lekcii (774103), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Арзамасов, Материаловедение, стр. 222…2232. Б.К. Ушаков, Ю.А. Курганова, Р.С. Фахуртдинов «Физические основыматериаловедения»Области применения и классификация магнитных материаловСовременные области применения магнитных материалов весьмаразнообразны. Из магнитных материалов изготовляют:— — сердечники нелинейных устройств (стабилизаторы, магнитныеусилители, бесконтактные переключатели);магнитопроводы трансформаторов,магнитов и электрических машин;электро-сердечники нелинейных устройств (стабилизаторы,магнитные усилители, бесконтактные переключатели);управляющие элементы радиоаппаратуры СВЧ диапазона;ячейки памяти электронно-вычислительных машин;ленту и проволоку для записи и хранения информации;магнитные экраны;постоянные магниты;роторы гистерезисных электродвигателей и многиедругие элементы.По виду петли гистерезиса и величине коэрцитивной силы разделяются на двегруппы:МагнитныематериалыМагнитомягкиемалую коэрцитивную силу(Нс < 100 А/м),малую остаточную индукцию,узкую, с малой площадьюпетлю гистерезиса.легко намагничиваются иперемагничиваются в слабыхмагнитных полях,не сохраняют намагниченностипосле снятия поля.Магнитотвердыебольшая коэрцитивная сила(Нс > 4000 А/м),большую остаточную индукцию,широкую, с большой площадьюпетлю гистерезиса,трудно намагничиваются полем,сохраняют намагниченноесостояние после снятия поля.1.Магнитомягкие материалы.Магнитомягкие материалы имеют высокие значения μ, малыезначения Вr, и Нс, и малые потери на перемагничивание.
Этихарактеристикиопределяютсяструктуройматериала.Длядостижения этих свойств структура магнитомягких материаловдолжнабытьоднофазной,равновесной,сминимальнымвнутренними напряжениями, малой плотностью дислокаций, малойпротяженностью границ зерен (крупнозернистая структура),отсутствовать выделения вторых фаз. То есть должны отсутствоватьпрепятствия для перемещения доменных стенок. Для обеспечениявысоких значений магнитной проницаемости химический составсплава должен быть подобран таким образом чтобы коэффициентмагнитострикции и константа кристаллографической магнитнойанизотропии были близки к нулю.В качестве магнитомягких материалов применяются химическичистые ферромагнитные металлы и однофазные сплавы на ихоснове со структурой твердого раствора. Основной вид термическойобработки – высокотемпературный отжиг в вакууме или в средеводорода.МагнитомягкиематериалыНизкочастотныеС высокойиндукциейнасыщения, Вs.С высокоймагнитнойпроницаемостью, μВысокочастотныеМагнитомягкие материалы подразделяют на низкочастотные ивысокочастотныематериалы.Низкочастотныемагнитомягкиематериалы в свою очередь подразделяют на: низкочастотные свысокой индукцией насыщения Вs и низкочастотные с высокоймагнитной проницаемостью μ.Материалы с высокой индукцией насыщения предназначены дляработы в сильных магнитных полях, в электротехнике, в областисильных токов.
Они могут сильно намагничиваться и концентрироватьв небольшом объеме мощный магнитный поток. К таким материаламотносятся:- железо (карбонильное, электролитическое, технически чистое);- нелегированные и легированные стали;- сплавы системы Fe-Co-V.Карбонильное и электролитическое железо из-за сложной технологиииспользуют только в изделиях небольших размеров и для работы напостоянном токе, из-за низкого удельного сопротивления железа.Нелегированные электротехнические стали имеют низкое содержаниеуглерода (0,08 – 0,12 %) и по свойствам близки к технически чистомужелезу. Промышленность выпускает тонкий лист с гарантированнымимагнитными свойствами (ГОСТ 3836 – 83). Маркируетсянелегированная электротехническая тонколистовая сталь цифрами.Например: 10895, 20864,где первая цифра указывает способ изготовления (1 – горячекатанаясталь, 2 – холоднокатаная изотропная).Вторая цифра 0 указывает на низкое содержания кремния, Si < 0,03%.
Третья цифра определяет основное свойство, которое гарантируетзавод-изготовитель, а именно: цифра 8 обозначает коэрцитивную силу(Нс), а еѐ значение (в А/м) показывают две последние цифрыЛегированная электротехническая листовая сталь – сплав железа скремнием (0,8 – 4,8 %) маркируется по ГОСТ 21427 – 75.Например: 1411, 2411, 3411, где первая цифра в марке определяет видпроката и структуру (1 – горячекатаная изотропная, 2 – холоднокатанаяизотропная,3–холоднокатанаяанизотропнаяскристаллографической текстурой).Вторая цифра в марке указывает содержание Si (в %): 0 – содержание< 0,4; 1 – (0,4 - 0,8); 2 – (0,8 - 1,8); 3 – (1,8 - 2,8); 4 – (2,8 - 3,8); 5 – (3,8 4,8 %).Третья цифра определяет потери на гистерезис и тепловые потери.Четвѐртая цифра – код числового значения нормируемого параметра.Чем цифра больше, тем меньше удельные потери.
С увеличениемсодержания кремния и уменьшением толщины листа уменьшаютсяудельные потери. Но стали, с повышенным содержанием кремния,хрупки и плохо прокатываются, что затрудняет получениетонколистового проката.Электротехническиелистовыесталиявляютсяосновнымиматериалами для изготовления сердечников трансформаторов,дросселей, стабилизаторов, статоров электродвигателейПосле технологических операций, необходимых для изготовлениядеталей магнитопровода (резка, штамповка и др.), магнитныесвойства сталей ухудшаются, увеличивается коэрцитивная сила, аследовательно, и потери на гистерезис.
Для восстановлениямагнитных свойств применяют отжиг при температуре нижетемператур фазового превращения: (800 – 900) °С для сталей снизким содержанием кремния и (1100 – 1200) °С для сталей с высоким(> 2,8 %) содержанием кремния.Для достижения больших значений индукций в слабых магнитныхполях применяют материалы с высокой магнитной проницаемостью.Это сплавы системы Fe – Ni (пермаллои) и Fe – Si – Al (альсиферы).Пермаллои содержат 45 – 83 % Ni. Они характеризуются большоймагнитной проницаемостью, что обеспечивает их намагничивание вслабых полях. Повышенное удельное электрическое сопротивлениепо сравнению с чистыми металлами Fe и Ni позволяет использоватьих в радиотехнике и телефонии. Большим достоинством пермаллоевявляется их высокая пластичность, что облегчает технологиюполучения полуфабрикатов: тонких листов, лент и проволоки,используемых при изготовлении сердечников.Магнитные свойства пермаллоев меняются под воздействием дажеслабых напряжений.
При сжимающих напряжениях всего 5 МПамагнитная проницаемость уменьшается в 5 раз, а коэрцитивная силавозрастает в 2 раза. Поэтому окончательно изготовленные деталинадо подвергать термической обработке и в процессе сборкинеобходимо избегать ударов, сильной затяжки или сдавливанияобмоток.Пермаллои (ГОСТ 10160-75) по составу разделяются на низконикелевые (45 –65 % Ni) и высоконикелевые (79 – 83 %). Низконикелевые пермаллои (45Н,50Н, 50НХС, 38НС, 65НП) имеют высокую магнитную проницаемость (μ' ≤ 3,2∙ 103) при относительно высокой индукции насыщения (1,5 Тл).Высоконикелевые пермаллои (79НМ, 80НХС, 80Н2М) обладают чрезвычайновысокой проницаемостью (μ' ≤ 28 ∙ 103), но меньшей индукцией насыщения(0,75 Тл). Легирование пермаллоев: Mo, Cr, Si, Cu, Mn повышает магнитнуюпроницаемость, удельное электрическое сопротивление (ρ), снижает потерина перемагничивание, уменьшает чувствительность к механическимнапряжениям, но снижает индукцию насыщения.
Это позволяет использоватьих в тех же изделиях, что нелегированные пермаллои, но при несколькоболее высоких частотах.Альсифер (10СЮ) содержит 9,6 % Si, 5,4 % Al, остальное железо. Составсплава подобрантакимобразом,чтобызначениякоэффициентамагнитострикции и константы кристаллографической магнитной анизотропиибыли близки к нулю. Магнитные свойства альсиферов находятся на уровнепермаллоев. Преимущества альсиферов в том, что они не содержат дорогихили дефицитных легирующих элементов.
Практическому применению такихсплавов препятствуют их высокие твѐрдость и хрупкость, что делает ихабсолютно не деформируемыми. Альсиферы обладают хорошими литейнымисвойствами. Детали из них изготавливают литьем или методом порошковойметаллургии.2.Высокочастотные магнитомягкие материалы. При высокихчастотах растут тепловые потери, вызванные вихревыми токами Фуко,что сопровождается ухудшением магнитных свойств ферромагнетика –уменьшением магнитной проницаемости. Одним из эффективныхспособов снижения тепловых потерь является применение материаловс высоким электрическим сопротивлением – диэлектриков. К такимматериалам относятся ферриты, играющие важную роль всовременной электронике.
Ферриты изготовляют методом порошковойметаллургии спеканием оксидов. Химический состав ферритовсоответствует формуле (МеO х F2O3), где Ме: Fe, Ni, Mn, Mg, Cu, Li,Zn,Cd.К недостаткам ферритов относят их большую чувствительность костаточным напряжениям. Они обладают всеми свойствами керамики:твѐрдые, хрупкие, при спекании дают большую усадку. Обрабатыватьих можно только алмазным инструментом. Свойства ферритовзависят от различных технологических факторов: размера иоднородности порошков оксидов, удельной нагрузки при прессовании,температуры спекания, режима охлаждения и др.Пример обозначения ферритов (Mn-Zn и Ni-Zn): 4000НМ, 1000НМ3, 1000НН,100ВЧ, 30ВЧ2 – где на первом месте в марке стоит число, соответствующее μ'(относительной магнитной проницаемости).На втором – буквы, определяющие частотный диапазон: Н – низкочастотные (f= 0,1 – 20 МГц), ВЧ – высокочастотные (f = 30 – 300 МГц).На третьем – буква, обозначающая легирующий элемент: Н – никельцинковый, М – марганцево-цинковый феррит.Ферриты, применяемых на сверхвысоких частотах (f > 800 МГц): 1СЧ1, 3СЧ4,30СЧ1 и т.д.
Первая цифра – длина волны в сантиметрах, при которойиспользуется данный феррит.Вторая – разновидность. Ферриты с прямоугольной петлѐй гистерезисаприменяют в вычислительной технике (в марке буквы ВТ). Их маркируют позначению коэрцитивной силы: цифра в марке – Нс в А/м. Например: 10ВТ,56ВТ, 100ВТ, 180ВТ.3.Магнитотвѐрдые материалы.Магнитотвѐрдыематериалыиспользуютдляизготовленияпостоянных магнитов, в которых используется магнитная энергия,возникающая между полюсами магнита, а так же для изготовлениямагнитных лент, дисков для записи информации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
