Краткие теоретические сведения
Основные свойства магнитных материалов
Магнитными называются такие материалы, которые под действием внешнего магнитного поля способны намагничиваться, т. е. приобретать особые магнитные свойства.
Основные магнитные материалы – это железо, никель, кобальт и различные сплавы на основе технически чистого железа. Свойства магнитных материалов оценивают с помощью величин, называемых магнитными характеристиками.
Магнитная проницаемость (относительная магнитная проницаемость) μ. Это величина безразмерная. Она входит в выражение абсолютной магнитной проницаемости, Гн/м
μа=μ0μ
где μ0 – магнитная постоянная, равная 1,256637 ∙ 10-6 Гн/м.
Магнитная проницаемость – величина, определяющая способность материала к намагничиванию. Чем больше величина μ, тем легче намагничивается материал, и наоборот, чем меньше величина μ, тем в меньшей степени он может быть намагничен. Магнитная проницаемость в большей степени зависит от напряженности Н, действующей в материале. Поэтому для оценки способности материала к намагничиванию приходится учитывать начальную магнитную проницаемость μн и максимальную магнитную проницаемость μм. Чем выше значения этих характеристик у данного материала, тем легче он намагничивается.
Индукция насыщения Bs. Поведение магнитного материала в магнитном поле характеризуется начальной кривой намагничивания. Эта кривая показывает изменение магнитной индукции в магнитном материале в зависимости от напряженности. Магнитная индукция вначале растет, затем её рост замедляется, а по достижении индукции Bs она остается постоянной. При этом говорят, что магнитный материал достиг насыщения, а индукцию Bs называют индукцией насыщения. Чем больше индукция насыщения, тем выше свойства магнитного материала. Магнитная индукция измеряется в тесла (Тл).
Остаточная магнитная индукция Br и коэрцитивная сила Hc. Если образец магнитного материала намагничивать, непрерывно повышая напряженность магнитного поля Н, то магнитная индукция B тоже будет непрерывно возрастать по кривой намагничивания, эта кривая начинается в точке 0 и заканчивается в точке, соответствующей индукции насыщения Bs. При уменьшении напряженности H магнитная индукция будет также уменьшаться, но начиная с величины Вм значения индукции не будут совпадать со значениями этой характеристики на начальной кривой намагничивания, и когда напряженность магнитного поля становится равной нулю, в образце магнитного материала будет обнаруживаться остаточная магнитная индукция Br. Для размагничивания образца материала надо, чтобы напряженность магнитного поля изменила своё направление на обратное (-H). Напряженность поля Hc, при которой индукция становится равной нулю, называется коэрцитивной силой.
Классификация магнитных материалов
Согласно поведению в магнитном поле все магнитные материалы делятся на две основные группы: магнито-мягкие и магнито-твердые.
Магнито-мягкие материалы характеризуются большими значениями начальной и максимальной магнитной проницаемостью и малыми значениями коэрцитивной силы (меньше 4000А/м). Они легко намагничиваются и размагничиваются, отличаются малыми потерями на гистерезис. Чем чище магнито-мягкие материалы, тем лучше его магнитные характеристики.
Магнито-твёрдые материалы обладают большой коэрцитивной силой (больше 4000А/м) и остаточной индукцией (больше 0.1Тл). Они с большим трудом намагничиваются, но зато могут долго сохранять магнитную энергию, т.е. служить источниками постоянного магнитного поля.
По составу все магнитные материалы делятся на три группы: а)металлические; б)неметаллические; в)магнитодиэлектрики.
Металлические магнитные материалы - это чистые металлы (железо, кобальт, никель) и магнитные сплавы некоторых металлов.
Неметаллические магнитные материалы – ферриты, получаемые из порошкообразной смеси окислов железа и окислов других металлов. Опрессованные ферритовые изделия подвергаются отжигу, в результате чего они превращаются в твердые монолитные детали.
Магнитодиэлектрики представляют собой композиционные материалы, состоящие из 60-80% порошкообразного магнитного материала и 40-20% диэлектрика.
Ферриты и магнитодиэлектрики отличаются от металлических магнитных материалов большим удельным сопротивлением ρ (102-108Ом·м), от чего потери на вихревые токи малы. Это позволяет использовать их в высокочастотной технике. Кроме того, ферриты обладают большой стабильностью магнитных параметров в широком диапазоне частот (включая СВЧ).