Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Из-за хрупкости толщина стенок должна быть не менее 1÷2 мм.Тонкие порошки альсифера применяются в качестве ферромагнитной составляющеймагнитодиэлектриков.Тонкие порошки альсифера применяются в качестве ферромагнитнойсоставляющей магнитодиэлектриков.Магнитомягкие ферритыМагнитомягкие ферриты — химические соединения окисла железа Fe2O3 сокислами других металлов. Наиболее широко применяются ферриты со структуройшпинели, отвечающими формуле MeFe2O4, где Me - какой-либо двухвалентный катион.154Самопроизвольнаянамагниченностьферритовобусловленаспиновымимагнитными моментами трехвалентных ионов железа и двухвалентных ионов металла,между которыми существует косвенное обменное взаимодействие через ионыкислорода.
Синтез ферритов производится по керамической технологии и может бытьосуществлен по трем различным технологическим схемам: 1 — из механической смесиоксидов или карбонатов; 2 — термическим разложением твердой смеси солей,полученной выпариванием из водного раствора; 3 — из совместно сочетаемыхгидроксидов, карбонатов, оксилатов.Наиболее распространенный — первый способ.Применение магнитомягких ферритовМагнитомягкие ферриты применяются:• для магнитопроводов, работающих в слабых, сильных магнитных полях до100 МГц и в импульсном режиме;• для изготовления магнитных усилителей, сердечников трансформаторов,катушек индуктивности, статоров и роторов высокочастотных двигателей,термомагнитных компенсаторов и так далее.Механические, магнитные и электрические свойства магнитомягкихферритовМеханические свойства как и у керамики —твердость, хрупкость, недопустимостьобработки резанием. При спекании - усадка от 10 до 20%.
Хорошо шлифуются иполируются абразивными материалами, режутся алмазным инструментом.Наиболее широко в качестве магнитомягких ферритов применяют никельцинковые и марганец-цинковые ферриты, представляющие собой твердые растворызамещения, образованные простыми ферритами NiFe2O4 и MnFe2O4, являющиесяферромагнетиками, с немагнитным ZnFe2O4.В переменных полях для оценки допустимого частотного диапазона ферритыкроме µ характеризуются tgδм - тангенсом угла магнитных потерь. Для ферритовпотерями на вихревые токи и гистерезис в области слабых полей можно пренебречь.При повышении частоты, начиная с некоторой, характерной для данной маркиферрита значения, tgδм возрастает более резко, при этом уменьшается µ.
Эту частотуназывают критической fкр. Частоту, при которой µнач уменьшается до 0.7 от ее значенияf=0 называют граничной - fгр.Причина уменьшения и роста tgδм связывается со сложными резонансными ирелаксационными процессами. Цифра в обозначении марки феррита означаетвеличину начальной магнитной проницаемости µN. Для ферритов одного составакритическая частота увеличивается при уменьшении начальной магнитнойпроницаемости.
Зависимость µN и tgδм от частоты для разных марок никель-цинковогоферрита показана на рисунке.155Рис. 6.19. Зависимости эффективной магнитнойпроницаемости µэфф и тангенса угла магнитных потерьtgδ от частоты для различных ферритовМагнитные и электрические свойства трех марок никель-цинковых ферритовприведены в таблице.Н, А/мМарка ферритаµмакс2000 НН7000120.210703001603.0103120403700250108500200 НН10 ВЧ(приµмакс)fкр, МГцρ,Ом.мТк,оСρ ферритов в зависимости от химического состава и термической обработкиизменяется от 10 до 108 Ом.м. Основной недостаток ферритов по сравнению сметаллическими магнитными материалами — малое значение их магнитнойпроницаемости.
Некоторые типы изделий из магнитомягких ферритов показаны нарисунке.Рис. 6.20. Изделия из ферритовСпециальные магнитные материалыМатериалы с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД), применяемые дляизготовления запоминающих устройств (ЗУ). Емкость отдельного устройства (чипа) наЦМД может составлять 105 бит. Чем меньше Нс, тем выше быстродействие ЦМДустройства. Обычно Нс должна быть не больше 10 А/м. Основные материалы для ЦМДустройств приведены в таблице.МатериалСвойства, oсобенности технологии или применения156Ортоферриты RFeO3R - редкоземельныйэлемент(Y, Sm , Eu , Er , Yb)Высокая подвижность доменных границ , прозрачность вкрасном свете (λ= 0.6 мкм ). Плотность информации не велика.103 - 104 бит/см2Ферриты гранатыR3Fe5O12Аморфные магнитныепленкисплавов Cd-Co и CdFeГексагональные ферритыBaFe12O19 и др.Плотность информации выше 105÷106 бит/см2, но подвижностьдоменных границ ниже, чем у ортоферритов.
Применяются в видемонокристаллических пленок.Плотность информации до 109 бит/см2 . Относительно низкаястоимость. Низкая термостабильность и низкое электрическоесопротивление - недостатки.Высокая намагниченность насыщения. Субмикронное ЦМД ,однако низкая подвижность ограничевает применение.Аморфные магнитомягкие материалы (АММ)Аморфные магнитомягкие материалы (АММ) являются магнетиками снеупорядоченным расположением атомов, получаемом наиболее часто в результатебыстрой закалки расплава со скоростью охлаждения 104÷106 град/с.Аморфные тонкие пленки с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД)можно получать катодным распылением или вакуумным напылением редкоземельных ипереходных металлов.Металлические аморфные сплавы содержат 75÷85% одного или несколькихпереходных металлов (Fe, Co, Ni) и 15÷25% стеклообразователя, в качестве которогоиспользуют бор, углерод, кремний, фосфор.
По магнитным свойствам АММ близка кэлектротехническим сталям и пермаллоям. Наиболее перспективные сплавыжелезоникелевые, высококобальтовые и высокожелезистые. Для полученияоптимальных свойств применяют термомагнитную обработку, что позволяет повыситьBs и прямоугольность петли гистерезиса. Магнитные свойства двух промышленныхсплавов после термобработки показаны в таблицеµмаксМаркаBs, Тл45НПР-А70001244НМР-А300160ρ, Ом.м0.2Br/Bs при H,А/м103.0103120Hc, А/м70АММ имеют повышенную твердость и коррозионную стойкость.Удельное сопротивление АММ в 3÷5 раз больше, чем у кристаллических.Применение: магнитные экраны, сердечники малогабаритных трансформаторов,магнитных усилителей, головки устройств для магнитной записиМагнитодиэлектрики (МД)Как и ферриты МД являются высокочастотными магнитными материалами.
Посравнению с ферритами они имеют более стабильные свойства, но по рядуэлектромагнитных параметров уступают им. Получаются по технологии аналогичнойтехнологии пластмасс.МД состоят из мелкоизмельченного ферромагнетика, частицы которогоизолированы и скреплены немагнитным материалом. В качестве ферромагнетиканаиболее часто используют альсифер, карбонильное железо, пермаллой, в качествесвязки как органические материалы такие как бакелит, полистирол, шеллак, так инеорганические − жидкое стекло, стеклоэмали и другие.157Прессование изделий из МД - колец, сердечников и т.д. производится придавлениях (14÷20) .102 МПа (14÷20 Т/см2), чем выше давление, тем выше магнитнаяпроницаемость.Примеры магнитных характеристик промышленных магнитодиэлектриковпоказаны в таблице.ОсновамагнитодиэлектрикаАльсиферМаркаµначТЧ-9079-91ВЧ-2219-24Пределы линейноститангенса угла потерьна частоте f,на величинеМГцH, А/мДо 0.5До 240>>20>>12002400µэффКарбонильноежелезоР-102.9100Р-1001.55100Магнитотвердые материалыМагнитотвердые материалы применяются в основном для изготовленияпостоянных магнитов многих устройств в электро- и радиотехнике, автоматике,приборостроении, электронике.
По сравнению с электромагнитами постоянного токаимеют ряд преимуществ, главные из которых: повышенная работотоспособность;экономия материалов и потребления энергии; экономическая и техническая выгодаприменения.Для получения высокой коэрцитивной силы в магнитных материалах кромевыборахимическогосоставаиспользуюттехнологии,оптимизирующиекристаллическую структуру и затрудняющие процесс перемагничивания - это закалкасталей на мартенсит, дисперсионное твердение сплавов, создание высоких внутреннихмеханических напряжений, посторонних включений при высокой магнитострикции идругих. В результате затрудняются процессы смещения доменных границ.
Увысококоэрцитивных сплавов магнитная текстура создается путем их охлаждения всильном магнитном поле.Сплавы на основе железа - никеля - алюминияСплавы на основе железа - никеля - алюминия применяют в основномлегированные медью и кобальтом. Высококобальтовые сплавы с содержанием Соболее 15% используют обычно с магнитной и кристаллической текстурой.Намагничивание этих сплавов происходит главным образом за счет процессоввращения векторов намагничивания. Эти сплавы отличаются высокой твердостью ихрупкостью, поэтому магниты из них изготавливают методом литья. Обрабатываетсяшлифовкой, в том числе с применением алмазного инструмента, ультразвука и др.Самые дешевые бескобальтовые сплавы ЮНД и другие, но магнитные свойства у нихотносительно низки.
ЮНДК-15 и ЮНДК-18 магнитноизотропные сплавы с относительновысокими магнитными свойствами. Сплавы ЮНД с 24% Со имеют высокие магнитныесвойства в направлении магнитной текстуры, полученной при термомагнитнойобработке. ЮНДК-35Т5БА обладают наибольшей энергией Wmax (Wmax=35÷40 кДж/м3).ЮНДК-40Т8 - титанистый сплав, применяемый в сильно разомкнутых системах. Имеетнаиболее высокую коэрцитивную силу.158Металлокерамические магнитыПолучают методами порошковой металлургии из сплавов Fe-Ni-Al-Co и издеформируемых сплавов Cu-Ni-Co, Cu-Ni-Fe, Fe-Co-Mo, Pt-Co и Ag-Mn-Al. Механическаяпрочность в 3÷6 раз выше, чем у литых магнитов, но пористость в 3÷5% снижает Wmax ина 10÷20%.Магнитотвердые ферритыПрименяются главным образом феррит бария BaO.6Fe2O3, феррит кобальтаCoO Fe2O3 и феррит стронция SrO.6Fe2O3. Высокая коэрцитивная сила (Нс )этихматериалов связана с малым размером кристаллических зерен и сильноймагнитокристаллической анизотропией.
Магниты из ферритов можно использовать привысоких частотах, что связано с высоким удельным сопротивлением. У бариевыхферритов, например ρ =104÷107 Ом.м. Промышленность выпускает бариевыеизотропные (БИ) и бариевые анизотропные (БА) магниты, получаемые прессованием вмагнитном поле. Анизотропные магниты обладают более высокими магнитнымисвойствами (Wmax, Hc). По сравнению с литыми бариевые магниты имеют многобольшую Нс и малую индукцию насыщения (Bs), отличаются высокой стабильностью привоздействии магнитных полей, различных механических воздействий, структурногостарения. Стоимость магнитов из ферритов почти в 10 раз меньше, чем у магнитов изсплава ЮНДК-24.
Недостатки - большая хрупкость и твердость, сильная зависимостьмагнитных свойств от температуры..Нанокристаллические магнитные материалы(Основные определениянанокристаллической технологии см. в разделах «Нанокристаллическиеполупроводники» и «Нанокристаллическая керамика» настоящего учебника)Нанокристаллическая структура в аморфном сплаве создается путем егокристаллизации.
Спиннингование, т.е. получение тонких лент аморфных металлическихсплавов с помощью быстрого ( со скоростью не менее 106 К/с) охлаждения расплава наповерхности вращающегося диска или барабана отработано достаточно хорошо.Далее аморфная лента отжигается при контролируемой температуредлякристаллизации. Для создания нанокристаллической структуры отжиг проводится так,чтобы возникало большое число центров кристаллизации, а скорость роста кристалловбыла низкой.Кристаллизация аморфных сплавов особенно активно изучается в связи свозможностью создания нанокристаллических ферромагнитных сплавов систем Fe-CuM-Si-B (M- Nb, Ta, W, Mo, Zr), имеющих очень низкую коэрцитивную силу и высокуюмагнитную проницаемость, т.е магнитомягких материалов.
Изучение железоникелевыхсплавов показало, что свойства магнитомягких материалов улучшаются приуменьшении эффективной магнитокристаллической анизотропии. Уменьшение размеразеренприводиткростуобменноговзаимодействия,уменьшениюмагнитокристаллической анизотропии.кремнийНанокристаллическую структуру удалось получить на основесодержащей электротехнической стали с добавкой меди и добавок переходныхметаллов IV-VII групп.Наноструктурное состояние влияет на свойства ферромагнетиков. Доменнаяструктура возникает в результате минимизации суммарной энергии ферромагнетика в159магнитном поле.
Эта энергия, как известно, включает в себя энергию обменноговзаимодействия, минимальную при параллельном расположении спинов электронов,.энергию кристаллографической магнитной анизотропии, обусловленную наличием вкристалле осей легкого и трудного намагничивания; магнитострикционную энергию,связанную с изменением равновесных расстояний между узлами решетки и длиныдоменов; магнитостатическую энергию, связанную с существованием магнитныхполюсов как внутри кристалла, так и на его поверхности. Замыкание магнитных потоковдоменов,расположенныхвдольосейлегкогонамагничивания,снижаетмагнитостатическую энергию,тогда как любые нарушения однородностиферромагнетика (границы раздела) увеличивают его внутреннюю энергию.При приближении ферромагнитных частиц к однодоменному состоянию основныммеханизмом перемагничивания становится когерентное вращениебольшинствамагнитных моментов отдельных атомов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
