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

коэффициентов дезаккомодации и относительные изме­ нения магнитной проницаемости за год для трех марок ферритов.

Количественная оценка близости была оценена с по­ мощью коэффициента корреляции. Его значение оказа­ лось равным 0,13. Это дает основание предположить, что по величине коэффициента дезаккомодации нельзя определить временную стабильность начальной магнит­ ной проницаемости ферритов во времени.

Определение стабильности магнитной проницаемости при различных условиях хранения

В связи с длительным хранением большого количе­ ства ферритовых изделий, вопрос стабильности на этой стадии является немаловажным. Характер изменения магнитной проницаемости в условиях отапливаемого склада и в полевых условиях для ферритовых магнитопроводов марок 700НМ, 1500НМЗ и 2000НМ1 показан на рис. 2.38 (кривая 1 — изменение р в условиях отап­ ливаемого склада, кривая 2 — соответствующие измене­ ния в полевых условиях). В логарифмическом масшта­ бе изменение магнитной проницаемости имеет линейный характер и аппроксимируется следующей аналитической функцией:

77

(Др./ц)о=а, в таком виде:

Для всех видов хранения различных партий ферритов коэффициенты а и q аналитической функции (2.3),

78

определяемые методом наименьших квадратов, сведены в табл. 13.

друг к другу. Величина коэффициента зависит от марки феррита, условий хранения и технологии изготовления, а разброс объясняется погрешностью измерений и рас­ четов. Выражение (2.3) приобретает общий характер для всех марок ферритов, если вычислить и ввести в не­ го среднее, наиболее устойчивое значение q и величину

Найденное среднее значение коэффициента q оказа­ лось наиболее оптимальным для различных марок и партий магнитомягких ферритов. Использование едино­ го q весьма удобно с практической точки зрения. Экс­ периментально величина q была принята 0,5, что позво-

79

лило использовать это значение коэффициен­ та и для более высо­ ких температур.

Таким образом, ве­ личину относительного изменения магнитной проницаемости ферри­ товых магнитопроводов можно найти по форму­

сводятся к следую­ щему:

1. Из партии фер­ ритовых магнитопрово­ дов случайным обра­ зом выбирается N из­ делий (объем выборки N>100), которые хра­ нятся в условиях ота­ пливаемого склада или в полевых условиях.

2. Испытания проводятся в течение 1 года. Измере­ ния осуществляются в процессе испытаний периодиче­ ски (через каждые 15 дней хранения).

3.На основании полученных данных процесс Лр/ц^=

=/( т) аппроксимируется функцией:

Ар/р. = а(т/то)0’5.

80

цаемости на необходимое время вперед, т — время в ме­ сяцах при т0=12 месяцам.

5. Коэффициент ускорения при прогнозировании определяется по формуле:

К у с к ~ (Т То)/То.

На рис. 2.39 (кривая 1 — в условиях отапливаемого склада; кривая 2 — в полевых условиях) показан в ло­ гарифмическом масштабе предполагаемый характер из­ менения магнитной проницаемости в условиях хранения, рассчитанный по формуле Дц/р = а(т—то)0,5.

Определение относительного изменения начальной магнитной проницаемости ферритов с помощью форсированных испытаний

Относительное изменение начальной магнитной про­ ницаемости при воздействии повышенных температур описывается аналитическим выражением (2.3). Экспе­

ка при помощи r-критерия показала, что с уровнем значи­ мости а = 5%, коэффициенты q всех марок и партий не отличаются друг от друга. Таким образом, в диапазоне температур (20 ... 130)°С относительное изменение про­ ницаемости описывается одной и той же формулой

П р и м е ч а н и я : П .У .— полевые условия. О .С .—отапливаемый склад.

с постоянным коэффициентом q = 0,5. Независимость этого коэффициента от температуры позволяет предпо­ ложить, что механизм старения ферритов (характери­ зующий временную стабильность проницаемости) не нарушается при повышении температуры до 130°С, что подтверждается и в работе [24]. Кроме того, можно за­ метить, что коэффициент а растет с повышением тем­ пературы; это указывает на повышение скорости про­

делена по результатам испытаний при воздействии тем­ ператур 40, 70, 130°С и при различных условиях хра­ нения. Эта эмпирическая зависи­

82

откуда

x? _ ( W h

Ная

Аналогично для форсированного режима (форсирован­ ных испытаний)

т <7 _ _ (Др-/н-)ф*)

фйф

Коэффициент ускорения при форсированных испыта­ ниях определяется как отношение времени испытаний при нормальных режимах ко времени испытаний при форсированных испытаниях при условии равенства от­

Это уравнение связывает вреіѵія испытания в нор­ мальном (тн) и форсированном (тф) режимах. Коэффи­ циент ускорения определяется так:

/Суск = Т н / іф = \{Ь кі2ф)/(b - f - кі2я ) ] 1' 4 .

Зависимость коэффициента ускорения от температуры форсирования показана на рис. 2.42 для двух условий хранения (кривая 1 снималась в условиях отапливаемого склада; кривая 2 — в полевых условиях).

Все сказанное справедливо и для разомкнутых феррито­ вых магнитопроводов с учетом известной зависимости

нения магнитной проницаемости необходим небольшой

•позволяет уточнить все коэффициенты для конкретной партии изделий, что значительно повышает точность определения изменения магнитной проницаемости.

Прогрессивное развитие науки и техники расширяет область применения различных радиоэлектронных си­ стем и элементов, в том числе систем и элементов на основе ферритовых магнитопроводов. В связи с освое­ нием космического пространства, созданием атомных двигателей значительно изменились условия работы ра­ диоэлектронных систем. К этим системам и их элемен­ там предъявляются повышенные требования по работо­ способности при климатических и механических воздей­

и т. д. В зависимости от местоположения системы и эле­ ментов к ним предъявляются конкретные требования по радиационной стойкости.

Имеющиеся в литературе данные [116, 118, 123] гово­ рят о том, что ферриты являются весьма стойкими по отношению к ионизирующим ядерным излучениям. Влия­ ние гамма-нейтронного излучения на магнитную прони­ цаемость исследовано в работах [116, 118]. Результаты исследований показали, что изменения проницаемости заметны при интегральных потоках нейтронов с интен­ сивностью выше 5 -ІО17 нейтр/см2. Авторы этих работ высказывают предположение о том, что уменьшение ц после облучения феррита нейтронами связано с влияни­ ем облучения на структуру его зерен: в результате об-

.лучения появляются дислокации и скопления дефектов. Может меняться также степень однородности материала. Эти эффекты участвуют в изменении скорости переме­ щения доменных границ и в изменении формы доменов. В работе [116] высказывается предположение о возмож­ ности установления нового равновесного состояния в ре­ зультате воздействия гамма-нейтронного излучения, как и в результате воздействия высоких температур. В [118, 123] исследовалось влияние гамма-нейтронного излуче­ ния на ц, tgö, петлю гистерезиса, коэрцитивную силу,

ѵ84

остаточную индукцию, кривую намагничивания Ni-Zn и Mn-Zn ферритов. Измерения проводились до и после облучения. Магнитная проницаемость у ферритов иод воздействием облучения увеличивается, особенно у Mn-Zn ферритов, что позволяет выдвинуть предполо­ жение о сильной зависимости радиационной стойкости ферритов от их состава. Кроме того, по результатам опубликованных работ можно сделать следующие вы­ воды.

1. Действие радиационного облучения на ферриты может привести к следующим эффектам: а) вызвать об­

г) вызвать радиационный нагрев феррита; д) создать активацию феррита.

2. В одних ферритах имеются только обратимые из­ менения, в других — только необратимые, но в большин­ стве ферритов обратимые и необратимые изменения при­ сутствуют одновременно.

3. Время релаксации, в течение которого происхо­ дит частичное или полное восстановление проницаемо­ сти после радиационного облучения, может меняться

вшироких пределах.

4.В общем случае можно считать, что обратимые процессы связаны с ионизацией, а необратимые — со смещением атомов (в отдельных случаях и с химически­ ми превращениями) [118].

5.Обратимые процессы происходят в следующей последовательности: а) возбуждение и ионизация атомов

имолекул; б) изменения в веществе под воздействием ионизации и возбуждения; в) рекомбинационные реак­

ции. Процессы ионизации и рекомбинации в ферритах еще не изучены, не известна даже величина потенциа­ ла ионизации (для полупроводников потенциал иониза­ ции (3,2 ... 6,4) • К Н 9 Дж [118], а для других материа­ лов эта величина должна быть в 2—4 раза выше).

6.Необратимые изменения характеризуются, в основ­ ном, процессами смещения атомов и химических превращений.

7.Смещение атомов связано со следующими про­

цессами: а) заряженные частицы при взаимодействии с кулоновским полем ядра или нейтроны при взаимо­ действии с полем ядерных сил передают ядру достаточ­

85

но большое количество энергии, способное вызвать сме­ щение атома в кристаллической решетке; б) смещенный атом при движении может создать дополнительные па­ ры «смещенный атом — вакансия» (дефект Френкеля); в) часть возникших дефектов рекомбинирует, часть мо­ жет создать более сложные скопления дефектов; г) воз­ никновение радиационных дефектов изменяет макроско­ пические свойства ферритов.

8. Химические превращения практически возможны в ферритах, содержащих элементы с большим сечением захвата нейтронов, например, в ферритах, содержащих литий, гадолиний.

9. Активация ферритов зависит от состава образца, его геометрии, объема, плотности потока и времени облучения.

10. Радиационный нагрев при отсутствии мер по ох­ лаждению феррита достигает значительной величины; он зависит от состава феррита, его размеров, плотности потока облучения и условий теплообмена.

Таким образом, наибольшее изменение электромаг­ нитных параметров ферритов при воздействии потоков, наиболее часто встречающихся на практике, вызвано радиационным нагревом. Учитывая это предположение, при исследовании радиационной стойкости (Mn-Zn и Ni-Zn ферритов) особое внимание необходимо уделять подготовке образцов и тщательной отработке методик исследований.

В отличие от вышеперечисленных работ, в которых контроль электромагнитных параметров испытуемых образцов проводился до и после воздействия гамма-ней- тронного облучения, проведение исследований, преду­ сматривающих измерение параметров ферритовых магнитопроводов до, после и в п р о ц е с с е облучения гам­ ма-нейтронным потоком, позволило получить важные результаты. Кроме того, это имеет принципиальное зна­ чение, так как интерес представляет прежде всего со­ стояние элементов и систем, содержащих ферриты, в ре­ альных режимах эксплуатации. В связи с необходимо­ стью определения работоспособности феррита при ком­ плексном воздействии эксплуатационных факторов, та­ ких как положительная температура, электромагнитное поле и ионизирующее ядерное излучение, требуется из­ мерять магнитную проницаемость в сложных условиях. Для этого была разработана контрольно-измерительная

86