Проницаемостью

Рис. 9-21. Зависимости начальной магнитной проницаемости от температуры для марганец-цннковых и никель-цинковых ферритов различных марок

Кюри обладают меньшим магнитострикционным эффектом. В настоящее время применяются следующие группы смешанных ферритов: марганец-цинковые, никель-цинковые и литий-цинковые. Ориентировочный частотный диапазон применения ферритов раз­личного состава в зависимости от их свойств (магнитной проницае­мости и потерь) виден из рис. 9-22. Наиболее распространенная маркировка магнитомягких ферритов отражает следующее. Первое число означает величину р_ГН( затем идут буквы, обозначающие частотный диапазон применения, ограничиваемый сверху значе­нием /_гр. Под граничной частотой понимают частоту, при которой начинается быстрый рост тангенса угла потерь феррита. Ферриты для звуковых, ультразвуковых и низких радиочастот для крат­кости обозначают буквой Н (низкочастотные). Граничная частота их для разных марок изменяется от 0,1 до 50 МГц. В маркировке вы­сокочастотных ферритов имеются буквы ВЧ, граничная частота

Рис. 9-22. Ориентировочная схема использования ферритов при различных частотах Гот

Свойства некоторых ферритов

Марка	•VII	-!£$-. Ю* У-гп (при МГц)	1*Г М0КС	Нс, А/м	Вг, Тл	^гр* МГц	Точка Кюри * не ниже	р. Ом- м	Плотность, Мг/м*
2С000НА\	15 000	25 (0 01)	35 000	0,24	0,11	0,1	110	0,001
6000НМ	4 800—8 00С	40 (0,02)	10 000	8	0,11	0,5	130	0,1	5,0
1000НМ	800—1 20С	15 <0,П	1 800	28	0,11	5	200	0,5	4,5
1000НМ	800—1 200	85 (.0,1)	3 000	24	0,10	3	110	10	4,9
600НН	500—800	25 (0,1)	! 500	40	0,12	5	110	100	4,8
2000НАИ	1 700—2 500	15 ф,1)	3 500	25	0,12	1,5	200	5	5,0
700НМ1	550—850	8 (3)	1 800	25	0,05	8	200	4	4,8
100ВЧ	80—120	135 (18)	280	300	0,15	80	400	105	4,8
20ВЧ2	16—24	280 (30)	45	1000	0,1	300	450	10е	4,7
300НН	280—350	1/0 (4)	000	80	0,13	20	120	10е	4,8
9ВЧ	9—13	850 (150)	30	1500	0,06	600	500	К)7	4,4
200В Ч	180—220	90 (10)	360	70	0,11		360	ю5	4,7
50ВЧЗ	45—65	120 (30)	200	100	0,14	—	480	ю4	4,6

их — от 50 до 600 МГц. Далее в маркировке магнитомягких ферри­тов следуют буквы, обозначающие состав материала: М — марганец- цинковый, Н — никель-цинковый и т. п. В маркировку СВЧ-фер- ритов введены цифровые индексы разновидностей этих материалов. Как видно из табл. 9-6, свойства ферритов разных марок весьма разнообразны, особенно если учесть, что здесь приведено менее одной трети выпускаемой номенклатуры этих материалов. Ферриты с невысокой точкой Кюри в последнее время стали использоваться как термомагнитные материалы.

Ферриты с ППГ. Для запоминающих устройств вычи­слительной техники особенный интерес представляют ферриты, обладающие прямоугольной формой петли гистерезиса. К материалам и изделиям этого типа предъявляются специфические требования, и для их характеристики используются дополнительные параметры. Основным из таких параметров является коэффициент прямо- угольности петли гистерезиса Д'_п, представляющий собой отношение остаточной индукции В_Т к максимальной индукции Я_макс:

Кв — В_г/В_итс- (9-7)

Для определенности 5_макс измеряют при //макс — б//_е. Жела­тельно, чтобы К„ был возможно ближе к единице. Для обеспечения быстрого перемагничивания сердечников они должны иметь неболь­шой коэффициент переключения Э_д. Коэффициент 5, численно равен количеству электричества, приходящемуся на единицу толщины

Свойства сердечников и материалов с ППГ

Материал или сердечник	Нс> А/м	Вг, Тл	Кп не менее	мкКл/м	Точка Кюри, “С
Ферриты различных ма­рок * Микронные сердечники из пермаллоев ** (тол­щина ленты от 2 до 10 мкм)	10—1200 8—50	0,15—0,25 0,6—1,5	0,9 0,85—0,90	25—55 25—100	110—630 300—630

* Имеется свыше 25 марок ** Сплавы 50НП, 65Н, 79НМ, 34НКПМ

Таблица 9-8

Магннтострикционная деформация некоторых материалов

Материал	Состав	~Т~' |0‘
Феррит железа (магнетит) Пермаллой Марганцевый феррит Никель-цинковый феррит Литиевый феррит Кобальтовый феррит	РеО- Ре203 45 1\Ч- 55 Ре Мп0-Ре20, Ы;2^г2п^Ре»+04 Ь1‘+е^3.+е?>0, Со2+Ре3404	+ 40 + 27 —2 —5 —8 Примерно —200

сердечника, необходимому для перемагничивания его из состояния остаточной индукции в состояние максимальной индукции, противо­положной по знаку. 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 получили наибольшее распространение по срав­нению с металлическими тонкими лентами (см. стр. 280), что объ­ясняется существенно более простой технологией изготовления сер­дечников и экономическими соображениями.

Свойства ферритовых сердечников приведены в табл. 9-7. Для сравнения в табл. 9-7 приведены магнитострикционные свойства пермаллоев в тонких слоях. При использовании ферритов следует учитывать изменение их свойств с температурой: так, при изменении температуры от —20 до +60 °С у ферритов различных марок коэр­цитивная сила изменяется в 1,5—2 раза, остаточная индукция — на 15—30 %. Из ферритов методом прессовки в пресс-формах могут быть изготовлены изделия сложной конфигурации с большим числом отверстий, в виде пластин, колец, стержней и т. д.

Магнитострикционные ферриты используются как магнитострикционные материалы в области повышенных и высоких частот. В табл. 9-8 приведены значения магнитострикци-

онной деформации некоторых ферритов. Значения ДШ в табл. 9-8 соответствуют магнитному насыщению образцов. Для сравнения приведены данные для пермаллоя.

Ферри ты для СВЧ. Совершенно особую роль играют специальные марки ферритов для СВЧ. В этой области частот в пер­вую очередь используются возможности управления электриче­скими и магнитными параметрами ферритов. На СВЧ применяются никелевые ферриты, магниевые ферриты, магниевые ферроамони- каты, никелевые и магниевые феррохромиты, а также иттриевые ферриты — гранаты. Число марок СВЧ-ферритов превышает 60.

Магнитодиэлектрики представляют собой одну из разновидно­стей магнитных материалов, предназначенных для использования при повышенных и высоких частотах, так как они характеризуются боль­шим удельным электрическим сопротивлением, а следовательно, и малым тангенсом угла магнитных потерь. Магнитодиэлектрики по­лучают способом прессовки порошкообразного ферромагнетика с изолирующей зерна друг от друга органической или неорганиче­ской связкой. В качестве основы применяют карбонильное железо, размолотый альсифер и др. Изолирующей связкой служат фенол- формальдегидные смолы, полистирол, стекло и т. п. От основы требуется наличие высоких магнитных свойств, от связки — спо­собность образовывать между зернами сплошную, без разрыва электроизоляционную пленку. Такая пленка должна быть по воз­можности одинаковой толщины и должна прочно связывать зерна между собой. Магнитодиэлектрики характеризуют эффективной ма­гнитной проницаемостью, которая всегда меньше |^_г ферромагнетика, составляющего основу данного магнитодиэлектрика. Это объяс­няется двумя причинами: наличием неферромагнитной связки и тем, что магнитную проницаемость магнитодиэлектриков часто при­ходится измерять у готовых сердечников, а не у тороидов.

Сердечники на основе карбонильного железа отличаются доста­точно высокой стабильностью, малыми потерями, положительным температурным коэффициентом магнитной проницаемости и могут быть использованы в широком диапазоне частот.

Особенностью сердечников из альсифера является наличие у них отрицательного температурного коэффициента магнитной прони­цаемости. Это позволяет создавать магнитодиэлектрики из смеси карбонильного железа и альсифера с необходимым уровнем и зна­ком температурного коэффициента магнитной проницаемости.

Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков практически не­управляема внешним магнитным полем. В связи с широким вы­пуском ферритов различных марок, обладающих преимуществами по сравнению с магнитодиэлектриками, последние сохранили огра­ниченные области применения.

Конструкционные чугуны и стали,. Эти материалы, применяемые в электромашиностроении, аппаратостроении, приборостроении, должны отличаться высокими механическими свойствами и доста­точно широкими технологическими возможностями. В отношении магнитных свойств их можно разделить на материалы магнитные

Рис. 9-23. Магнитные свойства серого и ковкого чугуна J — серый чугун, литье, 3,2 % С, 3,27 % Si, 0,56 % Mn, 1,05 % Р; 2 — серый чугуп, отож­женный, того же состава; 3 — специальный ковкий чугун, 2,15 % С (свободный), 1,2 % Si,

0,3 % Мп

Рис. 9-24. Магнитные свойства поковок из углеродистой и хромоникелевой стали и стального литья для корпусов электрических машии 1 — поковка ротора турбогенератора, хромоникелевая сталь улучшенная; 2 — поковка полюса крупных машин, углеродистая сталь отожженная; 3 — литой корпус машины по­стоянного тока, углеродистая сталь (0,2 % С, отожженная)

и материалы немагнитные. К первым могут быть отнесены серый чугун, углеродистые и легированные стали, ко вторым — немагнит­ные стали и немагнитный чугун.

Серый чугун. Содержит 3,2—3,5 % углерода, кремний, марганец, фосфор, серу. Предел прочности при изгибе серого чу­гуна составляет 200—450 МПа. Кривые намагничивания серого чугуна и ковкого чугуна, являющегося разновидностью серого, показаны на рис. 9-23. Серый чугун применяется для отливок кор­пусов электрических машин, крепежных деталей, плит и пр. Чу­гунные отливки, особенно больших размеров, не требуют дальней­шей термической обработки, однако в некоторых случаях отжиг изделия является полезным. Валы, вращающиеся детали быстро­ходных электрических машин, станины машин, подверженных вибрации и толчкам, не могут изготовляться из чугуна. Для ука­занных изделий необходима сталь, достаточно хорошо удовлетво­ряющая повышенным требованиям в отношении механической проч­ности.

Углеродистая сталь. Для отливок обычно исполь­зуют углеродистую сталь с содержанием от 0,08 до 0,2 % углерода, подвергая изготовленные из нее изделия медленному отжигу при 850—900 °С. Для особо ответственных и специальных электрических

машин, а также для машин с облегченной конструкцией требуется сталь с повышенными механическими свойствами —легированная никелем, ванадием, хромом, молибденом. Изделия из легированной стали после закалки для снятия напряжений должны подвергаться отпуску при 650—700 °С. Предел прочности при изгибе у легирован­ных сталей от 500 до 950 МПа. Кривые намагничивания таких ста­лей приведены на рис. 9-24.

Немагнитный чугун. Употребляется в тех случаях, когда наличие магнитных свойств в конструкционном материале может повредить работе прибора или аппарата. Широко применя­емым типом немагнитного материала является чугун, содержащий в своем составе никель и марганец, которые обеспечивают аусте- нитную структуру. Примерный состав такого чугуна: 2,6—3,0 % С; 2,5 % 5,6 % Мп; 9—12 % N1; остальное Ре. Магнитная прони­цаемость немагнитного чугуна указанного состава |^_г = 1,03; удель­ное сопротивление р = 1,4 мкОм-м. Предел прочности при изгибе 250—350 МПа. Немагнитные чугуны легко обрабатываются резцом. При нагреве до 400 °С они сохраняют свои парамагнитные свойства. Большое электрическое сопротивление немагнитного чугуна дает ему преимущество перед цветными сплавами в отношении снижения потерь на вихревые токи. Немагнитный чугун используют при из­готовлении крышек, кожухов, втулок масляных выключателей, обойм силовых трансформаторов, кожухов сварочных трансформа­торов и т. д.

Немагнитная сталь. Изготовляют путем введении в состав стали никеля и марганца, способствующих понижению тем­пературы перехода 7-железа в а-железо до 20 °С и ниже. В виде примера немагнитной стали можно указать никелевую сталь, имею­щую состав: 0,25—0,35 % С, 22—25 % N4, 2—3 % Сг, остальное Ре. Предел прочности при изгибе для такой стали 700—800 МПа, ма­гнитная проницаемость = 1,05ч-1,2. Немагнитная сталь ввиду ее высоких механических свойств может применяться для изготовле­ния деталей, которые ранее выполнялись из сплавов меди и алюми­ниевых сплавов и не обладали достаточно высокими механическими свойствами.

9-4. МАГНИТОТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Общие сведения. По составу, состоянию и способу получения магнитотвердые материалы подразделяют на: 1) легированные мар- тенситные стали, 2) литые магнитотвердые сплавы, 3) магниты из порошков, 4) магнитотвердые ферриты, 5) пластически деформи­руемые сплавы и магнитные ленты.

Характеристиками материалов для постоянных магнитов служат коэрцитивная сила, остаточная индукция и максимальная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее пространство. Магнитная прони­цаемость материалов для постоянных магнитов ниже, чем магнито­мягких материалов, причем чем выше коэрцитивная сила, тем меньше магнитная проницаемость.

Рис. 9-25. Кривые размагничивания (/) и магнитной энергии в воздушном зазо­ре (2)

М агнитный поток, а следова­тельно, и магнитная энергия маг­нита в замкнутом состоянии (в виде кольцевого сердечника) находятся внутри его. При нали­ме n'a ^Hd о Wa. чии воздушного зазора между по­люсами часть энергии оказыва­ется связанной с полем вне объема материала магнита. Величина ее зависит от длины зазора. Причем индукция B_d в промежутке будет меньше остаточной индукции В_г, вследствие размагничива­ющего действия полюсов магнита.

Удельная магнитная энергия, заключенная в воздушном зазоре:

W_d = -^, (9-8)

где H_d — напряженность поля, соответствующая индукции B_d, А/м (см. рис. 9-25).

Чем меньше длина магнита и чем относительно больше зазор, тем больше размагничивающее поле полюсов и тем меньше B_d.

При замкнутом магните B_d = В_г; причем энергия равна нулю, так как H_d = 0. Если зазор между полюсами очень велик, то энер­гия при этих условиях также стремится к нулю, так как B_d = 0, H_d = Н_с.

При некоторых значениях B_d и H_d энергия достигает макси­мального значения:

^макс=^-, (9-9)

которое определяет наилучшее использование магнита и тем самым является наиболее важной характеристикой качества материалов, используемых для изготовления постоянных магнитов. Нередко для характеристики таких материалов пользуются произведением B_dH_d, опуская множитель 1/2, или коэффициентом выпуклости кривой размагничивания материала

1=тГ' о-ю)

Постоянные магниты имеют самое широкое применение. Они разнообразны по конструкции, по габаритам.

Легированные мартенситные стали. Эти стали являются наибо­лее простым и доступным материалом для изготовления постоянных магнитов. Они легируются добавками вольфрама, хрома, молибдена, кобальта. Значение И^макс для мартенситных сталей составляет 1—4 кДж/м³. Магнитные свойства таких сталей, указанные в табл. 9-9, гарантируются для мартенситных сталей после осуще­ствления термообработки, специфичной для каждой марки стали,