготовлении ферритовой керамики в качестве исходного сырья наиболее часто используют окислы соответствующих металлов. Эти окислы подвергают тщательному измельчению и перемешиванию в шаровых или вибрационных мельницах тонкого помола, а затем после гранулирования массы осуществляют предварительный обжиг с целью ферритизации продукта, т.е. образования феррита из окислов. Его вновь измельчают и полученный таким образом ферритовый порошок идет на формовку изделий. Предварительно его пластифицируют парафином или водным раствором поливинилового спирта (ПВС). Формование изделий наиболее часто проводят методом прессования в стальных формах. Отформованные изделия подвергают спеканию при температуре 1100-1400^оС в контролируемой газовой среде. При этом формируется определенная зернистая структура, существенно влияющая на магнитные свойства керамики.

Достоинством ферритов является их дешевизна, наличие широкой и доступной сырьевой базы, устойчивость к радиации, высокая эффективность работы на высоких и сверхвысоких частотах. Из недостатков, кроме хрупкости, следует указать на низкую термостабильность, низкую Т_к и невысокую воспроизводимость свойств при изготовлении. Кроме того, некоторые ферриты быстро стареют (т.е.  может изменяться до 5% в год). Для уменьшения отрицательных последствий старения ферриты подвергают искусственному старению, т.е. несколько раз нагревают до температуры, близкой к температуре Кюри, и медленно охлаждают.

Применяемые в промышленности магнитные материалы подразделяются на 2 основные группы: магнитомягкие и магнитотвердые. К магнитомягким относят материалы с малой коэрцитивной силой (Н_с800А/м) и высокой . Они обладают способностью намагничиваться до насыщения в слабых полях, характеризуются узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание W. Их используют в основном в качестве различных магнитопроводов: сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов, магнитных систем электроизмерительных устройств и др. К магнитотвердым относят материалы с большой Н_с (Н_с  4 кА/м), Br и W. Они перемагничиваются лишь в очень сильных магнитных полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов.

Магнитомягкие материалы.

В качестве магнитомягких материалов широко используются магнитомягкие ферриты. Это никелевые, кадмиевые, медные и другие ферриты.

Магнитно-мягкие стали (электротехнические) применяют для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока. Эти стали должны обладать высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивной силой, а детали магнитопроводов, работающие в переменных магнитных полях - малыми потерями при перемагничивании и потерями на вихревые токи. Для этих сталей применяют низкоуглеродистые железокремнистые сплавы (0,05-0,005% С; 0,8-4,8% Si). Si образует с -Fe твердый раствор. Эту сталь изготовляют в виде рулонов, листов, резанной ленты и маркируют цифрами по ГОСТ 21427-75 (1212, 1514, 2011, 2412, 3411, 3416).

В последние годы все большее число приборов и устройств работает с использованием магнитного реологического эффекта. Суть его в следующем. Суспензия мелких ферромагнитных частиц (10-20мкм) представляет собой вязкую жидкость, и вязкость ее зависит от концентрации частиц. При действии сдвиговых напряжений эта жидкость свободно течет и ее можно перекачивать по трубам и плоско-щелевым каналам. Но если включить внешнее магнитное поле, то вязкость суспензии резко возрастает, из-за активного взаимодействия частиц с полем и друг с другом (суспензия перестает течь). Это упрочнение суспензии обратимо: при отключении поля она опять способна течь.

В промышленности используют не только суспензии, но и просто порошки. Порошок ферромагнетика легко пересыпается под нагрузкой, а в магнитном поле он твердеет, приобретая значительную прочность. При отключении поля это - опять рыхлый порошок.

Характеристики

Список файлов лекций