Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Условно к магнитомягким материалам относят материалы, у которых Н, < 800 А/м. Такими материалами являются низкоуглеродистые кремнистые стали, карбонильное железо, пермаллои и альсиферы. Низкоуглеродистые кремнистые стали представляют собой сплавы железа, включающие 0,8-4,8 % кремния. Введение кремния повышает удельное электрическое сопротивление стали и снижает потери на вихревые токи.
Чем больше содержание кремния, тем лучше магнитные характеристики, однако при этом повышается хрупкость материала. Кремнистая сталь прокатывается в виде тонких листов толщиной 0,05-1,0 мм. Она характеризуется следующими основными параметрами: 1г„= 300...900, р = (2...35) 10', Нс = 10...30 А/м. Карбонильное железо получают путем термического разложения пентакарбонила железа ге(СО)и результатом чего является порошок, состоящий из частиц чистого железа и оксида углерода, имеющих сферическую форму диаметром от 1 до 8 мкм. Из этого порошка путем прессования изготовляют высокочастотные сердечники, характеризуемые следующими основными параметрами: 1г, = (2,5...3) 10', р = 20 10', Н, = 4,5...6,2 А/м. Нериаллои представляют собой пластичные железоиикелевые сплавы с содержанием никеля 45 — 80 %.Чем выше содержание никеля, тем больше 1г и меньше Н,. Пермаллои обладают высокой пластичностью, поэтому они легко прокатываются в тонкие листы толщиной до 1 мкм.
Для улучшения магнитных характеристик в пермаллои добавляют молибден, хром, кремний или медь. Пермаллои характеризуются следующими основными параметрами: р =(2...14) 10', р = (50...270).10', Н, = 2,.16 А/м. Альсиферы представляют собой хрупкие нековкие сплавы, содержащие от 5 до 15% алюминия, от 9 до 10 % кремния, остальное — железо. Из этих сплавов изготовляют литые сердечники, работающие на частотах до 50 кГц. Альсиферы имеют следующие основные параметры: р = (6...7).10з, р = (30...35) 10з, Н, = 2,2 А/м. 1.4. Магнитные свойства адиомате иапов Ферриты представляют собой соединения оксида железа (Ее,О,) с оксидами других металлов (ЕпО, %0 и др.).
Ферриты получают из порошкообразной смеси оксидов этих металлов..Основным достоинством ферритов является сочетание высоких магнитных параметров с большим электрическим сопротивлением, благодаря чему уменьшаются потери в области высоких частот. Марганцевоцинковые ферриты имеют параметры р„= (1...6) 10', Н, = 12...80 Аlм и граничную частоту до 1,6 МГц, никель-цинковые — р, = 10...150,Н, = 560...800 А/м и граничную частоту до 250 МГц.
Приведенные параметры свидетельствуют о том, что чем меньше начальная магнитная проницаемость феррита, тем выше граничная частота, до которой он может применятьея. В устройствах автоматики, вычислительной техники, аппаратуре телефонной связи широкое применение находят ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Такие сердечники имеют два устойчивых состояния, соответствующих различным направлениям остаточной магнитной индукции, что позволяет использовать их в качестве элементов для хранения и переработки двоичной информации. Магнитодиэлектрики представляют собой композиционные материалы, состоящие из мелкодисперсных частиц магнитомягкого материала, соединенных друг с другом каким-либо органическим или неорганическим диэлектриком.
В качестве мелкодисперсных магнитомягких материалов применяют карбонильное железо, альсифер и некоторые сорта пермаллоев, измельченные до порошкообразного состояния. В качестве диэлектриков применяют эпоксидные и бакелитовые смолы, полистирол, жидкое стекло и др. Диэлектрик соединяет частицы магнитомягкого материала, одновременно изолируя их друг от друга, благодаря чему повышаегся удельное электрическое сопротивление магнитодиэлектрика, что резко снижает потери на вихревые токи и позволяет использовать магнитодиэлекгрики на частотах до 100 МГц.
Магнитные характеристики магнитодиэлектриков несколько хуже, чем у ферритов, но зато эти характеристики более стабильны. Кроме того, производство изделий из магнитодиэлектриков значительно проще, чем из ферритов. Магнитотвердые материалы Мазнитотвердыв материалы отличаются от магнитомягких высокой козрцетивной силой и остаточной индукцией. Площадь петли гистерезиса у них значительно больше, чем у магнитомягких материалов, следовательно, они трудно намагничиваются. Будучи намагниченными, они могут долго сохранять магнитную энергию, то есть служить источником постоянного магнитного поля, поэтому их применяют главным образом для изготовления постоянных магнитов, которые должны создавать в воздушном зазоре между своими полюсами магнитное поле.
Величина магнитной энергии в рабочем зазоре магнита определяется соотношением ВН 'йг = —. 2 Наглядное представление о том, как зависит энергия от индукции, дает рис. 1.40, где в первом квадранте показана зависимость магнитной энергии йг от индук- Глава 1.
Электро изические свойства адиоматериалоэ ции В, а во втором квадранте показан участок петли гнстерезиса, соответствующий размагничиванию, то есть зависимость В от Н. Нетрудно понять, что каждой точке на графике В /(Н) соответствует орднната графика 1в'= /(В) и существует такое положение точки на графике В =/(Н), которой соответствует максимум магнитной энергии и/ . Значение й/,„определяет наилучшее использование магнита, поэтому эта энергия является наиболее важной характеристикой, определяющей качество материала. Рис.
1.40 Магнитотвердые материалы по составу и способу получения подразделяют на пять групп: гз литые высококоэрцитнвные сплавы; гз металлокерамические и металлопластические магниты; О магнитотвердые ферриты; 1З сплавы на основе редкоземельных металлов; а материалы для магнитной записи информации.
К группе литых высококоэрцитивных сплавов относятся железо-никель-алюминевые н железо-никель-кобальт-алюминевые сплавы, легируемые медью, никелем, титаном и ннобием. Магнитная энергия таких сплавов достигает 36 кДж/м, коэрцитивная сила — 110 кА/м. Мвталлокврамичвскив и мвтаглопластические магниты создаются методами порошковой металлургии. Металлокерамнческне магниты получают путем прессования порошка, состоящего из измельченных тонкодисперсных магнитных сплавов, и последующего спекания при высокой температуре.
Из-за пористости материалов их магнитная энергия на 10-20% ниже, чем у литых сплавов. Металлопластнческие магниты получают из порошка магнитного сплава, смешанного с порошком диэлектрика, Процесс изготовления магнитов состоит в прессованин и нагреве заготовок до 120 — 160 'С для полимерюацни диэлектрика.
Из-за того, что около 30 % объема занимает неферромагннтный связующий диэлектрический материал, их магнитная энергия на 40 — 60 % меньше, чем у литых сплавов. Из магнипюпгвврдых фврритов наибольшее распространение получили бариевый феррит и кобальтовый феррит. Магнитная энерпи этих ферритов достигает 12 кДж/м. Магнитотвердые материалы из сплавов на основе редкоземельных метаглов весьма перспективны, но еще недостаточно юучены и освоены в техническом отношении. Практически известны сплавы самария и празеодима с кобальтом, магнитная энергия которых достигает 80 кДж/м.
Недостатками этих сплавов являются их высокая хрупкость и значительная стоимость. 1,5. Злектрофизические свойства полупроводниковых материалов В качестве материалов Влл магнитной записи информации применяют тонкие металлические ленты из нержавеющих сплавов и ленты на пластмассовой основе с порошковым рабочим слоем. В технике магнитной записи наибольшее распространение получили полимерные ленты с нанесенным слоем магнитного лака, состоящего из магнитного порошка, связующего вещества, летучего растворителя и различных добавок, уменьшающих абразивность рабочего слоя. 1.5. Злектрофизические свойства полупроводниковых материалов К полупроводникам относят материалы, которые по величине удельной электрической проводимости занимают промежуточное положение между проводниками н диэлектриками.
Электропроводность полупроводников в значительной степени зависит от температуры и концентрации примесей, что объясняется особенностями нх кристаллической структуры. Основными материалами, применяемыми в полупроводниковой электронике, являются четырехвалентные кремний (Я) и германий (Се), а также бинарные соединения типа АшВг, например арсенид галлия СаАз. Собственные и примесные полупроводники Собственными полупроводниками, или полупроводниками типа г (от англ. шгг(пз(с собственный), называют полупроводники, кристаллическая решетка которых в идеальном случае не содержит примесных атомов другой валентности. В реальных условиях в кристаллической решетке полупроводника всегда существуют примеси, однако их концентрация столь ничтожна, что ею можно пренебречь.
Атомы в кристаллической решетке полупроводника расположены упорядоченно на таких расстояниях друг от друга, что их внешние электронные оболочки перекрываются, и у электронов соседних атомов появляются общие орбиты, посредством которых образуются ковалентные связи. Если валентность атомов равна четырем, то вокруг каждого из атомов, помимо четырех собственных, вращаются еще четыре «чужихь электрона, вследствие чего вокруг атомов образуются прочные электронные оболочки, состоящие из восьми обобществленных валентных электронов, что иллюстрирует плоская модель кристаллической решетки, показанная на рис.
1.41. В узлах кристаллической решетки арсенида галлия чередуются пятивалентные атомы мышьяка и трехвалентные атомы галлия, вокруг которых также образуются электронные оболочки из восьми обобществленных электронов. вио. т. и Глава 1..Электро изичеокив овойства радиоматериалов При сообщении кристаллической решетке некоторого дополнительного количества энергии, например путем нагрева, электрон может покинуть ковалентную связь и превратиться всвободный носитель электрического заряда В результате ковалентная связь становится дефектной, в ней образуется «вакантное» место, которое может занять один из валентных электронов соседней связи. При этом вакантное место перемещается к другому атому.
Перемещение вакантного места внутри кристаллической решетки принято рассматривать как перемещение некоторого положительного заряда, называемого дыркой. Величина этого заряда равна заряду электрона Процесс образования свободных электронов и дырок под воздействием тепла называют венлоеой генераиией. Она характеризуется скоростью генерации 6, определяющей количество пар носителей заряда, генерируемых в единицу времени. Помимо тепловой генерации возможна генерация под воздействием света или каких-либо других энергетических воздействий.
Возникшие в результате генерации носители заряда находятся в состоянии хаотического движения, средняя тепловая скорость которого определяется формулой Двигаясь хаотически, электроны могут занимать вакантные места в ковалентных связях. Это явление называют рекомбинацией и характеризуют скоростью рекомбинации й, определяющей количество пар носителей заряда, исчезающих в единицу времени. Каждый из подвижных' носителей заряда существует («живет») в течение некоторого промежутка времени, среднее значение которого называют временем жизни носителей заряда и обозначают для электронов т„, а для дырок т,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
