Винтайкин Б.Е. Физика твердого тела (2-е издание, 2008) (1135799), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Использование монокристаллических магнитов со сформированной в нем двухфазной структурой также позволяет улучшить все параметры магнита по сравнению с поликристаллическими материала- 290 ми. Самые распространенные постоянные магниты (табл. 5.3) по- лучают в соответствии с изложенными принципами. Т а б л и ц а 5.3. Наиболее типичные магннтожесткне материалы и их типичные параметры петель гистерезиса Постоянные магниты, полученные порошковой технологией, как правило, недостаточно прочные и хрупкие. Эти же недостатки есть и у постоянных магнитов, изготовленных на основе Ре — Со- Х) — А1. Несмотря на то что постоянные магниты на основе сплавов ге-Сг-Со не имеют этих недостатков, их применение сдерживается сравнительно малыми значениями Н, В настоящее время наилучшими параметрами обладают магниты на основе ге — Хд — В, получаемые порошковой технологией.
В них однодоменные частицы ферромагнитного вещества представляют собой тонко размолотый порошок соединения Ремнй,В, формирующегося в сплаве при термообработке. Это вещество, имеющее сложную (68 атомов в ячейке) тетрагональную кристаллическую решетку, обладает очень сильной магнитной анизотропией с направлением легкого намагничивания вдоль вектора с. В качестве связки используют порошки легкоплавких веществ или избыточный легкоплавкий неодим сплава, который добавляют в сплав в ббльшем количестве.
Смесь порошков прессуют в магнитном поле в специальных формах, имеющих форму постоянного магнита, затем опекают при температуре около 1000 'С. Ясно, что высокой прочности достигнуть таким путем не удается. Существенным недостатком этого материала также является сравнительно низкая температура Кюри и связанное с этим сильное уменьшение параметров магнита при нагреве. По таким же принципам и технологии изготавливают постоянные магниты на основе сплавов Бш — Со.
Удачным набором магнитных (см. табл. 5.3) и механических (приблизительно как у обычных коррозионно-стойких сталей) свойств обладают магнитные материалы на основе ге — Сг-Со. Их, в частности, можно изготавливать в виде листа и проволоки, 29! штамповать и обрабатывать резанием. Механизмы формирования физических свойств в таких, а также и в рассмотренных ниже материалах, описаны в 2.3, 2.4. Существуют большие группы магнитополужестких магнитных материалов с заданными значениями Н, на основе сплавов ге-Со — Ч; ге-Сг-Со-Ч; Ее — Со — Мо и ряда других. Их главное применение— коммутационная техника и сердечники импульсных реле, магнитно- механических табло и других устройств, в которых происходит намагничивание сердечника коротким импульсом тока до насыщения, а последующее удержание контактов или узлов изделия осуществляется уже намагниченным сердечником без потребления энергии.
Для размагничивания такого сердечника применяют импульс тока заданного значения, после прохождения этого импульса сердечник размагничивается и отпускает контакты. Однако удобнее применять устройства, содержащие постоянный магнит и перемагничиваемый сердечник, которые взаимодействуют друг с другом. В таких устройствах перемагничивают сердечник в противоположном направлении импульсом тока, после чего сердечник будет не притягивать, а отталкивать магнит и связанные с ним устройства. Такая система имеет преимущество — не требуется соблюдать точно заданные значения импульса тока и коэрцитивной силы сердечника, необходимые для его полного размагничивания.
Похожими комплексами свойств обладают материалы для гистерезисных электродвигателей, вращающий момент в которых обеспечивается за счет перемагничивания ротора из магнитополужесткого материала магнитным полем сложной конфигурации, силовые линии которого вращаются. Подробные сведения о современных магнитных материалах и областях их применения можно найти в справочниках по специальным сплавам и учебниках по материаловедению. 5.7.
Методы измерения магнитных характеристик Методы измерения магнитных характеристик твердых тел, рассмотренных в 5.6, стали очень эффективными методами изучения фазовых и структурных превращений. Дело в том, что по чувствительности они часто на порядки превосходят методы прямого исследования структуры твердых тел, особенно различных дефектов, дающих малый вклад в дифракцию излучений. Также на осно- 292 ве этих методов разработаны многочисленные промышленные датчики, регистрирующие малые колебания, перемещения и углы поворота в различных приборах. Измерение магнитной восприимчивости. Измерение величины )( является удобным методом изучения структурных превращений в твердых телах.
Метод основан на том, что при перегруппировке атомов и изменении электронного состояния ионов изменяется у, измерив которую можно судить о перестройке структуры твердого тела. Поэтому данный метод часто применяют в различных, в первую очередь, прикладных исследованиях, например при разработке новых материалов. Измерение величины )(, значения которой составляют 10~...10, немагнитоупорядоченных твердых тел является сравнительно сложной задачей. Чтобы определить ее, измеряют силу, действующую на образец в неоднородном магнитном поле.
Эта сила втягивает (для парамагнетиков) образец в область с большей напряженностью неоднородного магнитного поля или выталкивает (для диамагнетиков) образец из нее (рис. 5.21). Проекция этой силы на ось Ох, согласно законам электродинамики, равна ЫВ, г)В, е ( и ° .в 1вв х Й Й где )г — объем образца.
(5.33) 293 а б Рис. 5.21. Схема измерения величины )( по силе Ри, втягивающей образец в неоднородное магнитное поле; а — Х>0;б — Х<0 Рис. 5.22. Схема измерения величины ",~ с помощью дифференциального трансформатора Измерив значения аВ,/с(х; г„; У, можно определить значение 1„а затем и у по формуле 1, = уН. Чтобы получить зависимость )((Т), несущую информацию о перестройке структуры вещества при изменении температуры, образец нагревают в печи, помещенной в магнитное поле. Другим способом определения намагниченности и относительной магнитной восприимчивости является использование дифференциального трансформатора — системы, состоящей из трех катушек, между которыми помещается малогабаритная печь с изучаемым образцом (рис. 5.22). Дифференциальный трансформатор состоит из трех соосных катушек (см.
рис. 5.22). Принцип действия такого трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Катушку 3 используют как первичную обмотку трансформатора, не имеющего сердечника, на которую подают стабильную гармоническую ЭДС с генератора 10. Одинаковые катушки ! и 4 являются вторичными, они включены последовательно, навстречу друг другу и расположены симметрично относительно катушки 3. 294 Поэтому при отсутствии образца 4 регистрируемая цифровым вольтметром 9 суммарная ЭДС в них будет суммой двух равных по модулю и противоположных по знаку ЭДС от катушек 1 и 4, т.е. равна нулю. Юстировочные устройства 2, перемещая катушки, позволяют сделать суммарную ЭДС равной нулю с точностью, сопоставимой с погрешностью проводимых измерений.
Однако, если между катушками 3 и 4 поместить образец б с у(Т), не равной нулю, то коэффициенты взаимной индукции пар катушек 3 — 1 и 3-4 перестанут быть равными, и на катушках 1 и 4 будет формироваться ЭДС, пропорциональная )((Т) (при фиксированном амплитудном значении напряженности магнитного поля, создаваемого катушкой 3). Абсолютные значения у(Т) можно получить, если предварительно установку проградуировать. Для этого образец б заменяют эталонным образцом таких же размеров, как и исследуемый, зависимость у(Т) которого известна, и получают для него градуировочную зависимость т(Т), с помощью которой можно вычислить истинные значения )((Т) для исследуемого образца. Нагрев образца б осуществляется в миниатюрной печке 5, питаемой постоянным током от источника питания 11.
Печь имеет бифилярную обмотку В, т.е. намотанную двойным проводом так, чтобы протекающий по обмотке ток не создавал магнитного поля, которое может искажать сигнал и создавать дополнительное поле на образце. Температура в печи 5 измеряется термопарой 7, которая представляет собой два проводника из различных материалов, соединенных сваркой. Если температуры точек соединений проводников (горячего и холодного спая) различны, то возникает термоЭДС, зависящая от температур мест соединений.
ТермоЭДС измеряется чувствительным компенсационным милли- вольтметром 12, подключенным в разрыв одного из проводников. Чтобы получить экспериментально зависимость )((Т), измеряют ЭДС катушек 1 и 4, пропорциональную у(Т), и ЭДС термопары, определяющую Т. С помощью дифференциального трансформатора удается измерять )( и 3 в сравнительно малых полях, создаваемых переменным током в катушках. Прибор, изображенный на рис. 5.22, предназначен для измерения )((Т) ферромагнетиков при высоких температурах (до 1200 К). При исследовании парамагнитных веществ, у(Т) которых мала, используют образцы с большими размерами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
