Вопрос 10

Магнитные материалы, Магнетики — материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях — изменение физических размеров, температуры, проводимости, возникновению электрического потенциала и т. д. Количественно магнитные свойства материалов принято оценивать по их магнитной восприимчивости λ = М/Н, где М — намагниченность вещества; Н — напряженность магнитного поля. В этом смысле к магнетикам относятся практически все вещества (поскольку ни у какого из них магнитная восприимчивость не равна нулю точно), большинство из них относится к классам диамагнетиков (имеющие небольшую отрицательную магнитную восприимчивость — и несколько ослабляющие магнитное поле) или парамагнетиков (имеющие небольшую положительную магнитную восприимчивость — и несколько усиливающие магнитное поле); более редко встречаются ферромагнетики (имеющие большую положительную магнитную восприимчивость — и намного усиливающие магнитное поле). Диамагнетики имеют магнитную проницаемость чуть меньше 1. Отличаются тем, что выталкиваются из области магнитного поля. (водород, инертные газы, большинство органических соединений и некоторые металлы (Cu, Zn, Ag, Au, Hg)). Парамагнетики имеют магнитную проницаемость чуть более 1. (кислород, оксид азота, соли железа, кобальта, никеля). Подавляющее количество материалов являются диа- и пара- магнетиками. Ферромагнетики обладают исключительно большой магнитной проницаемостью, доходящей до миллиона.( железо, никель, кобальт и их сплавы).

Антиферромагнетики.Это вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов равны нулю. При воздействии внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов приобретают преимущественную ориентацию вдоль внешнего поля и антиферромагнитное вещество намагничивается. Антиферромагнитные вещества характеризуются кристаллическим строением, небольшим коэффициентом магнитной восприимчивости (λ = от 10^-3 до 10^-5). К антиферромагнетикам относятся чистые металлы хром и марганец, редкоземельные металлы цериевой подгруппы: церий, неодим

Магнитные материалы подразделяют на магнитомягкие, магнитотвердые и материалы специализированного назначения.

К магнитомягким относят материалы с малой коэрцетивной силой (Н_с < 800 А/м) и высокой магнитной проницаемостью. Они намагничиваются до насыщения в любых магнитных полях, обладают узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание. Их используют в качестве сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов и т.п.К магнитотвердым относят материалы с большой коэрцитивной силой (Н_с > 4кА/м). Они перемагничиваются в очень сильных магнитных полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов.Среди материалов специализированного назначения в радиоэлектронике применяются материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона и магнитострикционные материалы.

Магнитомягкие ферриты представляют собой керамические вещества, которые получают спеканием оксидов железа(III) Fe₂O₃ и других металлов(проводники магнитного поля). По составу ферриты могут быть одинарными (моно-), двойными (би-) и многокомпонентными (полиферриты). Наибольшего распространения достигли биферриты: марганцевоникелевые, никелевоцинковые и литиевоцинковые.

По способам получения ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса разделяют на материалы со спонтанной и с индуцированной (наведенной) прямоугольностью петли.

Технология производства одна и та же, только для получения ферритов с индуцированной петлей последней стадией процесса является термомагнитная обработка.

Вопрос 10.1 Магнитно-мягкие материалы характеризуются боль­шой магнитной проницаемостью и узкой петлей гистерезиса. Они применяются в качестве различного рода маг­нитопроводов и сердечников. К магнитно-мягким материалам относятся:Листовая электротехническая сталь,. Применяется при относительно низких частотах. Особенно высокими качествами отличается холоднокатаная сталь, обладающая повышенной проницаемостью. Высокой магнитной проницаемостью отличаются также специальные сорта сталей. 

Ферриты - маг­нито-мягкие керамические материалы, получаемые путем спекания мелко размельченных окислов железа и других металлов (никеля, цинка, марганца, меди, кадмия). Обладают прекрасными разнообразными магнитными свойствами и находят широкое применение в ра­диоаппаратуре.

В зависимости от состава магнитная проницаемость ферритов бывает от 10 до 4000. Благодаря высокому электрическому сопротивлению, в ферритах очень малы потери на вихревые токи, а потому они являются ценными материалами для магнитопроводов, работающих в высоко-частотных полях..  Применение ферритов для сердечников катушек колебательных контуров позволяет в несколько раз уменьшить размеры катушек и достигнуть весьма высоких добротностей (Q = 200-500).  Ферриты с высокой магнитной проницаемостью (2000-200) работоспособны лишь при температурах до 70-120 С. При более высоких температурах магнитная проницаемость катастрофически падает, но при охлаждении восстанавливается.  Особое место занимают бариевые ферриты, обладающие свойствами магнитно-твердого материала.  Готовые ферритовые детали хрупки, плохо поддаются механической обработке, опуская в основном шлифовку.  Магнитно-твердые материалы применяются для изготовления постоянных магнитов, используемых в телефонах, громкоговорителях, звукоснимателях, микрофонах и других радиоприборах.  Углеродистая сталь (содержит углерода до 1,7%) отличается непостоянством магнитных свойств, легко размагничивается при сотрясениях и ударах. Кроме того, углеродистая сталь хрупка и не допускает ковки, изгибания.  Вольфрамовая и хромовая стали, содержащие по несколько процентов этих металлов, являются значительно лучшими материалами для изготовления постоянных магнитов. Эти сорта стали недороги, легко обрабатываются (куются, выдерживают изгиб) и обладают несколько лучшими магнитными свойствами, чем углеродистая сталь.  Кобальтовая сталь (содержит до 40% кобальта и 7% вольфрама) отличается высокой магнитной устойчивостью при механических и температурных воздействиях, поддается ковке, сгибанию.  Бариевые ферриты. По природе родственны с магнетитом, природным магнитным материалом, но в отличие от магнетита у этих материалов петля гистерезиса гораздо шире. Являются ферримагнетиками. Основное применение нашли в двигателях постоянного тока, в генераторах, в акустических системах. Имеют хорошие магнитные и эксплуатационные характеристики. Они устойчивы к размагничиванию магнитным полем и температурным воздействием, практически не подвержены коррозии. Обладают хорошей механической прочностью, но все же это хрупкий материал. Постоянные магниты из ферритов бария нашли широкое применение в промышленности и в быту.

 Среди материалов специализированного назначения можно выделить материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, ферриты для устройства сверхвысокочастотного диапазона, магнитострикционные материалы, магнитодиэлектрики и др. Внутри каждой группы деление магнитных материалов по видам отражает различия в их строении и химическом составе, учитывает технологические особенности и некоторые специфические свойства.