[9] Магнитные Материалы (987511), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

М
агнитномягкие ферриты на­шли применение при изготовле­нии контурных катушек, катушек фильтров, магнитных экранов, сердечников импульсных транс­форматоров, трансформаторе» развертки телевизоров и т.д.

Рис. 9.23. Зависимость начальной магнититной проницаемости от температуры для марганец-цинковых и никель-цинковых ферритов

Р
ис. 9.24. Зависимость реверсивной магнитной проницаемости марганец-цинкового и никель-цинкового феррита от напря­женности подмагничивающего (посто­янного) поля (частота переменного поля с амплитудой 0,4 А/м составляет 100 кГц)

Р
ис. 9.25. Зависимость реверсивной магнитной проницаемости ферритов ВЧ и типо­вых магнитодиэлектриков от напря­женности подмагничивающего поля

Рис. 9.26. Зависимость тангенса угла потерь от частоты для ферритов ВЧ при напря­женности магнитного ноля примерно 0,4 А/м

Ферриты СВЧ. Диапазон СВЧ соответствует длинам воли от 1 м до 1 мм. В аппаратуре и приборах, где ис­пользуются электромагнитные волны диапазона СВЧ, необходи­мо управлять этими колебаниями: переключать поток энергии с од­ного направления на другое, ре­гулировать, а иногда и так, чтобы полностью поглощалась мощность потока, изменять фазу колебании или поворачивать плоскость поля­ризации волны.

Электромагнитные волны распро­страняются в пространстве, за­полненном диэлектриком, а от ме­таллов почти полностью отража­ются. Поэтому металлические поверхности используют для на­правления волн, их концентрации или рассеяния. Электромагнитная энергия СВЧ чаще всего передается по волноводам, представля­ющим собой полые или частично заполненные твердыми материа­лами металлические трубы. В ка­честве твердых материалов для управления потоком энергии в волноводах используют ферриты СВЧ и некоторые немагнитные активные диэлектрики. Магнит­ными характеристиками первых можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, элек­трическими свойствами вторых—за счет внешнего электрического поля.

Практическое применениеферритов СВЧ основано на:

а) магнитооптическом эффек­те Фарадея;

б) эффекте ферримагнитного резонанса;

в) изменении внешним магнитным полем значения магнитной проницаемости феррита.

Магнитооптический эффект Фарадея заключается в повороте плоскости поляризации высокочастотных колебаний в намагничен­ном за счет внешнего поля феррите. При этом могут быть полу­чены различные углы поворота плоскости поляризации, а следо­вательно, и коммутирование энергии в разные каналы.

Поскольку электромагнитная волна в процессе прохождения ее через феррит активно взаимодействует с вращающимися элек­тронами, определяющими магнитные свойства среды, то в резуль­тате помимо вращения плоскости поляризации при некотором значении частоты и значении управляющего поля обнаруживается явление ферримагнитного резонанса. В зависимости от направле­ния вращения вектора поляризации волны и преобладающего направления вращения электронных спинов в феррите условия резонанса и поглощение энергии (затухание волны) в волноводе для прямых и обратных волн может различаться в 100 раз, т. е. может быть получен высокочастотный вентиль.

Следует помнить, что для ферритов магнитная проницаемость представляет собой тензорную величину, а потому воздействие на компоненты тензора внешним магнитным полем открывает еще ряд возможностей для построения управляемых устройств: фазо-вращателей, ограничителей, преобразователей частоты, усилите­лей и т. д.

Ориентировочные характеристики различных ферритов СВЧ

Начальная магнитная проницаемость - 6—85

Максимальная магнитная проницаемость - 12—300

Коэрцитивная сила- 30—800 А/м

Индукция насыщения- 0,1—0,5 Т

Ширина резонансной кривой- 4—40 кА/м

Точка Кюри- 100—500° С

Диэлектрическая проницаемость- 5—15

Тангенс угла диэлектрических потерь - 0,003—0,005

Удельное объемное сопротивле- 10²—10¹¹ Ом·м

В технике СВЧ к ферритам предъявляется ряд специфических требований. Основными из них являются:

1) высокая чувствительность материала к управляющему полю (возможность управления относительно слабым внешним полем);

2) высокое удельное объемное сопротивление (10⁶—10⁸ Ом*м) и возможно меньшая величина тангенса угла диэлектрических потерь (10^-3—10^-4), а также магнитных потерь вне области резонанса, обеспечивающие малое затухание в феррите;

3) узкая кривая ферримагнитного резонанса по значениям напряженностей управляющего поля ( до 1 кА/м);

4) температурная стабильность свойств и возможно более вы­сокое значение точки Кюри.

В отдельных случаях к ферриту предъявляются и другие тре­бования, которые могут быть даже противоречивыми. Большин­ство требований удовлетворяется при использовании магний-мар­ганцевых ферритов с большим содержанием окиси магния. Для некоторых целей применяют литий-цинковые и никель-цинковые ферриты и ферриты сложного состава (полиферриты).

Перечисленные свойства ферритов СВЧ не дают возможности потребителям полностью ориентироваться, насколько будут удов­летворены специфические требования, выдвигаемые техникой СВЧ и так как ферриты выпускаются в виде определенных изделий, то в технических условиях (ТУ) на них вводятся дополнительные параметры, относящиеся к углу поворота плоскости поляризации, допустимому затуханию в прямом и обратном направлениях, раз­решенным пороговому и предельному значениям управляющего магнитного поля, плотности, а также конфигурации и размерам изделия.

Конфигурация и размеры ферритового изделия всегда связаны со свойствами самого материала, так как от них зависит согласование с волноводом, т. е. получение минимального отра­жения электромагнитной волны от ферритового изделия.

Среди материалов СВЧ-диапазона следует отметить ферриты со структурой гранатов—феррогранаты иттрия и редкоземель­ных элементов. Они отличаются наиболее узкой полосой резонан­са и имеют весьма низкие ди­электрические потери. Ферро­гранаты содержат только трех­валентные катионы и описыва­ются следующей общей фор­мулой:

3Ме₂O ·5Fe₂О₃

где Me — иттрий или любой другой элемент из лантаноидов.

О
собенно ценными свойст­вами обладают монокристал­лы гранатов, у которых ши­рина резонансной полосы мо­жет быть менее 80 А/м, а тангенс угла диэлектри­ческих потерь менее 0,001. Считается, что в отличие от рассмотренных ферритов со структурой шпине ли феррогранаты имеют три ионные подрешетки, чем и обусловливаются многие их оригинальные свой­ства.

Рис. 9.27. Температурные зависимости намагничен­ности феррогранатов различных редко­земельных элементов

Точки Кюри всех феррогранатов имеют близкие зна­чения, чти объясняется значи­тельным влиянием на магнит­ные свойства трехзарядных по­ложительных ионов железа, распределение которых между подрешетками мало зависит от характеристического иона.

Н
а рис. 9.27 приведены тем­пературные зависимости на­магниченности феррогранатов различных редкоземельных элементов. По оси ординат отложены величины, пропорци-ональные отношению магнитной про­ницаемости на конце предельного гистерезисного шлейфа к числу молекул в испытуемом образце. На рис. 9.28 показаны различные детали из ферритов.

Рис.9.28. Детали из ферритов.

9.3. Специальные магнитные материалы

В данном параграфе рассматриваются материалы, применение которых основано на особенностях магнитных свойств, определяе­мых составом и структурой. К таким материалам можно отнести;

1) ферриты и металлические сплавы с ППГ;

2) магнитострикционные материалы;

3) термомагнитные материалы;

4) сплавы с постоянной магнитной проницаемостью μ в слабых полях.

Ферриты и металлические сплавы с ППГ

Материалы с ППГ используют в счетно-вычислительной тех­нике для переработки и передачи информации и для хранения дис­кретной информации (элементы памяти).

К материалам и изделиям этого типа предъявляется ряд спе­цифических требований; для их характеристики привлекают неко­торые дополнительные параметры. Основным из таких параметров является коэффициент прямоугольности петли гисте­резиса К_пу, представляющий собой отношение остаточной индук­ции В_r к максимальной индукции -В_мах;

К_пу= В_r / В_мах (9.10)

Для определенности В_мах ее измеряют при Н_мах =5Н_с. Жела­тельно, чтобы К_пу был возможно ближе к единице. Для обеспечения быстрого перемагничивания сердечников они должны иметь небольшой коэффициент переключения S_q. Коэффи­циент S_q численно равен количеству электричества на единицу толщины сердечника, которое необходимо для перемагничивания его из одного состояния остаточной индукции в противоположное состояние максимальной индукции.

Кроме того, материалы с ППГ должны обеспечивать малое время перемагничивания, возможно большую температурную ста­бильность магнитных характеристик, а следовательно, иметь вы­сокую точку Кюри и некоторые другие свойства.

Ферриты с ППГ в практике распространены больше, чем металлические тонкие ленты. Это объясняется тем, что технология изготовления сердечников наиболее проста и экономична. Свой­ства ферритовых сердечников приведены в табл. 9.10.

При использовании ферритов следует учитывать изменение их свойств от температуры. Так, при возрастании температуры от —20 до +60°C у ферритов различных марок коэрцитивная сила уменьшается в 1,5—2 раза, остаточная индукция—на 15—30%. коэффициент прямоугольности—на 5—35%. Из ферритов мето­дом прессовки в пресс-формах могут быть изготовлены изделии сложной конфигурации с большим числом отверстий, в виде пла­стин, колец, стержней и т. д.

Ленточные микронные сердечники из пермаллоев име­ют лучшие магнитные свойства по сравнению с ферритами и более высокую температурную стабильность. В том же интервале температур (—20—+66°С) свойства их практи­чески не изменяются.

Прокатка микронной ленты, ее термообработка, требующая вакуума или атмосферы инертного газа, а также изготовление из ленты сердечников значительно сложнее, чем изготовление из­делий из ферритов.

В последнее время в микроминиатюрных электронных прибо­рах начали использовать магнитные пленки, наносимые на под­ложки методами распыления в вакууме.

Таблица 9.10. СВОЙСТВА СЕРДЕЧНИКОВ И МАТЕРИАЛОВ С ППГ

Таблица 9.11. МАГНИТОСТРИКЦИОННАЯ ДЕФОРМАЦИЯ НЕКОТОРЫХ МАТЕРИАЛОВ

Магнитострикционные материалы

С
реди магнитострикционных материалов можно отметить как чистые металлы, так и сплавы и различные ферриты. Ферриты являются магнитострикционными материалами для высоких частот.

Рис.9.29. Зависимость магнитострикционной деформации от напряженности маг­нитного поля для некоторых материа­лов

В табл. 9.11 и на рис. 9.29 при­ведены значения изменения ли­нейного размера ∆l/l образцов материалов при продольном маг-нитострикционном эффекте. Ве­личина ∆l/l у различных веществ может быть как положительной, так и отрицательной.

Широкое применение в каче­стве магнитострикционных мате­риалов имеют чистый никель, никель-кобальтовые сплавы и же­лезо-алюминиевый сплав альфер (см. рис. 9.29). Магнитострикционные характеристики никеля для различных кристаллографи­ческих направлений были даны на рис. 9.4. Магнитострикционные ферриты получают все большее распространение. Явление магнитострикции используется в гене­раторах звуковых и ультразвуковых колебаний. Магнитострикционные вибраторы применяют в технологических установках по обработке ультразвуком хрупких и твердых материалов, в дефек­тоскопах, а также в некоторых других радиоэлектронных схемах и устройствах.

Термомагнитные материалы

Характеристики

Список файлов учебной работы