книги из ГПНТБ / Стабильность свойств ферритов. (Анализ физических свойств при внешних воздействиях, прогнозирование. Элементы проектирования)

Таким образом, если говорить о рациональном разме­ ре образца при испытаниях, то последний должен быть выбран по возможности большим и испытан при воз­ можно более однородном напряженном состоянии с тем, чтобы установить наименьшее значение прочности для данного материала [137].

Учитывая, что большинство изделий из ферритов име­ ют значительно меньшие размеры, чем размеры образ­ цов, изготовленных для испытаний, прочностные харак­ теристики ферритовых изделий будут выше, чем соот-

118

ветствующие характеристики, снятые экспериментально на специальных образцах.

Влияние температуры на прочностные характеристики

ферритов марок 45НН, 5НН и 200НН2 показало наличие минимума на кривой в районе некоторых плюсовых тем­ ператур (рис. 3.19). Предположительно этот минимум можно объяснить, исходя из того, что существует резко

которой обращается в нуль константа кристаллографиче­ ской магнитной анизотропии, что соответствует положе­ нию первого максимума на кривой зависимости вели­ чины начальной магнитной проницаемости дп от темпе­ ратуры [32] (рис. 3.20) Очевидно, что такому минимуму должно соответствовать снижение прочностных характе­ ристик.

3.3. ВЛИЯНИ Е М Е Х А Н И Ч Е С К И Х Н А П Р Я Ж Е Н И Й

Н А Э Л Е К ТР О М А ГН И Т Н Ы Е П А Р А М Е Т Р Ы Ф ЕРРИТО ВЫ Х И З Д Е Л И Й

Основные положения

Влияние механических напряжений на электромаг­ нитные параметры ферритов обусловливается магнито­ упругим эффектом, обратным эффекту магнитострикции. Из известного термодинамического соотношения

Р-о

119

где I — намагниченность, о — механическое напряжение,

магниченность образца зависит от приложенных к нему механических напряжений, при условии, если существу­ ет эффект изменения размеров образца при его намаг

графической магнитной анизотропией и упругими посто­ янными.

В области технического намагничивания наблюдается

В области паропроцесса магнитострикция имеет цели­ ком объемный характер, что объясняется силами обмен­ ного взаимодействия [16, 22, 104].

По второму правилу четных эффектов [1] продольная магнитострикция Я(1, замеряемая в направлении намагни­

чивающего поля, сопровождается противоположной по знаку поперечной магнитострикцией 1^, при этом, если

Аѵ/ѵ = 0, то — Я± = 7 аЯ Ц.

Величина магнитострикции зависит от напряженно сти намагничивающего поля; в сильных полях магни­

120

ции кобальтового феррита от напряженности магнитного поля по различным кристаллографическим осям. Н. С. Акуловым [1] получена следующая зависимость

где ßo— аддитивная постоянная; Moo и Mu— магнитострикция насыщения в направлениях ребра и диагонали куба; а и ß — направляющие косинусы вектора намаг­ ниченности в направлении измерения длины относитель­ но тетрагональных осей кристалла.

Магнитострикции насыщения в поликристаллическом состоянии определяется по формуле:

М = ( 2 M o o + 3 M u ) / 5 .

Магнитострикция ферритов зависит от их состава и, как правило, отрицательна. Большую положительную магнитострикцию имеет только ферроферрит FeFe2Ö4 (магнетит). В работе [204] показано, что отклонения от стехиометрического состава, приводящие к избытку маг­ нетита и появлению ионов Fe2+, снижают величину от­ рицательной магнитострикции, которая может стать рав­ ной нулю или принять небольшие положительные зна­

yFe20 3.

На рис. 3.22 показано, что отрицательная магнито­ стрикция твердых растворов

(Ni-Zn)Fe20 4 при всех зна-

121

чениях напряженности внешнего магнитного поля на­ дает с уменьшением соотношения между ферромагнит­

в табл. 20 [119] и на рис. 3.23 в треугольнике составов

=( А / / / ) • ІО6 при напряженности поля # = 57,6-ІО3 А/м.

Зависимость магнитострикдии ферритов от темпера­ туры рассматривается в [41], где предложены следую­ щие уравнения:

US| = / [ C - C , (Г)],

ратура в градусах термодинамической шкалы. Магиитострикция ферритов является структурно-чув­

ствительным параметром, т. е. зависит от структуры, пористости, внутренних напряжений, текстуры [153] и пр. Определение магнитострикдии сводится к измере­ ниям изменений длины или деформации образца во вре­ мя его намагничивания.

Классическим методом определения магнитострикдии является

метод механооптического рычага [16]. При этом изменение длины образца усиливается с помощью механического рычага, который пра-

]23

Zn О

Рис. 3.24.

123

водйт во вращение зеркальце, отбрасывающее зайчик на измеритель­ ную шкалу. Метод позволяет измерять смещения до А/ = 10—7 см.

В последние годы наибольшее распространение получил тензо­ метрический метод, при котором магнитострикционная деформация образца измеряется с помощью наклеенных на него проволочных тен­ зометров [2, 25]. Из прочих методов следует отметить метод колец Ньютона (метод проф. Розинга) [98] и метод биений, при котором

врезультате магнитострикционного смещения изменяется емкость конденсатора. При этом в результате перестройки контура изменяет­ ся частота сигнала. Сложение его с первоначальным сигналом вызы­ вает биения, величина которых зависит от величины вызвавшего их смещения. Объемную магнитострикцию обычно определяют по изме­ нению уровня жидкости в сосуде при намагничивании погруженного

внее образца [16].

Как уже говорилось, магнитоупругий эффект заклю­ чается в изменении хода процессов намагничивания под влиянием внешних механических напряжений а. Для ферритов как для хрупких материалов предел упруго­ сти которых близок к пределу прочности, а зона пла­ стических деформаций мала, практический интерес представляет рассмотрение влияния только упругих на­ пряжений. В области технического намагничивания наблюдается в основном линейная магнитострикция и поэтому сильное влияние на электромагнитные пара­ метры оказывают однородные механические напряже­ ния. Теоретически этот вопрос рассмотрен целым рядом авторов [1, 10, 11, 54, 104]. В соответствии с доменной теорией [16, 22, 157] влияние упругих напряжений на магнитные свойства зависит, главным образом, от их характера (растяжение 0 +, сжатие о_) и направления относительно вектора напряженности намагничиваю­ щего поля, а также от величины и знака магнитострик-

ориентация векторов намагниченности доменов в ферри­ товом стержне с отрицательной магнитострикцией при растяжении (а) и при сжатии (б).

Если знаки А* и а совпадают, то минимуму Еа будет

соответствовать Ѳ=180°, если не совпадают — то Ѳ= = 90°. Появление доменных границ, векторы намагни­ ченности которых находятся под углом 180°, объясняет-

124

Ся чётностью эффекта магнитострикции. Вследствие это­ го приложение механических напряжений в отсутствии магнитного поля само по себе не может изменить на­ магниченность образца. В присутствии магнитного поля приложение напряжений параллельно этому полю приве­ дет при совпадении знаков Xs и о к увеличению намагни­ ченности и повышению прямоугольное™ петли гистерези­ са, а при несовпадении этих знаков — к их уменьшению. Приложение механических напряжений перпендикуляр­

пряжений. Если энергия этой анизотропии существенно превосходит энергию всех других видов анизотропии и, в первую очередь, энергию кристаллографической маг­ нитной анизотропии Кі и анизотропии внутренних на­ пряжений 3lzksOi, т. е.

ляться внешним напряжением. Для этого также необ­ ходимо, чтобы отношение Хщ/Хт было достаточно вели­ ко [38].

Чувствительность параметров к действию напряже­ ний снижается за счет присутствия в материале струк­ турных дефектов, включений и пористости. Характера стикой магнитоупругой чувствительности материала мо­ жет служить величина магнитоупругой проницаемости Л = dB Ida.

где В0 и Bs— индукция, соответствующая намагничи­ вающему полю, и индукция насыщения соответственно.

Из (3.11) следует, что магнитоупругая чувствитель­ ность зависит от величины намагничивающего поля.

125

Вкачестве критерия для оценки магнитоупругих

свойств ферритов предлагается использовать величину

Магнитоупругая чувствительность образца, характе­ ризующегося размагничивающим фактором N', может быть оценена по формуле

Если магнитоупругая анизотропия преобладает над другими видами анизотропии, то для случая сильных упругих напряжений, когда намагничивание идет за счет процессов вращения, величина начальной магнит­ ной проницаемости определяется как

напряжений, действующих в направлении рабочего поля. Видно характерное увеличение начальной магнитной про-

126