11magn (1097118)
Текст из файла
Магнитные материалы-Основы теории магнетизма, типы магнитных материалов.-Магнитомягкие и магнитожесткие материалы.-Пути повышения магнитной энергии материалов.-Магнитодиэлектрики (ферриты).-Новые магнитоактивные композиты и материалы длямагнитной записи. Нанокомпозиты.-Материалы с коллосальным магнетосопротивлением.-Магнитокалорические материалы.-Спинтроника.Лекция 11. МагнетикиОпределенияПод магнитными свойствами веществ подразумевается способностьвзаимодействовать с магнитным полем.
Соответсвенно, в качествемагнитных материалов обычно рассматривают:-магнетики (вещества в которых под действием магнитного поля могутвозникать магнитные домены из в той или иной степени упорядоченных"спинов" магнитно-активных составляющих) - "ферромагнетики" поаналогии с "ферроэлектриками",-магнитные полупроводники,-материалы с колоссальным магнеторезистивным эффектом(влияние магнитного поля на проводимость),-материалы с магнитокалорическим эффектом (влияние магнитного поля нафазовые переходы и поглощение тепла), и др.Лекция 11. МагнетикиОсновные формулыМатериал в магнитном поле напряженностью Н изменяет плотность силовыхлиний до B = H + 4πMоб, где Mоб – магнитный момент образца еденицы объема.Магнитная проницаемость P = B/H = Mоб +4πχ, в вакууме В = Н.Моб = pm/v, Mr = pm/mСлабомагнитные среды: M ~ H, χоб = Моб/Н, χr = Mr/H, χM = χr·Mm µоб = 1+4πχобВ<H, M<0, χ<0 – диамагнетики (χr ≈ -10-6 см3/г)B>H, M>0, χ>0 – парамагнетики (χr ~ 10-6-10-4 см3/г)B>>H, M>>0, χ>>0 – ферромагнетики (χr >>1)B=H, M=-H/4π, 4πχоб = -1- сверхпроводникДиамагнетизм: прецессия электронов, эффект малПарамагнетизм: неспаренные электроны: магнитный момент µB = eħ/2mecОрбитальное движение → орбитальный магнитный момент, в твердых телахчасто подавлен, µэфф = g(s(s+1))1/2µB g ≈ 2Несвязанне магнитные моменты: χ’M = N µэфф2/3kTЛекция 11.
МагнетикиТипыа - ферромагнетикб - антиферомагнетикв - коллинеарный ферримагнетикг - слабый ферромагнетикд - слабонеколлинеарный антиферромагнетике - сильнонеколлинеарный ферримагнетикж - геликоидальное упорядочениеЛекция 11. МагнетикиПрирода магнитного вещества1)2)3)FeCoNiОбменные взаимодействия (короткодействующие) ↑↑↑; J, S; Wобм → TC, TNМагнитокристаллические (Км.кр., Wм.кр.); оси легкого намагничиванияМагнитоупругое – λ = ∆l/l – магнитострикция, Wм.упр.ТС, о Срешетка7681020358ОЦКгекс.ГЦКоси легкогонамагничивания1000001111числоэлектронов2.11.70.6BS, Тл2.181.820.64Магнитостатические взаимодействия – обусловлены реальной структурой материалаWм.ст. ~ H2dvHвнутр. ~ H + H0, H0 = -4πNMоб.N – размерный факторWобщ = Wобм + Wм.кр.
+ Wм.упр. + Wм.ст. = minЛекция 11. МагнетикиДоменыЛекция 11. МагнетикиМагнитострикцияЛекция 11. МагнетикиХимический состав-Металлы и сплавы (продукты кристаллизации расплавов иливакуумного испарения)-Оксиды – ферриты, СП купраты, манганиты РЗЭ и КМС(керамика, пленки, м-кристаллы)-Халькошпинели – магнитные полупроводники MCr2X4 (X = S, Se,Te), (M = Cd, Cu, Ni, Zn)-Нанокомпозиты-Композициты, магнитные жидкостиТс у ферромагнитных элементов (3d, 4f)Fe – 1043KCo – 1388Kcp = f(T)Ni – 627 Kρ = f(T)Dy – 105Скомпенсированные антиферромагнетики – MnO, FeO, NiO, CoOНескомпенсированные антиферромагнетики – ферримагнетики –Mx’My’’Fez3+Ok2Магнитные жидкости - 2FeCl3 + FeCl2 + 8NH3 + 4H2O → Fe3O4 +8NH4ClЛекция 11.
МагнетикиЗакон Кюри-Вейсаχ’м = С/Т, чаще χ’м = C / (T-Θ)µэфф (Т→∞) = √(8С) µВµэфф (Т) = √(8χ’мТ) µВПарамагнетики: CuSO4·H2O, MnSO4·7H2O, VCl4,…В твердом теле возможно взаимодействие между магнитными центрами:парамагнитное (разупорядоченное), ферромагнитное, антиферромагнитноеЛекция 11. МагнетикиПетля гистерезисаЛекция 11. МагнетикиПрямоугольная Петля ГистерезисаУсловия получения1)Высокая степень симметрии кристаллической решетки2)Преобладает К1 анзотропия над другими, К1< 03)Высокая однородность – однофазность, минимальнаяпористость, однородный размер зерен4)Равномерно распределенные магнитные неоднородностиLi0.5Fe2.5O4 – высокая плотность и однородность (<1200oC)Mg1-xNixFe2O4 x = 0.2 – 0.8; CuxNi1-xFe2O4 x = 0.01-0.05LixMg(1-2x)Fe2+xO4 x = 0.25-0.5Для СВЧ: высокая ρ, малые диэлектрические потери →уменьшение содержания Fe2+ (и примеси Fe3O4)1.Однородность шихты2.Недостаток Fe2O33.Кислородная обр.4.Добавление (Mn2+)5.Замещение Fe3+ на In3+, Al3+, Cr3+=Li-феррит, Mg-Al-Fe-O, Mg-Cr-Fe-OМагнитная запись – микрочастицы ферро- в матрицеγ-Fe2O3 – удлин.
част.Максимальная коэрцетивная сила – однодомен.,концентрация <10%, 200нм > d > 30нмПри d < 30нм - суперпарамагнетизмЛекция 11. МагнетикиПримерыHc, кА/м (ВН)max, кДж/м3ρ-6, Ом·мМартенситные стали Fe + 1C52.840γ- Fe → α-Fe + FeCx20875Fe-Ni-Co-Al (термохимия)1004050SmCo580017049Fe-Ni-AlЛегкие РЗЭ ФМТяжелые РЗЭ АФМNd2Fe14B450R2O3 + 10Co + 3CaH2 → 2RCo5 + 3 CaO + 3H2Sm2O3 + Co + Ca → H2 → CaO + Sm2Co5Лекция 11. Магнетики44090Классификация∆Е ~ (αfBmax)2/ρ, ρ – удельное сопротивлениеПо Нс – магнитомягкие и магнитотвердыеТс – термостабильные Co2Li0.5Fe2.5O4α – от 0.5 до 0.99µ – высокопроницаемыеρ от 10-8 до 1012 Ом·смМатериалы:1.
Технически чистое железо (малоугл.), Fe-Co сплавы2. Электро-технические стали3. Пермаллои (Fe-Ni-…)4. Магнитодиэлектрики5. Аморфные материалы6. ФерритыµmaxНс, А/мВS, Тлρ, Ом мµН123642503500-4500200-600 3000-80002·103-105 1.5·104-3·10510-2·104 40-3,5·1045-250-40-10010-650.65-40.25-1700-Лекция 11. Магнетики2.181.890.7-1.60.15-0.46-10-7(2-6)·10-7(1.6-8.5) ·10-710-3-108-Магнитомягкие и магнитотвердыематериалыМагнитомягкиеОбщие требования:1.Узкая петля гистерезиса, Нс мало2. Высокие значения µН, µmax3. Высокое BS4.
Минимальные АС потери (гистерезис, вихревые токи) → низкие K, λ, однородноеВ, высокая ρМагнитотвердыеТребования – высокие Нс, Вr, энергия В·Н1.Сталь (мартенсит)2.Сплавы (Fe-Ni-Al-(Co) алнико)3.Интерметаллиды РЗМ-Co4.Соединения Nd-Fe-B5.ФерритыВысокоуглеродные стали – закалка – структура мартенсита (~200oC) – пласт.тетрагональные о.ц. решеткиЛегирование – W, Cr, Co, Mo – повышение устойчивости структуры мартенситаHc ~ 10-50kA/м, ½(ВН)max ~ 1кДж/м3Лекция 11.
МагнетикиЖелезо и стальТехнически чистое железо – выплавление, очистка от углерода, отжиг 600 – 1250оС(уменьшение дефектов и гомогенное распределение углерода)Факторы – примеси, размер и структура зерен, структура дефектовFe: содержание C < 0.05%, Mn, Si, P, S < 0.05% (γ → α 910oC)Fe-Co сплавы (α-Fe) – до 50% Co, BS = 2.43 Тл; легирование Ti, W, Mo, Cr,…Использование – электромагнитыЭлектро-техническая сталь – твердый раствор Si (0.5-5%) в FeFe - K = 4.7·104Дж/м3; Fe, 8% Si – K = 1.5·104Дж/м3λ100 – уменьшение – 6% Si – λ=0 - >6% λ<0λ111 – увеличение от отрицательного значения через 0ρ – увеличение с SiHC – увеличение с С (Fe3C, C); малоугловые границы – уменьшение НСТекстурирование – прокатка, отжиг (рекристаллизация, >900оС):ребровая, кубическая текстуры.Применение – низкочастотные сердечники трансформаторовЛекция 11.
МагнетикиПермаллои – сплавы Fe-NiСплавыµmaxHCBS, ТлρНизкое Ni (<50%)6·10451.66·10-7Высокое Ni (>70%)3·1050.650.753·10-7Классические пермаллои – 78.5% Ni, K1, λS ~ 0 → высокая чувствительность к напряжениюДвойной т/о – отжиг 1300оС (Н2), длительный отпуск 400-500оСЛегирование Mo, Cr, Mn,… (увеличение ρ, µН, упрощенный т/о)Супермаллой: 79%Ni, 5%Mo, 15%Fe, 0.5%MnHC = 0.3А/м, ВS=0.79Тл, µmax ≈ 106, µH ≈ 105Повышение ρ – низкое содержание никеля, легирование Cr, Si.Применение – сердечники трансформаторов, магнитные экраныМагнитодиэлектрики – композитыМагнитная фаза: альсифер (Fe-Si-Al), ~ 10% Si, ~7% Alкарбонильное железопермаллой (с Mo)Изолятор – жидкое стекло, полимерыНизкие АС потериПременение – сердечники ВЧ трансформаторовАморфные материалы – Fe, Co, Ni (75-85%); B, C, Si, P (15-20%); легирование Cr, Ta, V, Mn, др.Получение – быстрое охлаждениеВысокая химическая гомогенность (нет зерен) → узкая петля гистерезисаЛекция 11.
МагнетикиАльникоFe-Ni-Al-(Co) – Ni: 20-33%, Al: 11-17%Легирование Ti – увеличение Hc (удал. С – TiC), +Со – увеличение Нс, ВrГомог.тв. 1200-1300oC охлаждение - α→α1 + α2 (близкие параметры)α – почти чистый α-Fe, пластинки ≥0.1х0.001мкмα2 – Fe6Ni7Al7 матрица+Co – распад с образованием сразу магнитной фазы α – Fe =>Текстурирование термомагнитной обработкой: охлаждение 1280-900-600 oC(200-25 К/мин), Н=160кА/м, отпуск 500-600оС, 5-20чНс ~ 15·104А/м, ½(ВН)=4÷40кДж/м3Высокие Нс и энергия обусловлены в основном анизотропной формой α – FeчастицЛекция 11.
МагнетикиИнтерметаллидыРЗЭ – Co: RCo5, R2Co17Структура: гексагональная, 1ось легкого намагничиванияS = 5SCo + SRR – тяжелый РЗМ (Gd – Yb)S = 5SCo - SRR – легкий РЗМ (La, Ce, Sm)YCo5CeCo5SmCo5Y2Co17Sm2Co17Нa, MA/м10.414-1717-231.2-1.45 8.5BS, Тл1.060.770.971.251.2оТ С, С648374724940920Wmax, кДж/м31085993156144Синтез – перитектическая кристаллизация ~ 1300оС, гомогенизирующий отжиг ~ 1200oCSm2Co17 – конгруэнтное плавление, SmCo5 – инконгруэнтное плавлениеСпекание порошков: размол -> дислокации -> увеличение НСпрессование в магнитном поле НС ~ 106A/мR2Fe14B – структура: тетрагональная, 1ось легкого намагничиванияНС до 1.6·106 А/м, W до 400 кДж/м3Синтез – быстрая закалка – вращающийся диск, прокатка (20 м/с) -> сферические зернаNd2Fe14B 20-100µm; W ~ 100кДж/м3Порошковый – прессование в магнитном поле 10кЭ, 200МПа; спекание 1100оС, 1ч, отжиг600оС 1ч; W ~ 400кДж/м3ТС ~ 530-640К, НА = 0ю6 – 12МА/м, К1 = 4.2·106Дж/м3Оптические свойства – спекаемые порошки гетерофазны (Nd2Fe14B, Nd1+εFe4B4, α-Fe, Ndобогащенные оксиды Nd)Лекция 11.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
