Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 91
Текст из файла (страница 91)
о о о .о о о о ~) с Ф ы И ж см о м О о С.г ы о Й О. Р. Сй 438 Гл. 23. Магнитные материалы для статического режима Постоянной проницаемостью обладает также сплав никель — железо — медь (40 —:45% (чг), 45 —:50% Ее и 5ль15% Сп), называемый изоперм. Его постоянная проние. Гс цаемость р меньше, чем у пер4О0 3000 минвара, и составляет 50 Гс/Э, а интервал полей с постоянной проницаемостью больше, чем у перминвара, и достигает 100 Э. Материалы с постоянной магнитной проницаемостью получаются также путем измельчения 0 ! 2 3 зооо некоторых ферромагнетиков (железа, пермаллоя, магнетита и т.п.) до частиц очень небольшого размера, изолированных друг от друга неферромагнитной средой, в которую они запрессовываются.
В этом случае постоянная проницаемость достигается большим П20ОО размагничивающим фактором отЗ000 дельных частиц. 2. Ферромагнетики с большой величиной интенсивности насыьцения, В некоторых слу- 25 0 чаях, например для осциллографов, магнитоэлектрических приборов, микрофонов и т.п., требуется такой ферромагнитный материал, который создавал бы в зазорах магнитопроводов мощные магнитные поля. Для этих целей хорошо подходит ферромагнетик, имеющий большую индукцию при сравнительно небольших полях.
Такой ферромагнетик полезно ставить в качестве полюсных наконечников в электромагнитах. Обычно полюсные наконечники сужают у воздушного зазора для того, чтобы усилить напряженность магнитного поля. Для уменьшения рассеяния магнитного потока в месте сужения надо, чтобы магнитная проницаемость наконечника была большей, чем в основном магнитопроводе. Это достигается применением сплава (50% Со, 1,7% 3г, остальное — железо), называемого пермендюром. Его насыщение индукции равняется 24000 Гс, т.е. больше, чем у железа (В = 22000 Гс).
Существенно, что уже при полях 5 —:40 Э в пермендюре достигается индукция, далеко превосходящая индукции всех других материалов (см. рис. 23,13, на котором приведены кривые намагничивания различных ферромагнетиков). 3. Термомагнитные сплавь! — ферромагнетики с высокой температурной зависимостью намагниченности. Индукция постоянных 0 ! 2 3 30ОО !000 400 0 2 3 4 4000 400 0 ! 2 3 0 ! 2 3 4 Г20О ЗОО 4000 0 0 !О 20 ьо 40 зйэ 400 Рис. 23.12. Петли гистерезиса перминвара (30% Ре, 45% )С! и 25% Со) для различных амплитуд внешнего магнитного поля 23.5.
Мягкие магнитные материалы с особыми свойствами 439 240 220 о 200 180 160 140 120 100 80 0 4 8 !2 !6 20 24 28 32 36 290 !290 Н,Э Рис. 23.13. Кривые намагничивания мягких магнитных материалов: пермендюра (1), арика-железа (2); пермаллоя 45 (3), пермннвара (4); пермаллоя 78 (5), Мо-перминвара (с 7% Мо) (6), Мо — пермаллоя (7); Сг — пермаллоя (8) магнитов в электрических счетчиках, электроизмерительных и других приборах изменяется при повышении температуры, что искажает показания этих приборов.
Для компенсации температурной погрешности постоянный магнит шунтируется термомагнитным сплавом, в котором в заданнолл интервале теллператур намагниченность резко зависит от температуры. Перераспределениелл магнитного потока между постоянным магнитом и шунтом прн нужных температурах стабилизируют магнитный поток в зазоре постоянного магнита. Обычно это диапазон температур от — 70 'С до +50 'С. Для шунта подбирается материал, точка Кюри которого находится вблизи 100 'С, так как именно вблизи этой температуры интенсивность намагничивания при больших намагничивающих полях резко падает (см. рис.
7.5). Хорошими термомагнитнымн сплавами являются сплавы никеля с медью. Зависимость их точки Кюри от содержания меди приведена на рис. 23.14. Как видно из рисунка, наиболее подходящим является сплав никеля с 30 †: 40% Сц (кальмаллой). На рис. 23.15 приведена температурная зависимость индукции кальмаллоя в поле 100 Э. Для указанной цели подходит также сплав железо †никель †(35% Го, 8 —: 13% (ле(, остальное — Сг).
4. Сплавы с высокой магнитострикчией. Часто требуются ферромагнетики с большой величиной магнитострикции. Основным материалом для магннтострикционных генераторов является никель, обладающий высокой отрицательной магнитострикцией (35 . 10 "). Поскольку 440 Гл. 23. Магнитные материалы для статического режима В. Гс 80 60 40 20 8 30 32 34 36 38 40 Содержание Сп, % 80 0 80 160 Т, 'С Рис 23.14. Точки Кюри в сплавах Рис. 23.15. Температурная зависимость гн1 — Сп индукции насыщения кальмаллоя в поле 100 Э Л11 1О 28 20 !6 н- И. Я 8 .12 20 24 .26 106 20 60 100 !40 !80 й'.
Э Рис. 23.!6. Кривые магнитострикпии % и сплава Ре с 13% Л1 при этом никель работает в поле высокой частоты, для уменьшения индукционных токов его приготавливают в виде тонких листов (до 0,1 мм и тоньше). Сплав Ее и 14% А1 имеет ббльшую, чем никель, положительную магнитострикцию !рис. 23.16) и в 12 раз большее электросопротивление, что весьма существенно. Рекордно большой магнитострикцией обладает кобальтовый феррит (СоО . ЕезОз), однако она достигается при очень больших намагничивающих полях.
23.5. Мягкие магнитные материалы с особыми свойствами 44! Магнитострикция часто используется для получения мощных механических колебаний звуковой или ультразвуковой частоты. На ферромагнетик накладывается переменное магнитное поле, частота которого совпадает с собственной механической частотой образца. Как известно, все твердые тела обладают собственной механической частотой колебания, зависящей от упругих свойств — модуля Юнга Е, формы, размеров и плотности вещества с!. Например, для стержня основная ! !Е частота и собственного колебания и = Магнитострикционные генераторы используются в приборах для определения глубины моря !эхолот), в качестве механических дробилок твердых тел (пород) и т.
п. Глава 24 ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ф 24.1. Ферриты К магнитным материалам, находящимся в динамическом режиме, предъявляются иные требования, чем к находящимся в постоянных и низкочастотных (не более 100 Гц) полях. О последних уже говорилось в гл. 23. Ма~нитные материалы, находящиеся в высокочастотных цепях, должны обладать большим омическим сопротивлением, чтобы потери на токи Фуко отсутствовали, и большой скоростью установления намагниченности. В данном случае разговор пойдет о неметаллических оксидных ферромагнетиках, которые получили широкое применение в современной сверхвысокочастотной технике.
Неметаллические ферромагнетики по своей природе обычно являются нескомпенсированными антиферромагнетнками-ферримагнетиками. К ним в первую очередь относятся ферриты (см. гл. 9). Для высокочастотной техники ферриты подходят уже потому, что обладают большим электрическим сопротивлением. Их удельное сопротивление р лежит в интервале 5 !О ' †: 10 ь'о Ом сьь (У металлических ферромагнетиков сопротивление порядка !О ' Ом см.) По электрическим свойствам ферриты относятся к группе полупроводников. Как их удельное сопротивление, так и магнитные свойства существенно зависят от состава и структуры. Температурная зависимость сопротивления носит полупроводниковый характер: р = роев у(ьт), где Е, -- энергия активации (0,1 †: 0,6 эВ); й — постоянная Больцмана.
Йа рис. 24.1 приведены температурные зависимости электрического сопротивления некоторых ферритов (144]. Излом кривых, изображающих температурную зависимость сопротивления, у многих ферритов совпадает с точкой Нееля. Проводимость имеет электронный характер. Ферриты бывают разных структур. Остановимся на некоторых из них. 1. Кубические ферриты со структурой типа минерала шпинели (МКА1з04). Среди них имеются: а) моноферриты, характеризуемые формулой МОГезОз, где М вЂ” двухвалентный ион металла (Мп, МК, !Х!1, Сц или других); б) смешанные ферриты, состав которых характеризуется формулой М',М",,Воз04, где М' и М" — ионы двух разных металлов, а л принимает значения от 0 до 1. Ферриты со 24.2.
Магиитвь~в свойства ферратов 2 ф 24.2. Магнитные свойства ферритов Расположение металлических ионов в феррите типа шпинели (МГезОв) можно изобразить, записав его формулу в виде Гез "(М" Ге")О В квадратные скобки заключены ионы, расположенные в октаэдрических междуузлиях кислорода (тип В; см. ~9.2), вне скобок помещены ионы, находящихся в тетраэдрических междуузлиях (тип А). Так структурой шпинели как правило имеют три или четыре направления легкого намагничивания.
Известны случаи, когда магнитная структура одного и того же феррита зависит от температуры. Например, у магнетита (же- 3 лезный феррит: ГеОГезОз = ГезОв) при !,' комнатной температуре имеются четыре направления легкого намагничивания, 2— а ниже 110 К одно. Такой переход со- ьв провождается изменением некоторых физических свойств (143). 2. Ферриты-гранаты, описываемые формулой МзГезОщ, где М вЂ” трехвалентный ион редкоземельно~о элемента. Структура их подобна структуре граната — СвзА1з(3104)з Ферриты-гранаты висимост э ект еско о с- имеют три-четыре напРавлениЯ легкого противления никелевого (1) и намагничивания. кобальтового (2) ферритов 3. Гексаферриты, или ферриты с гексагональной кристаллической структурой.
Среди гексаферритов разли- чают несколько типов. Основные из них: тип М, характеризуемый формулой ВаГещОщ =- ВаО(ГезОз)в; тип 1' — ВвяМзГешОзз = 2[ВаО МО(ГезОз)з); тип % — ВаМзГещОзт = ВаО . МяОя(ГезОз)з', тип Х вЂ” ВвзХ1зГез40гп = ВазОз МзОз(ГезОз) щ, где М вЂ” двухвалентный ион первой переходной группы (железа) или ион Хп либо Мк.
Ионы Ва могут быть частично или полностью заме- нены ионами Са, Вг, РЬ или трехвалентными ионами типа Ба~ ь. Бариевые ферриты типа М (ферроксдюр) имеют структуру магнето- плюмбита — РЬО(ГезОз)в. Они обладают одним направлением легкого намагничивания, совпадающим с гексагональной осью. Среди ферритов типов г', % и 2, называемых феррокспланами, имеются соединения с одним направлением легкого намагничивания, совпадающим с гексагональной осью, а также соединения, у которых направление легкого намагничивания — плоскость, перпендикулярная гексагональной оси.
444 Рл. 24 Вьлсокочастотные магнитные материалы и ик применение как магнитные моменты ионов, находящихся в В- и А-междуузлиях, расположены антипараллельно, суммарный момент в магнетонах Бора, приходящийся на каждую молекулу, можно записать как т, = (тв' + ш~;,, — т~,"„ или пь=(гпв +5) б=п'в где т~~ь — магнитный момент иона М~т, а пь~~эь =- 5 магнитный момент иона железа Го~~.
Большой интерес представляют магнитные моменты смешанных ферритов. Любопытная ситуация возникает в случае смешанного цинкового феррита, у которого распределение ионов описывается формулой Хпз+ Газ э, [М1ьеГе",~,) 04, где х принимает значения от О до 1. Расчет по формуле показывает, что благодаря присутствию немагнитных цинковых ионов в тетраэдрической подрешетке магнитный момент гп молекулы рассматриваемого феррита должен возрастать по мере увеличения содержания цинка и достигать десяти магнетонов Бора на молекулу при х =. 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
