Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Для ликвидации этого недостатка к ним добавляют небольшие «умягчающиеэ добавки вольфрама, ванадия и молибдена. Эти сплавы используются в электромагнитах и телефонных мембранах. Особое место занимают в семействе мягких магнитных материалов ферриты — полупроводниковые ферромагнетики, применяемые в высокочастотной радиотехнике. Особенность их состоит в том, что по условиям эксплуатации они находятся в электромагнитных полях, направление и величина которых меняются с очень высокой частотой: от десятков тысяч до миллионов герц (колебаний в секунду).

Будь на их месте ферромагнетики типа железа — металлы, обладающие высокой проводимостью, наблюдалась бы такая картина: при всяком изменении поля свободные электроны меняли бы характер своего движения, «бросаясьэ то в одном, то в другом направлении.

Результат этого хаотического метания, как вы помните, называется токами Фуко. Их возникновение приводит к тому, что высокочастотное поле теряет энергию. Это крайне нежелательно в любых радиотехнических устройствах. И полупроводниковые ферромагнетики — ферриты — прекрасно справляются со своей задачей. Физической предпосылкой их успеха является чрезвычайно малое количество свободных электронов в этих материалах.

Электросопротивление ферритов превышает сопротивление ферромагнетиков-металлов в 10 миллиардов раз! Ферриты входят составной частью во все катушки индуктивности радиоприемников, телевизоров, магнитофонов. Из них изготовлены внутренние антенны малогабаритных приемников. К сожалению, ферриты имеют весьма низкую магнитную проницаемость, а ведь они и так работают в слабых полях (оцените, сколько энергии попадает от передающей радиостанции на крохотную антенну радиоприемника). Поэтому принимаются специальные меры, чтобы проницаемость повысить. Оказывается, подмешивание цинка к обычному магнетику позволяет увеличить магнитную проницаемость феррита во много раз. Хотелось бы подчеркнуть, что сама воз- можность менять свойства материалов основана на глубоком понимании их структуры, выяснении связи между магнитными и немагнитными характеристиками магнетиков.

Мы уже упоминали, что магнитные и упругие свойства некоторых материалов могут находиться в сильной зависимости. Помещение такого материала в магнитное поле вызывает его деформацию — искажение формы, и наоборот, деформирование влечет за собой появление у образца магнитного момента (или изменение, если он уже имелся). Такие материалы называются магнитострикциеииыми (само явление называется магиитострикцией). Их успешно применяют для конструирования генераторов звуковых и ультразвуковых частот. Помещая такой материал в высокочастотное магнитное поле, можно добиться, чтобы ои деформировался (колебался) с такой же частотой. Механические колебания и служат источником звука соответствующей частоты.

Основной материал, используемый в генераторах, — никель. Поскольку никель— металл, обладающий высокой проводимостью, то для уменьшения токов Фуко его изготавливают в виде очень тонких листов (напомним, что электросопротивление обратно пропорционально сечению). Хорошим магнитострикционным материалом является сплав железа с 13% алюминия, обладающий к тому же ббльшим (в 12 раз по сравнению с никелем) сопротивлением. Все мягкие магнитные материалы имеют узкую петлю гистерезиса.

Твердые магнитные материалы характеризуются широкой петлей гистерезиса, иначе говоря, большими значе- ниями каэрцитивной силы и остаточной индукции. Основная область их применения— постоянные магниты, которые используются в разнообразных приборах: репродукторах, магнитофонах, телефонах, электрогенераторах, электронных микроскопах, осциллографах, компасах, ускорителях элементарных частиц и т. д., каталог которых мог бы, вероятно, превысить объем этой книги. К твердым, или жестким, магнитным материалам относятся закаленные легированные стали, которые в первую очередь начали применять В качестве постоянных магнитов. Металлурги научились изготавливать их с конца Х1Х в.

Обычная углеродистая сталь с низким содержанием углерода (не свыше 1О~) имеет коэрцитивную силу 50 — 60 Э и остаточную индукцию около 10 000 Гс. Ее главный недостаток состоит в том, что она «стареет», утрачивая свои магнитные свойства. Чтобы помочь сохранить магнитную «молодость», применяют легирующие добавки, в качестве которых используются различные элементы: вольфрам, хром, молибден и особенно успешно кобальт (напомним, что кобальт, как и железо, ферромагнитен).

Хотя эти добавки невелики (обычно составляют несколько процентов, реже — десятки процентов), они существенно улучшают магнитные характеристики стали, делая их одновременно и более устойчивыми со временем. Однако, как и в случае мягких магнитных материалов, наибольшего разнообразия магнитных свойств удается достичь при использовании различных сплавов. В 193! г. были предложены железные сплавы с нике- 115 лем (около !2%) и алюминием (около 25%), получившие название альни (в нем легко угадывается сокращение по первым буквам компонентов). Коэрцитивная сила этих сплавов может превышать 500 Э, а при добавлении кобальта (сплав альнико) или кремния (сплав альниси, от силициум — кремний) и того выше — до 1000 Э.

Остаточная намагкичекность их достигает нескольких тысяч гаусс. Существенным недостатком этих сплавоа является невозможность их механической . обработки. Магниты из них отливаются в готовом виде, без последующей доводки. В тех случаях, когда такая доводка все же необходима, используют сплавы с добавлением асмяГчаюшмхэ элементов — меди и ванадия. Их магнитные «врактернстики несколько хуже, чем у сплавов ельни, зато их можно ковать, резать, словом, обращаться с ними, как с нормальным металлом.

Внесли свой вклад в разнообразие магнитных свойств и драгоценные металлы, которые более привычно видеть в руках ювелиров, а не металлургов. Оказалось, что сплавы платины с железом и кобальтом обладают высокой коэрцитивной силой — до нескольких тысяч эрстед. Их использование целесообразно там, где по условиям эксплуатации магниты должны находиться в агрессивной (например, кислотной) среде.

Вернемся к опытам Акулова и Биттера, в которых было доказано существование доменов— областей ферромагнетика с однородной намагниченностью. Вы помните, что они использовали в своих экспериментах «гибрид» твердого ферромагнетика и жидкости: взвесь твердых ферромагнитных частиц в керосине. Такую ~смесьэ с полным основанием можно назвать искусственным магнитным материалом. Слово «искусственный» происходит от слова «искусство», и по отношению к научным и техни- ЧЕСКИМ ОТКРЫТИЯМ ОНО ПРименимо НЕ тОЛьКО по лингвистическим соображениям. Труд ученого во многом сродни труду художника.

Исследователь, как и художник, должен увидеть новое и важное в том, что до него казалось обыденным и известным. И несмотря на различие средств, высокое слово «искусство», отражаясь в слове «искусственный», правильно отображает то общее — творческое начало, что присуще художественному и научному открытию. Итак, порошок ферромагнитного материала взвесили в жидкости. Что дал этот симбиозом Прежде всего с его помощью удалось подтвердить гипотезу Вайса. Кроме того, дальнейшие исследования показали, что такая система при наложении сильного магнитного поля «затвердевает». Причина «затвердевания» состоит в сильном взаимодействии частиц, каждая из которых объединяет несколько доменов.

Действительно, когда магнитные моменты отдельных доменов одной частицы выстраивают-' ся вдоль поля, частица уподобляется маленькому постоянному магниту с южным и северным полюсами. Как же ведет себя совокупность магнитиков, взвешенных в жидкости? Вполне естественно, что магнитики притягиваются друг к другу разноименными полюсами, образуя в результате жесткую систему. Первое техническое применение взвеси ферромагнитного порошка в кремнийорганических и минеральных маслах базировалось как раз на их способности «затвердевать» в сильном магнитном поле. На их основе были разработаны так называемые порошковые муфты и тормоза.

Большого распространения, однако, они не получили: при снятии поля такая система не восстанавливала своего первоначального состояния. Причиной была, конечно же, остаточная намагниченность. Будучи однажды намагниченными, ферромагнитные частицы размагничивались .с большой неохотой. Хотя жидкость и фигурировала в составе магнитной системы, ее присутствие там носило в определенной степени формальный характер: ведь свойства жидкости и магнитные свойства существовали как бы раздельно. Грубо говоря, они «складывались» арифметически и при наложении внешнего поля так же легко «вычитались».

Однако рациональное зерно в втой системе содержалось, и со временем оно ДИЛО ВСХОДЫ. О судьбе магнитного материала, возникшего благодаря методу порошковых фигур, наш дальнейший рассказ. ОПИЛКИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ Известно ли вам, как устроена топливная система ракетного двигателя? Общая схема питания космического аппарата такая же, как и легкового автомобиля: топливо всасывается насосом из бака и нагнетается в двигатель. Предположим, что по какой-то причине в автомобильной системе произошел разрыв сплошной струи топлива в топливной магистрали.

Характеристики

Список файлов книги