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

ницаемости при малых напряжениях с последующим уменьшением ее при больших. Некоторые авторы [111 j объясняют это эффектом Виллари [16], заключающимся в изменении знака магнитострикции. Более полное объ­ яснение наличия максимума приведено в работах Вонсовского [22], где показано, что для поликристаллических ферромагнетиков с отрицательной магнитострикдией A,s

внутренние напряжения в образце и напряжения от внешних нагрузок.

При сжатии (<?-) или, в случае магнитной текстуры, при растяжении второй член выражения (3.14) стано­ вится отрицательным, что при малых величинах напря­ жений вначале приводит к росту х а±- Максимум х а± н а " ступает при нагрузках сг~О і. Влияние внешних напря­ жений на коэрцитивную силу можно оценить по сле­ дующей упрощенной зависимости [22]:

ческой магнитной анизотропии Кі и внутренних напря­ жений оі влияние внешних напряжений будет мало и наоборот.

С описываемыми выше эффектами тесно связаны механострикция и ДЕ-эффект. Эффект механострикции заключается в том, что при деформации ферромагнит­ ного образца, вследствие возникающего при этом пере­ распределения векторов h появляется дополнительная деформация магнитострикционного характера. Анало­ гично, при намагничивании образца изменяется величи­ на модуля Юнга Е. Изменение это носит название ДЕ-эффекта. Материалы, обладающие большой механострикцией, строго говоря, не подчиняются закону Гука [22].

Изложенные выше основные теоретические положе­ ния и приведенные аналитические зависимости, пра­ вильно отражая качественную сторону явлений, не по-

127

зволяют, однако, производить достаточно точную коли­ чественную их оценку. Причина этого состоит в том, что магнитоупругие эффекты относятся к так называемым структурно-чувствительным эффектам. В реальных об­ разцах материала описанные выше явления чрезвычай­ но осложняются влиянием всякого рода побочных струк­ турных факторов, учесть которые на существующем уровне развития теории затруднительно.

По этой причине единственным способом получения количественных зависимостей для конкретных материа­ лов и изделий является метод экспериментальных ис­ следований.

Методы исследования магнитоупругого эффекта

Исследование влияния механических напряжений на электромаг­ нитные параметры ферритов производится по различным методикам. Лучшим способом создания однородных, равномерно распределенных в образце напряжений в направлении рабочего поля является растя­ жение и сжатие ферритовых стержней (НО, 111, 192, 203]. При этом измерения параметров образца производятся на баллистической уста­ новке с помощью пермиаметра, ярмо которого одновременно являет­ ся частью устройства для растяжения (сжатия). Оно изготавливается из двух перемещающихся относительно друг друга частей, заклады­ ваемых в реверс разрывной машины. Для уменьшения влияния полей рассеяния на результаты измерений в качестве материала ярма вы­ бирается высокопроницаемый материал (например, Армко), а сборка его частей производится с минимальными зазорами. На обе части ярма симметрично наматываются намагничивающие катушки. Обра­ зец с измерительной обмоткой закрепляется между полюсами ярма строго по оси пермеаметра. Для контроля характера и величины возникающих в образце напряжений используются наклеенные на образец проволочные тензометры.

Технически более простым способом, особенно при измерениях в переменных полях, является использование тороидальных образцов. Измерения при этом производятся как при помощи нанесения на сердечник измерительной обмотки, так и намагничиванием полем, концентричным оси сердечника,

по одновитковому методу. По­ следний способ предпочтитель­ нее, так как удается избежать

128

Рис. 3.29.

При проведении исследований применяются обычные приборы и схемы, используемые для измерений электромагнитных параметров ферритов. Для регистрации быстропротекающих процессов следует рекомендовать установку измерения дезаккомодации, описанную в [139]. При снятии зависимостей электромагнитных параметров от механических напряжений нагрузку на образец, как правило, изме­ няют дискретно. После установления определенной величины нагрузки наблюдается «ползучесть» измеряемого параметра. Поэтому на каж­ дой ступени замер производится через некоторое время, необходимое для стабилизации. Если исследования проводятся в постоянных по­ лях, необходимо учитывать, что результаты воздействия механиче­ ских напряжений зависят от последовательности наложения на обра­ зец магнитного поля и напряжений. Действие напряжений усиливает­ ся, если они накладываются до намагничивания образца, что, кстати говоря, и представляет наибольший практический интерес. Для полу­ чения достоверных данных испытаниям следует подвергать предва­ рительно размагниченные образцы.

Влияние всестороннего гидростатического давления на электромагнитные параметры ферритов

Результаты исследований влияния гидростатического давления на параметры ферритов приведены в работах [79, 100, 101, 148, 149]. Исследования проводились при высоких давлениях порядка тысяч атмосфер, поскольку малые давления (до ІО4 кПа) на электромагнитные па-

130

раметры ферритов практически не влияют. При изм ене­

нии давления отмечается изменение величины намагни­ ченности насыщения (A/s) и температур точки Кюри [1U1j. При увеличении давления магнитная восприимчи­ вость %и начальная магнитная проницаемость в слабые полях падает. Для некоторых ферритов вначале наблю­ дается незначительный рост этих величин. В сильных полях X растет [79], что объясняется отрицательной ве­ личиной объемной магнитострикции вращения [20]. При любой напряженности поля наблюдается снижение оста­ точной индукции Вг и увеличение коэрцитивной силы — Нс. Величина tgo^ при изменении давления до ІО4 кПа

незначительно растет, затем снижается [166].

В работе [79] отмечается усиление температурной зависимости р, и Нс в слабых полях. При давлениях до 5 -ІО4 кПа наблюдалось превращение анормальных пе­ тель гистерезиса (узкой, прямоугольной и перминварной) в нормальные [193]. Предполагается, что при воз­ действии гидростатического давления на пористые фер­ риты на поверхности пор возникают тангенциальные на­ пряжения, вызывающие сложнонапряженное состояние материала. Во всех проводимых исследованиях измене­ ния параметров носили упругий характер. После снятия давлений значения параметров возвращались к перво­ начальной величине.

Влияние однородных механических напряжений на форму петли гистерезиса

Типичные для ферритов зависимости формы петли гистерезиса от однородных механических напряжений

(см. кривые 4 и 5). При этом растет величина остаточ­ ной индукции и ее отношение к индукции насыщения. Для ферритов с положительной магнитострикцией знаки

влияния меняются на противоположные. В работе [206] предлагается получать прямоугольную петлю у ферри­ тов с отрицательной магнитострикцией, создавая в них сжимающие тангенциальные напряжения с помощью наплавляемого стеклянного кольца или заливая сердеч­ ники эпоксидной смолой.

На магнитные параметры магнитожестких ферритов на основе бария и кобальта, вследствие большой вели­ чины константы кристаллографической магнитной ани­ зотропии последних, малые механические напряжения практически не влияют. Данные о влиянии механиче­ ских напряжений на форму петли гистерезиса приво­ дятся в работах [27, 104, 166, 208].

Влияние однородных механических напряжений на электромагнитные параметры магнитомягких ферритов

Зависимость рн от односторонних механических на­ пряжений. Эта зависимость исследовалась целым рядом авторов [4, ПО, 126, 139, 190, 192, 203, 204]. На рис. 3.31—3.34 представлены зависимости изменения на­ чальной магнитной проницаемости (в слабых полях #-=

132

= 0,4 А/м) Некоторых марок ферритов от сжимающих (а~) и растягивающих (а+) напряжений, действующих перпендикулярно (з^) и параллельно (з(|) рабочему

полю. Полученные зависимости усреднены для большо­

линии). Наблюдаемый разброс можно объяснить, исхо­ дя из зависимости (3.14), разбросом величин внутрен­ них напряжений с,, складывающихся из спонтанных (бод) и технологических (бі(т)) напряжений. У Mn-Zn

133

ферритов влияние аде)^XSE г» 102 кПа сравнительно мало, поэтому разброс определяется в основном разбросом ве­ личин Ог(т>. Этим же объясняется тот факт, что у Mn-Zn ферритов различного химического состава средне­

на тороидальных образцах размером 20X10X5 мм. Заме­ ры величин Цн Для низкочастотных материалов произ­

8 А/м существенного изменения чувствительности рн от о не наблюдалось.

Для высокочастотных ферритов величина цн замеря­ лась на частотах 1 ... 10 Мгц. Наиболее чувствительны­ ми оказались низкочастотные марки, имеющие малые величины констант кристаллографической магнитной анизотропии и магнитострикции насыщения. У высоко­ частотных марок эти константы имеют сравнительно

134

большие величины, и поэтому их чувствительность к ме­ ханическим напряжениям низка.

Анализ графиков (рис. 3.36 и 3.37), на которых пред­ ставлены зависимости начальной магнитной проницае­ мости Mn-Zn и Ni-Zn ферритов соответственно от сжи­ мающихся (а_) и растягивающих (о+) напряжений, перпендикулярных и параллельных направлению намаг-

Рис. 3.36. Рис. 3.37.

ничивающего поля, показывает, что знак изменения цн зависит от знака напряжений и их направления отно­ сительно направления намагничивающего поля. В то же

щается к исходному значению. При этом наблюдается не­ которое превышение его, зависящее от величины нагрузки.

135

Этот факт носит дезаккомодационный характер и с тече­ нием времени медленно исчезает [43]. При плавном сня­ тии нагрузки наблюдается незначительный гистерезис. Следует отметить, что в соответствии с [34] вообще вся­ кое резкое изменение нагрузки для материалов с боль­ шим коэффициентом дезаккомодации приводит к поло­ жительному броску магнитной проницаемости.

Зависимость величины tg 8^ и добротности Q . Для

некоторых марок ферритов эта зависимость величины сжимающих напряжений, ІМ % перпендикулярных на­ правлению поля, пред­ ставлена на рис. 3.39— 3.43. Зависимости, приве­ денные на рис. 3.39, 3.40, были получены на ча­

приведенных на рис. 3.31 и 3.34, с аналогичной зависи­ мостью, представленной на рис. 3.41, показывает, что изменение потерь носит в основном такой же характер, что и изменение проницаемости. Особенно это относит­ ся к ферритам с высоким значением tg 8^ и высокоча­

стотным ферритам.

Изменение характера радиочастотных магнитных спектров. Это явление исследовалось в работах [104, 126, 150, 206]. По данным работы [126] при тангенциальном сжатии тороидальных образцов магнитные спектры

136