книги / Электротехническое и конструкционное материаловедение

правлении поля. В результате весь ферромагнетик будет представлять собой один сплошной домен, ориентированный по полю.

При намагничивании магнитного материала происходит изменение формы и размеров тела. Это явление получило название магнитострикции. Магнитострикция обусловлена деформацией кристаллической решетки под действием изменения ее энергетического состояния. Это изменение обусловлено смещением атомов решетки, которое происходит при смещении границ доменов и вращении вектора намагниченности. Такая магнитострикция носит анизотропный характер и называется линейной, так как проявляется, в основном, в изменении формы кристалла без изменения его объема. Линейная магнитострикция определяется по относительному удлинению образца ( ℓ/ℓ) в направлении поля.

Магнитострикция находит непосредственное техническое применение в магнитострикционных вибраторах (генераторах) звуковых и ультразвуковых частот, а также в некоторых радиотехнических схемах и устройствах (замена кварца магнитострикционными материалами для стабилизации частоты, их использование в электромеханических фильтрах и т.д.).

5.3. Магнитный гистерезис

Если медленно производить намагничивание ферромагнетика во внешнем магнитном поле, а затем, начиная с какой-либо точки основной кривой намагничивания, уменьшать напряженность поля, то индукция будет также уменьшаться, но не по основной кривой, а с отставанием вследствие явления гистерезиса (от греч. hysteresis – отставание, запаздывание).

При увеличении поля противоположного направления образец может быть размагничен, а затем и перемагничен. При новой перемене направления магнитного поля индукция снова может вернуться в исходную точку, характеризовавшую намагничивание образца, т.е. будет описана кривая, представляющая собой петлю гистерезисного цикла перемагничивания (рис. 5.4).

91

достигнуть наибольшей индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах используют магнитомягкие материалы с повышенным удельным электрическим сопротивлением; обычно применяются магнитопроводы, собранные из отдельных изолированных друг от друга тонких листов.

Железо (низкоуглеродистая сталь). Технически чистое желе-

зо обычно содержит небольшое количество примесей углерода, серы, марганца, кремния и других элементов, ухудшающих его магнитные свойства. Благодаря сравнительно низкому удельному электрическому сопротивлению технически чистое железо используется довольно редко, в основном для магнитопроводов постоянного магнитного потока. Обычно технически чистое железо изготовляется рафинированием чугуна в мартеновских печах или конверторах и имеет суммарное содержание примесей до 0,08–0,1 %.

Низкоуглеродистая электротехническая листовая сталь – это одна из разновидностей технически чистого железа, выпускается в виде листов толщиной 0,2–4 мм, содержит не свыше 0,04 % углерода и не свыше 0,6 % других примесей. Максимальное значение магнитной проницаемости для различных марок составляет не менее 3500–4500, коэрцитивной силы соответственно не более 100–65 А/м.

Кремнистая электротехническая сталь является основ-

ным магнитомягким материалом массового потребления. Введением в состав этой стали кремния достигается повышение удельного сопротивления, что вызывает снижение потерь на вихревые токи. Кроме того, наличие в стали кремния способствует выделению углерода в виде графита, а также почти полному раскислению стали. Это приводит к увеличению μ, уменьшению Нс и к снижению потерь на гистерезис.

Сталь, содержащая до 4 % кремния, обладает достаточно удовлетворительными механическими свойствами, а при наличии выше 5 % кремния становится очень хрупкой. Путем специализированной прокатки и особой термической обработки можно изготовить текстурованную сталь крупнокристаллического строения, причем кристаллы окажутся ориентированными осями наиболее легкого на-

93

магнитной проницаемостью эф , которая всегда меньше фер-

ромагнетика, составлявшего основу данного магнитодиэлектрика. Прессованные сердечники применяются в катушках индуктивности фильтров, генераторов, частотомеров, контуров радиоприемников и т.п. Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков практически не управляется внешним магнитным полем.

Ферриты представляют собой магнитную керамику с электронной электропроводностью. Большая величина удельного сопротивления, превышающая величину удельного сопротивления железа в 106÷1011 раз, а следовательно, и относительно малые потери энергии в области повышенных и высоких частот наряду с достаточно хорошими магнитными свойствами обеспечивают ферритам широкое применение в радиоэлектронике.

Ферриты являются двойными окислами железа и двухвалентных (peжe одновалентных) металлов. Применяющиеся в технике ферриты называют также оксиферами.

Ферриты обладают низкой индукцией насыщения по сравнению с металлическими магнитными материалами, поэтому в сильных полях применять их невыгодно. Однако следует иметь в виду, что в переменных полях высокой частоты ферриты, благодаря практическому отсутствию размагничивающего действия вихревых токов, могут иметь более высокие значения индукции, чем металлические материалы.

5.4.2.Магнитотвердые материалы

Кмагнитотвердым относятся материалы, обладающие

широкой петлей гистерезиса и коэрцитивной силой Нс > 4 кА/м. Они применяются для изготовления постоянных магнитов, устройств записи и хранения информации, устройств акустической техники и т.д.

Труднодеформируемые сплавы. К ним относятся сплавы

Al+Ni+Fe (альни) и Al+Ni+Со+Fe (альнико). Они используются для изготовления магнитов всех назначений магнитных систем

95

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. – 6-е изд. – М.: Энергия, 1977. – 304 с.

2.Серебряков А.С. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы: учеб. пособие для вузов ж.-д. транспорта. – М.: Маршрут, 2005. – 280 с.

3.Дудкин А.Н., Ким В.С. Электротехническое материалове-

дение: учеб. пособие. – 2-е изд. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. 198 с.

4.Тимофеев И.А. Электротехнические материалы и изделия: учеб. пособие для вузов. – СПб.: Лань, 2012. – 267 с.

5.Электротехнические и конструкционные материалы: учеб. пособие / В.Н. Бородулин [и др.]; под ред. В.А. Филикова. – 2-е изд., стер. – М.: Академия, 2005. – 276 с.

6.Алиев И.И., Калганова С.Г. Электротехнические материалы и изделия: справочник. – М.: РадиоСофт, 2005. – 351 с.

7.Уилсон М. Сверхпроводящие магниты: пер. с англ. – М.: Мир, 1985. – 405 с.

8.Высоцкий В.С., Фетисов С.С. Кабели сверхпроводящие и не только они // Кабели и провода. – 2017. – № 3. – С. 57–63.

97