Билет №26, 29, 30, 31 (943752), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

α_μ = ТКμ/μ_Т1 =(μ_Т2─μ_Т1 )/[μ_Т1² (T₂─ T₁] (15.4 )

Индукция насыщения у ферритов составляет 0,1—0,4 Тл (значи­тельно ниже, чем у магнитомягких сплавов). Однако у сплавов в вы­сокочастотных полях Bs. становится ниже, чем у ферритов, из-за вы­соких размагничивающих вихревых токов.

Магнитные потери ферритов часто оценивают тангенсом угла магнитных потерь tgδ_м (см. формулы (14.17) и (14.21)). В слабых по­лях потери на вихревые токи у них ничтожны из-за высокого удель­ного сопротивления, на гистерезис малы и в основном образуются за счет потерь на магнитное последействие. Удельные потери Р на пeремагничивание в слабых полях тороидального ферритового сердеч­ника можно вычислить по формуле

P = {ƒB² tgδ_м / μ_н }•5•l0^-8 (15.5)

Из формулы (15.5) видно, что удельные потери на перемагничивание в основном зависят от квадрата индукции В и тангенса угла магнитных потерь, приведенного к величине начальной магнитной проницаемости (1§5М/Ц„)'

Основные недостатки ферритов — трудность получения точных размеров изделий из-за большой усадки при обжиге (до 20%), не­достаточно высокая воспроизводимость магнитных свойств, невысо­кие значения индукции насыщения и температуры Кюри, невысокая стабильность магнитных параметров во времени (у некоторых фер­ритов с высокой μ_н в течение первого года величина μ снижается на 3-7 %).

Исходя из условий эксплуатации и области применения, ферриты условно делят на несколько групп.

Группа 1 — ферриты общего применения. К ним относятся низкочастотные ферри­ты никель-цинковые (100НН, 400НН, 400НН1, 600НН, 1000НН 2000НН) и марганец-цинковые (1000НМ, 1500НМ, 2000НМ, 3000НМ), работающие в диапазоне частот до 30 МГц в качестве сердечников трансформаторов, дросселей, антенн, где нет особых требований к температурной и временной стабильности. Основными нормируемыми характеристиками этих ферритов являются ц„ и tg5M.

Группа 2 — термостабильные ферриты. К ним относятся низкочастотные марганец-цинковые ферриты (700НМ, 1000НМЗ, 1500 НМ1, 1500НМЗ, 2000НМ1, 2000НМЗ), применяемые на частотах до 3 МГц и имеющие Тк = 200—240°С, и высо­кочастотные никель-цинковые ферриты (7ВН, 20ВН, ЗОВИ, 50ВН, 100ВН, 150ВН), применяемые на частотах до 100 МГц и имеющие Тк — 400—450°С.

Группа 3 — высокопроницаемые ферриты. К ним относятся низкочастотные марганец-цинковые ферриты (4000НМ, 6000НМ, 6000НМ1, 10000НМ, 20000НМ). Ра­бочая частота до 1 МГц. Изделия из этих ферритов значительно дешевле, чем из тонкокатанного пермаллоя для тех же частот.

Группа 4 — ферриты для телевизионной техники — применяют в основном для магнитопроводов выходных строчных трансформаторов и специальных узлов в цвет­ных телевизорах. К ним относятся ферриты марок 2500НМС1, 3000НМС.

Группа 5 — ферриты для импульсных трансформаторов работают в импульсном ре­жиме подмагничивания. К ним относятся ферриты марок 300ННИ, 300ННИ1, 350ННИ, 450ННИ, 1000ННИ, 1100ННИ.

Группа 6 — ферриты для перестраиваемых контуров. К ним относятся высокочас­тотные никель-цинковые ферриты (10ВНП, 35ВНП, 55ВНП, 60ВНП, 65ВНП, 90ВНП, 150ВНП, 200ВНП, ЗООВНП). Используют их в контурах, перестраиваемых подмагничиванием, мощных радиотехнических устройствах.

Группа 7 — ферриты для широкополосных трансформаторов. К ним относятся вы­сокочастотные никель-цинковые ферриты (50ВНС, 90ВНС, 200ВНС, 300ВНС), ис­пользуемые в радиопередающей аппаратуре. Эти ферриты обладают повышенной доб­ротностью в слабых и сильных полях при частотах до 250 МГц.

Группа 8 — ферриты для магнитных головок. Эти ферриты в конце маркировки имеют букву Т (500НТ, 500НТ1, 1000НТ, 1000НТ1, 2000НТ, 500МТ, 1000МТ. 2000МТ, 5000МТ). Одними из основных их магнитных характеристик являются цм и порис­тость (поверхностная пористость должна быть <1 %).

Группа 9 — ферриты для датчиков температуры. Основное назначение — сердеч­ники для индуктивных бесконтактных датчиков температуры. К ним относятся низко­частотные никель-цинковые ферриты (1200НН, 1200НН1, 1200НН2, 1200ННЗ, 800НН).

Группа 10 — ферриты для магнитного экранирования. К ним относятся ферриты марок 200ВНРП, 800ВНРП. Эти ферриты отличаются высоким значением магнит­ных потерь в широком диапазоне частот и используются в радиопоглощаюших уст­ройствах.

15.2. МАГНИТОТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основными характеристиками магнитотвердых материалов явля­ются коэрцитивная сила Hс, остаточная индукция Вs и максимальная удельная магнитная энергия W_M, отдаваемая материалом в простран­ство.

Коэрцитивная сила магнитотвердых материалов на 1—4 десятич­ных порядков больше, чем у магнитомягких, однако магнитная про­ницаемость ц у них меньше; при этом чем больше Hс, тем меньше μ.

Магнитотвердые материалы применяют для изготовления посто­янных магнитов — источников постоянных магнитных полей, ис­пользуемых в различной аппаратуре, устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Если постоянный магнит в виде кольцевого сердечника, то он практически не отдает энергию во внешнее пространство, так как почти все магнитные силовые линии замыкаются внутри него. В этом случае магнитное поле вне сердечника практически отсутствует. Что­бы использовать магнитную энергию постоянных магнитов, нужно в замкнутом магнитопроводе создать воздушный зазор определенного размера. Тогда на образовавшихся концах возникнут полюсы, создаю­щие размагничивающее поле с напряженностью Hd, снижающее ин­дукцию внутри магнита до Bd, которая меньше остаточной индукции Вr. Остаточная индукция Вr характеризует материал в том случае, ко­гда магнит находится в замкнутом состоянии и предварительно был намагничен до состояния технического насыщения (Bs).

На рис. 15.5 приведены кривые, характеризующие свойства маг-нитотвердого материала при размагничивании, для случая, когда об­разец материала был предварительно намагничен до состояния тех­нического насыщения (В= Bs). Кривая I— кривая размагничивания

Р ис. 15.5. Кривые размагничивания (1) и удельной магнитной энергии (2) в воздушном зазоре

на участке гистерезисной петли, расположенной во втором квадран­те (от т. Вr к т. Hс), и кривая 2 —кривая изменения магнитной энер­гии в воздушном зазоре. Известно, что удельная энергия Wd магнит­ного поля в единице объема воздушного зазора магнита, выраженная в Дж/м³, определяется формулой

Wd=Bd•Hd/2, (15.6)

где значения Bd и Hd принадлежат т. D, расположенной на кривой размагничивания (см. рис. 15.5, кривая 1).

При изменении величины воздушного зазора т. D будет переме­щаться на кривой размагничивания и будут изменяться значения Bd, Hd и Wd. Если зазор между полюсами отсутствует, то Bd= Вr, а Wd — 0, так как Hd = 0. Если зазор очень велик, то Wd → 0, так как Bd =0, а Hd = Hс.

Таким образом, чем меньше длина магнита и больше воздушный зазор, тем больше размагничивающее поле полюсов и меньше Bd. При некоторых значениях B'd и H'd, равных наибольшим значениям (Bmах и Hmах), удельная магнитная энергия достигнет максимального значения Wм Дж/м³:

Wм=(BH)mах/2. (15.7)

Максимальная удельная магнитная энергия Wм является важней­шей характеристикой при оценке качества магнитотвердых материа­лов. Она изменяется в широком диапазоне: от ~1 кДж/м³ для хроми­стых сталей, закаленных на мартенсит, до ~80 кДж/м³ для сплавов кобальта с редкоземельными элементами, образующими интерметал­лические соединения. Максимальная энергия Wм в воздушном зазоре тем больше, чем больше остаточная индукция Вr, коэрцитивная сила Hс и коэффициент выпуклости кривой размагничивания материала γ:

γ=(BH)mах/(2BrHc) (15.8)

С увеличением прямоугольности петли гистерезиса коэффици­ент выпуклости у приближается к единице.

Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается. Это явление называют старением магнита. Старение может быть обратимым и необратимым.

Обратимое старение происходит под действием ударов, толчков, резких колебаний температуры, воздействия внешних постоянных полей. Оно приводит к снижению Вr на 1—3 %. Магнитные свойства при этом старении можно восстановить путем повторного намагни­чивания.

Необратимое старение связано с изменением структуры материа­ла во времени — повторным намагничиванием не устраняется.

Высокая коэрцитивная сила у магнитотвердых материалов дости­гается путем создания в кристаллической решетке большого количе­ства внутренних напряжений, дислокаций и других дефектов путем легирования • материала и последующей термической обработки. Кроме того, очень высокую Яс получают у материалов, состоящих из смеси магнитной и немагнитной фаз. При этом частицы магнитной фазы настолько мелкие, что не делятся на домены.

Классификация магнитотвердых материалов. По составу и способу получения магнитотвердые материалы подразделяются на следую­щие группы: 1) легированные стали, закаленные на мартенсит; 2) ли­тые высококоэрцитивные сплавы; 3) металлокерамические и метал-лопластические магниты; 4) магнитотвердые ферриты; 5) сплавы на основе редкоземельных элементов; 6) сплавы для магнитных носите­лей информации.

Магнитотвердые ферриты

Магнитотвердые ферриты (оксидные магниты) — это ферримагнетики с большой кристаллографической анизотропией. Технология их получения аналогична технологии приготовления керамики. Сте­пень и однородность измельчения шихты являются важным крите­рием. Размер частиц шихты близок к критическому размеру однодо-менности феррита (~1 мкм).

Практическое применение получили ферриты бария, стронция и кобальта. Ферриты бария и стронция имеют гексагональную струк­туру с общей химической формулой МеО•nFе₂О₃ , где Me — барий или стронций, n— коэффициент, изменяющийся в зависимости от марки от 4,7 до 6,0. Для получения определенного сочетания магнит­ных свойств в материал вводят оксиды Al, Si, В, Bi в количестве 0,1—3,0 % и редкоземельные элементы 0,1 — 1,0 %. Ферриты бария и стронция в сравнении с литыми магнитами обладают меньшими значениями Вr однако бoльшая кристаллографическая анизотропия существенно увеличивает у них Hс, что, во-первых, позволяет полу­чать удовлетворительную Wм и, во-вторых, придает им повышенную стабильность при воздействии внешних магнитных полей, ударов и толчков. Плотность у них примерно в 1,5 раза ниже, чем у литых магнитов, а удельное сопротивление в миллион раз выше, что позво­ляет применять их в цепях, подвергающихся действию высокочас­тотных полей. Благодаря своим преимуществам магнитотвердые ферриты постепенно вытесняют магнитотвердые материалы других групп. Недостатком является ббльшая величина температурного ко­эффициента Вr, чем у литых магнитов.

Магниты на основе феррита бария выпускают изотропными (БИ) и анизотропными (БА), а ферриты стронция — анизотропными (СА). Производство магнитов марок (БА) и (СА) включает в себя прессование в постоянном магнитном поле (Н≥ 240—400 кА/м) для улучшения свойств в направлении действия поля.

Ферриты кобальта имеют кубическую структуру с общей химиче­ской формулой СоО •Fe₂O₃ и получают их по той же технологии, что и ферриты бария и стронция. Основное отличие заключается в тер­момагнитной обработке спеченных магнитов для придания им улуч­шенных свойств. Магнитные свойства феррита кобальта анизотроп­ного (КА) заметно хуже, чем анизотропных ферритов бария и стронция. Однако в диапазоне температур —70°С—+80°С КА имеет температурный коэффициент Вr в 3—4 раза меньше, чем у ферритов бария и стронция.

Магнитные пленки. Для очень тонких пленок характерна однодоменная структура. При толщине пленки свыше 10^─3—10^─2 мм образу­ется многодоменная структура, состоящая из длинных'узких полосо­вых доменов (ширина от долей микрометров до нескольких микрометров), намагниченных в противоположных направлениях относительно друг друга. Под действием внешнего поля вся система полос может перемещаться и поворачиваться. Ее можно использо­вать как управляемую дифракционную решетку для видимого света и ближайшего к нему диапазона электромагнитных волн.

В пластинах некоторых ферритов и в тонких пленках некоторых материалов, вырезанных в направлении, перпендикулярном оси лег­кого намагничивания, образуются полосовые домены. При наложе­нии магнитного поля, перпендикулярного поверхности пленки, при некоторых условиях полосовые домены превращаются в цилиндриче­ские магнитные домены (ЦМД). ЦМД в микроэлектронике исполь­зуют для создания запоминающих устройств (ЗУ). Рабочим элементом ЗУ являются монокристаллическая гранатовая пленка магнитного граната толщиной 1—3 мкм, нанесенная на подложку из немагнитно­го галлия-гадолиниевого граната (ГГГ). В качестве магнитного граната применяют железоитгриевый гранат (гранат — это кристаллическая структура, образованная из кубических элементарных ячеек, которые состоят из восьми одинаковых октантов; феррогранат может иметь три магнитные подрешетки). Такие ЗУ предназначены для длительно­го хранения информации в отсутствие питания. Они компактны: мик­росхема на ЦМД площадью 0,5—1 см² содержит от 256•10³ до 1000•10³ единиц информации (256 килобитов — 1 мегабит).

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)