Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Обычно домены имеют правильную форму.На рисунках показаны идеализированная доменная структура кристаллическогоферромагнетика и доменная структура поликристалла.Рис. 6.4. Идеализированная доменная структуракристаллического ферромагнетикапо индукции и поленасыщенияРис. 6.5. Доменная структура поликристаллаВ магнитных материалах, предназначенных для устройств записи и храненияинформации, создаются изолированные цилиндрические магнитные домены (ЦМД). Нарисунке показаны ЦМД в тонкой магнитной пленке. Емкость отдельного ЦМД-элементаможет достигать 105 бит. В отсутствие внешнего магнитного поля смещения в ЦМДматериалах доменная структура имеет вид либо ЦМД-решетки, либо полосовойструктуры.142Рис. 6.6. ЦМД-пленкиНамагничивание магнитных материалов (криваянамагничивания)Если образец был размагничен, то зависимость индукции от напряженностивнешнего магнитного поля называется кривой намагничивания.
В процессенамагничивания образца основную роль играют два процесса - смещение доменныхграниц и вращение векторов намагниченности доменов. На рисунке приведена криваянамагничивания.Рис. 6.7. Намагничивание магнитного материала,1 – слабое поле, 2 – среднее поле, 3 – сильное полеМагнитный гистерезисМагнитный гистерезис вызывается необратимыми процессами намагничивания.Ход кривой намагничивания на рисунке показан стрелкой.143Рис.
6.8. Кривая намагничиванияК основным параметрам петли гистерезиса относятся:Bs - индукция насыщения;Br - остаточная индукция;Hc - коэрцитивная сила (напряженность размагничивающего поля, при которой Brстановится равной нулю).Для различных значений H можно получить семейство петель гистерезиса. Петлягистерезиса при Bs называется предельной.Структура ферромагнетиковФерромагнетики в основном кристаллизуются в трех типах решеток: кубическойпространственной, кубической объемно-центрированной и гексагональной, показанныхна рисунке.144Рис. 6.9.
Типы кристаллических решеток дляферромагнетиков. Направления намагничивания:легкое, среднее, трудноеЗависимости B=f(H) показывают, что кристаллы являются магнитоанизотропными.На рисунке эта зависимость показана для железа. Направления намагничиванияуказаны в квадратных скобках.
При отсутствии внешнего поля векторы намагничиваниярасполагаются в легком направлении. Площадь, заключенная между кривыми легкого итрудного намагничивания, пропорциональна энергии, которую требуется затратить дляизменения направления намагничивания от легкого до трудного.Магнитострикционная деформацияЭто обратимое изменение формы и размеров образца при переходеферромагнетика через точку Кюри при отсутствии внешнего поля (самопроизвольнаямагнитострикция) и при воздействии внешнего поля на ферромагнетик при Т<Тк.Сумму энергий кристаллографической магнитной анизотропии и магнитоупругой врезультате магнитострикции называют энергией магнитной анизотропии.Магнитная проницаемостьВ технике используется несколько десятков видов магнитной проницаемости взависимости от конкретных применений магнитного материала. Абсолютная.проницаемость µa=B/H, относительная проницаемость µa= 1/µ0 B/H.
Зависимостьµ=F(H) показана на рисунке.Рис. 6.11. Зависимость магнитной проницаемости отнапряженности магнитного поляНачальная и максимальная проницаемости являются частными случаяминормальной проницаемости (слово "нормальная"принято опускать)µ нач = limH →0Bµ 0 H maxµ max =Bmaxµ Ο H maxПри одновременном воздействии на магнитный материал постоянного Нo ипеременного Н~ магнитных полей и, обычно, при условии Н~<<Нo вводят понятиедифференциальной проницаемость µдифµ диф =1 dB.µ 0 dH145Зависимость µ=F(T). Характер этой зависимости различен в слабых, средних исильных полях. Для µнач при T несколько ниже TK наблюдается четко выраженныймаксимум, сглаживающийся при увеличении напряженности поля (см. рисунок).Рис. 6.12.
Зависимость магнитной проницаемости µ оттемпературы Т для различных напряженностеймагнитного поля, Н1 соответствует начальноймагнитной проницаемости, H4 – области насыщения(H4<H3<H2<H1)Возрастание µнач объясняют тем, что при нагревании облегчается смещениедоменных границ и поворот векторов намагниченности доменов, главным образом из-зауменьшения констант магнитострикции и магнитной анизотропии. Уменьшение µнач привысокихтемпературахсвязываетсясрезкимуменьшениемспонтаннойнамагниченности доменов.Потери в магнитных материалахВ переменных полях площадь петли гистерезиса увеличивается за счет потерь нагистерезис Рг, потерь на вихревые токи Рв и дополнительных потерь Рд.
Такая петляназывается динамической, а суммарные потери полными или суммарными. Потери нагистерезис, отнесенные к единице объема материала (удельные потери)3PГ = ∫ HdB , Дж/м .При перемагничивании с частотой f (Гц)PГ =∫ HdBγ, Вт/кг, где γ - плотность материала, кг/м3.Потери на вихревые токи для листового образцаPВ =1,64d 2 f 2 B 2maxγρгдеBmax −амплитуда магнитной индукции, Тл;f −частота переменного тока, Гц;d − толщина листа, м;γ− плотность, кг/м3;ρ−удельное электросопротивление, Ом .
м.,146Дополнительные потери или потери на магнитную вязкость (магнитноепоследействие) обычно находят как разность между полными потерями и суммойпотерь на гистерезис и вихревые токиРд=Р-(Рг+Рв).Магнитная вязкость Jn=Jn(t) зависит от времени действия магнитного поля. J привключении магнитного поля H быстро достигает значения J1, а затем со временемвозрастает в соответствии с формулойJn(t)=Jno(1-exp(-t/τ),где Jno - намагниченность при t → ∞; τ - время релаксации. На рисунке показаназависимость напряженности магнитного поля и намагниченности от времени действиямагнитного поля. В магнитотвердых магнитных материалах время τ магнитнойрелаксации может достигать нескольких минут. Такое явление называютсверхвязкостью.В переменных полях площадь петли гистерезиса увеличивается за счет потерь нагистерезис Рг, потерь на вихревые токи Рв и дополнительных потерь Рд.
Такая петляназывается динамической, а суммарные потери полными или суммарными. Потери нагистерезис, отнесенные к единице объема материала (удельные потери)PГ = ∫ HdB , Дж/м3.При перемагничивании с частотой f (Гц)PГ =∫ HdBγ, Вт/кг, гдеγ - плотность материала, кг/м3.Потери на вихревые токи для листового образцаPВ =1,64d 2 f 2 B 2maxγρ,гдеB max −амплитуда магнитной индукции, Тл;f −частота переменного тока, Гц;d − толщина листа, м;γ − плотность, кг/м3;ρ −удельное электрическое сопротивление, Ом .
м.Дополнительные потери или потери на магнитную вязкость (магнитноепоследействие) обычно находят как разность между полными потерями и суммойпотерь на гистерезис и вихревые токиРд=Р-(Рг+Рв).Магнитная вязкость Jn=Jn(t) зависит от времени действия магнитного поля.
J привключении магнитного поля H быстро достигает значения J1, а затем со временемвозрастает в соответствии с формулойJn(t)=Jno(1-exp(-t/τ),где Jno - намагниченность при t → ∞; τ - время релаксации. На рисунке показаназависимость напряженности магнитного поля и намагниченностиот времени действиямагнитного поля. В магнитотвердых магнитных материалах время τ магнитнойрелаксации может достигать нескольких минут. Такое явление называютсверхвязкостью.147Тангенс угла магнитных потерь используют в переменных полях.
Его можновыразить через параметры эквивалентной схемы, показанной на рисунке. Индуктивнуюкатушку с сердечником из магнитного материала представляют в видепоследовательной схемы из индуктивности L и активного сопротивления R.Пренебрегая собственной емкостью и сопротивлением обмотки катушки, получаемtgδм=r/( ωL).Активная мощность Ра:Ра=J2 . ωL . tgδм.Величина, обратная tgδм называется добротностью сердечника.Электрические свойства магнитных материаловУдельное электрическое сопротивление ρ металлических магнитных материаловзависит от состава и направления намагниченности по отношению к направлениюдвижения электронов проводимости.
Электрические свойства технических Fe, Co, Niпоказаны в таблице.Материалρ, мкОм.мТемпературный коэффициентэлектрического сопротивления, 10-3, К-1Fe0.097 (20 oС)6.2Co0.32 (500 oС)13.8 (500 oС)Ni0.068(0÷100 oС)6.7В чистых монокристаллических образцах металлов наблюдается значительнаяанизотропия электросопротивления.
Так, в монокристаллах кобальта в направлении осиС ρс=0.103 мкОм.м, а в плоскости, перпендикулярной этой оси ρр=0.055 мкОм.м (см.рисунок).Рис. 6.15. Кристаллическая структура монокристаллакобальта, направления намагничивания: легкое,трудноеВ ферритах по сравнению с металлическими ферромагнетиками удельноеэлектрическое сопротивление много выше, сопоставимо с ρ полупроводников и можетменяться в широких пределах в зависимости от состава, типа элементов структуры,148вида примесей.
Так, для феррита иттрия удельное сопротивление 1010÷1012 Ом.м, дляферрита никеля 103÷105 Ом.м, для феррита лития 1÷10 Ом.м. Энергия активациипроводимости ферритов находится в пределах 0.2÷2 эВ. В ферритах частонаблюдается поляронная (прыжковая) проводимость, обусловленная перескокомлокализованных электронов из одного состояния в другое. Поляроны - квазичастицы,образованные локализованными на ионах электронами вместе с окружающим их полемполяризации. В случае поляронов малого радиуса энергия ионизации примесногоцентра 0.2÷0.6 эВ.Удельное электрическое сопротивление ρ металлических магнитных материаловзависит от состава и направления намагниченности по отношению к направлениюдвижения электронов проводимости.
Электрические свойства технических Fe, Co, Niпоказаны в таблице.материалρ, мкОм.мтемпературный коэффициентэлектрического сопротивления, , 10-3 К-1Fe0.097 (20 oС)6.2Co0.32 (500 oС)13.8 (500 oС)Ni0.068(0-100 oС)6.7В чистых монокристаллических образцах металлов наблюдается значительнаяанизотропия электросопротивления. Так, в монокристаллах кобальта в направлении осиС ρ с=0.103 мкОм . м, а в плоскости, перпендикулярной этой оси ρ р=0.055 мкОм .
м (см.рисунок).В ферритах по сравнению с металлическими ферромагнетиками удельноеэлектрическое сопротивление много выше, сопоставимо с ρ полупроводников и можетменяться в широких пределах в зависимости от состава, типа элементов структуры,вида примесей. Так, для феррита иттрия удельное сопротивление 1010-1012 Ом . м, дляферрита никеля 103-105 Ом . м, для феррита лития 1-10 Ом .
м. Энергия активациипроводимости ферритов находится в пределах 0.2-2 эВ. В ферритах часто наблюдаетсяполяронная (прыжковая) проводимость, обусловленная перескоком локализованныхэлектронов из одного состояния в другое. Поляроны - квазичастицы, образованныелокализованными на ионах электронами вместе с окружающим их полем поляризации.В случае поляронов малого радиуса энергия ионизации примесного центра 0.2-0.6 эВ.Классификация магнитных материаловМагнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения в слабыхполях, обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями наперемагничивание.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
