5.5 Разработки специальных магнитных материалов

5.5.1 Термомагнитные материалы

Термомагнитные материалы (ТММ) характеризуются сильной зависимостью намагниченности от изменения температуры в диапазоне от 70 до +150°C в полях, близких к полю насыщения материала, причем с ростом температуры намагниченность насыщения М_S падает.

К ТММ относятся термомагнитные сплавы (ТМС) и многослойные компенсационные материалы (ТКМ), специально разработанные для компенсации погрешностей приборов и устройств или стабилизации их параметров за счёт изменения магнитного поля от температуры по определенному закону (терморегулирование), для чего из этих материалов изготовляют термомагнитные шунты и добавочные магнитные сопротивления, которые включают в магнитную цепь приборов и устройств. В последнее время в качестве ТММ применяют магнитомягкие ферриты с низкой температурой Кюри.

Одним из основных параметров ТМС в области магнитного насыщения является тем­пературный диапазон обратимости магнитных характеристик

Т₀ = θ_К – Т_пр , (5.18)

где θ_К – техническая точка Кюри (температура, соответствующая точке пересечения касательной к кривой намагниченности от тем­пературы до перехода её в асимптотический участок с осью температур); Т_пр – нижний предел отрицательных температур. Свойства ТМС определяются значением намагничен­ности насыщения при Т = 20°С и видом термомагнитной характеристики M_S = f(T).

ТММ по виду функциональной зависи­мости M_S от температуры делятся:

1) на ТММ с линейной характеристикой M_S = f(T) на всем диапазоне Т₀ или на большей его части ΔТ=Т₂-Т₁;

2) на ТММ с нелинейной характеристикой M_S = f(T).

Первая группа – наиболее многочисленная, причем при производстве ТМС, кроме специально оговоренных случаев, особое вни­мание обращают на повышение линейности зависимости M_S = f(T).

Для характеристики линейного закона изменения намагниченности вводится абсо­лютный температурный коэффициент намагни­ченности

, (5.19)

где М₂, М₁ – намагниченность насыщения, измеренная при температуре Т₂ и Т₁, соот­ветственно.

Сплавы с нелинейной зависимостью M_S = f(T) разработаны по специальным за­казам применительно к конкретным устрой­ствам. Существует принципиальная возмож­ность изготовления сплавов с положительной и отрицательной кривизной термомагнитной ха­рактеристики.

Получение ТМС основано на свойстве ферромагнетиков уменьшать намагниченность насыщения вблизи точки Кюри. Поскольку для чистых ферромагнитных элементов (Ni, Fe, Co) точка Кюри лежит в пределах (350–1120) °С, то для создания ТМС специальными мерами понижают θ_к, приближая ее к диапазо­ну необходимых температур.

На основе тройных Fe – Ni – Сr сплавов разработана технология получения специальных термомагнитных ма­териалов – полиметаллов, представляющих собой холоднокатаные многослойные листы толщиной (0,5–2,5) мм, содержащие подоб­ранные специальным образом неоднородные по химическому составу слои. Выбор исход­ных TMC для каждого слоя и их толщины позволяет изготовлять с высокой точностью материалы в соответствии с требуемым для конкретной цели температурным законом изменения намагниченности насыщения. Одна­ко эти ТММ нельзя шлифовать, фрезеровать, поскольку при этом происходит удаление металла с поверхности листа, а следовательно, нарушается расчётная необходимая для полу­чения заданных свойств неоднородность по составу. При изготовлении деталей из этих ТММ разрешена резка листов, штамповка и выгибание фасонных изделий.

Особый интерес представляют собой температурные зависимости магнитной прони­цаемости в слабых полях. В этой области ТМС может обладать положительным темпе­ратурным коэффициентом намагниченности. Так, для термаллоя (29,5 % Ni, остаток – Fe) в полях напряжённостью до 80 А/м μ с увели­чением температуры вначале растёт, достигает пика, а потом падает. При Н > 80 А/м μ па­дает во всём диапазоне температуры. Анало­гичные явления наблюдаются для сплава 72НМДХ.

Для устройств, работающих в диапазоне температуры с расширенной положительной областью (свыше +150°С), в качестве ТММ применяют магнитомягкие ферриты с низкой точкой Кюри. При этом используют две прин­ципиальные особенности термомагнитных ха­рактеристик некоторых марок ферритов: рез­кое падение намагниченности насыщения с ростом температуры и резкий, почти отвесный, спад начальной магнитной проницаемости в области точки Кюри. Первый эффект положен в основу термокомпенсации и терморегули­рования некоторых приборов и устройств. Для этих целей наиболее подходят никель-цинковые и марганцово-цинковые ферриты об­щего применения марок 600НН, 2000НН, 2000НМ, ЗОООНМ с достаточно высокой на­магниченностью насыщения (при T = 20°С, Hо = 800 А/м, B_S = 0,25...0,39 Тл) и значитель­ным отрицательным температурным коэф­фициентом магнитной проницаемости.