6.2 Классификация магнитных материалов

В зависимости от поведения в магнитном поле все магнитные материалы делят на две основные группы - магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы характеризуются большими значениями начальной и максимальной магнитной проницаемости и малыми значениями коэрцитивной силы (Нс < 4000 А/м), Эти материалы легко намагничиваются и размагничиваются, они отличаются малыми потерями на гистерезисе, т. е. имеют узкую гистерезисную петлю - рис. 6.5, а и б.

Магнитные характеристики материалов зависят от их структуры. Чем меньше в материале различных примесей, тем больше _н и _м, но меньше Нс и Вr, поэтому при производстве магнитомягких материалов стараются удалить из них наиболее вредные примеси - углерод, серу, фосфор, кислород, азот и различные окислы. Одновременно стремятся не деформировать кристаллическую решетку материала и не создавать в нем внутренних напряжений.

Магнитотвердые материалы обладают большими коэрцитивной силой (Не > 4000 А/м) и остаточной индукцией (Вг > 0,1 Тл). Им соответствует широкая гистерезисная петля (рис. 6.5, в), они с трудом намагничиваются, но будучи намагниченными. долго сохраняют магнитную энергию и могут служить источниками постоянного магнитного поля. Их применяют главным образом для изготовления различных постоянных магнитов.

В зависимости от состава магнитные материалы делятся на металлические, неметаллические и магнитодиэлектрики. К металлическим магнитным материалам относят чистые металлы (железо, никель, кобальт) и сплавы металлов; к неметаллическим - ферриты, получаемые из порошкообразной смеси окислов железа и других металлов. Ферриты, как и металлические материалы могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми. Магнитодиэлектрики представляют собой композиционные материалы, состоящие из порошкообразной смеси магнитного материала и диэлектрика.

Ф ерриты и магнитодиэлектрики отличаются от металлических магнитных материалов большим удельным электрическим сопротивлением ( = 10² - 10¹⁰ Омсм), что резко снижает потери на вихревые токи. Это позволяет использовать эти материалы на высоких частотах, включая диапазон СВЧ.

Рис. 6.5. Характер петли гистерезиса для магнитомягких (а, 6)

и магнитотвердых (в) материалов.

6.3. Магнитные материалы

6.3.1. Металлические магнитомягкие материалы

Низкоуглеродистые кремнистые стали известные под названием "электротехническая сталь", представляет собой сплав железа с (0,8 - 4,8) % кремния при содержании углерода не более 0,08 %. Выпускаются в виде листов толщиной (0,05 - 1,0) мм. Большое содержание кремния повышает удельное электрическое сопротивление и уменьшает потери на вихревые токи. Холоднокатаные электротехнические стали имеют параметры: μ_к - 600 - 900,μ_м = (20 - 35) 10³. Нс = (9.5 - 14) А/м, а горячекатаные: μ_м = 300 - 400, μ_м=(6 -8)10³. Не = (31 - 33) А/м. Холоднокатаные стали, особенно при совпадении направления магнитного поля с направлением прокатки, обладают лучшими магнитными характеристиками. Холоднокатаные текстурированные стали используются в ленточных и пластинчатых сердечниках и магнитопроводах. При работе магнитопровода на повышенных (по сравнению с промышленной) частотах следует применять более тонкие листы стали.

Обозначение электротехнической стали содержит букву Э и следующие за ней цифры, указывающие на содержание кремния и электротехнические свойства (частота, потери).

Пермаллой - это железоникелевые сплавы с содержанием никеля от 45 до 80 %. Могут содержать в небольших количествах хром, молибден, кремнии и медь. Обладают высокой пластичностью, легко обрабатываются, могут прокатываться в тонкие листы толщиной до 1 мкм. Пермаллои отличаются высокими магнитными характеристиками, зависящими от содержания никеля. Лучшие марки легированных пермаллоев имеют параметры: _n = 30 т, _м = 270 10³, Не = (2 - 10)А/м,  =0,25 - 0,50 Ом мм²/м. Для улучшения магнитных характеристик пермаллой подвергают отжигу в вакууме или в водороде.

Малые значения  обусловливают значительные потери, особенно на повышенных частотах. Все виды пермаллоев чувствительны к механической деформации - гибкс, резке, штамповке, ухудшающей магнитные свойства. Поэтому после механической обработки рекомендуется проводить восстанавливающий отжиг. Из пермаллоя изготавливаются прутки, листы и ленты толщиной от 0,002 до 0,5 мм. Из него изготавливаются сердечники и магнитопроводы, работающие на частотах десятки и сотни килогерц. Следует иметь в виду, что с ростом частоты магнитная проницаемость пермаллоев падает.

Сорта пермаллоев 50НП, 79НМ, 80НМ имеют почти прямоугольную петлю гистерезиса, мало зависящую от температуры материала.

Альсиферы - хрупкие, нековкие сплавы, содержащие (5-13) %А1, (9-10) % Si, остальное Fe. Параметры: _n = (6 -15) 10³, _м = (3 -150) 10³, Hс = 2,2 А/м,  = 0,8 Оммм²/м. Имеют ограниченное применение в радиоэлектронике: заменяют пермаллой на частотах до 50 кГц. Из него изготавливают магнитные головки, сердечники и магнитные экраны. На частотах выше 50 кГц обладают высокими потерями на вихревые токи.

Карбонильное железо представляет собой тонкий порошок, получаемый термическим разложением карбонила железа. Из него методом прессования изготавливают высокочастотные магнитные сердечники. Параметры: _n= 2,5 - 3, _м = 20 10 ³, Нс = (4,5 - 6,2) А/м.