Представлены принципы конструирования приборов и устройств, в которых используются магнитные свойства материалов, включая выбор их оптимальных параметров. Рассмотрены электромагнитные устройства, постоянные магниты, запоминающие устройства, электромагнитные экраны, поглотители электромагнитных волн, электромагнитные датчики, вспомогательные устройства фидеров и устройства на основе жидких неоднородных систем с магнитными частицами.

Предназначено для студентов, обучающихся по укрупненным группам специальностей и направлений подготовки 11.00.00 «Электроника, радиотехника и системы связи» и 28.00.00 «Нанотехнологии и наноматериалы», а также может быть полезно студентам, обучающимся по направлениям подготовки и специальностям, в рамках которых изучаются свойства и применения магнитных материалов.

УДК 537.622(075)

ББК В373.3я7

Рецензенты: д-р техн. наук, ст. науч. сотр. ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН Л. В. Луцев; кафедра технологии материалов электроники НИТУ «МИСиС».

ISBN 978-5-7629-2546-4

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ..................................................................	6
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................	9
Глава 1. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА ..........................	16
§ 1.1. Условия возникновения самопроизвольной
намагниченности .....................................................................	16
§ 1.2. Магнитные состояния вещества ............................................	19
§ 1.3. Причины возникновения доменной структуры....................	22
§ 1.4. Намагничивание ферромагнетиков внешним
магнитным полем ....................................................................	26
§ 1.5. Классификация магнитных материалов................................	32
Контрольные вопросы по главе 1 ........................................................	33
Список рекомендуемой литературы по главе 1 .................................	34
Глава 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ..........................	35
§ 2.1. Основные понятия и определения .........................................	35
§ 2.2. Требования к магнитопроводам электромагнитных
устройств..................................................................................	38
§ 2.3. Конструкции магнитопроводов .............................................	42
§ 2.4. Материалы магнитопроводов электромагнитных
устройств..................................................................................	46
§ 2.5. Статические электромагнитные устройства .........................	52
§ 2.6. Электромагнитные устройства с прямым
или обратным преобразованием электромагнитной
энергии в механическую.........................................................	67
Контрольные вопросы по главе 2 ........................................................	75
Список рекомендуемой литературы по главе 2 .................................	76
Глава 3. ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ ................................................	79
§ 3.1. Назначение, способы намагничивания,
стабильность характеристик ..................................................	79
§ 3.2. Основные магнитные характеристики
магнитотвердых материалов ..................................................	83
§ 3.3. Примеры расчета индукции магнитного поля
постоянных магнитов..............................................................	88
§ 3.4. Материалы для изготовления постоянных магнитов ..........	91
§ 3.5. Примеры использования постоянных магнитов ..................	99
Контрольные вопросы по главе 3 ......................................................	111
Список рекомендуемой литературы по главе 3 ...............................	112

Глава 4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЭКРАНЫ
И ПОГЛОТИТЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН .....	114
§ 4.1. Электромагнитное экранирование:
назначение, эффективность, типы экранов.........................	114
§ 4.2. Физические основы электромагнитного экранирования...	118
§ 4.3. Магнитные материалы для электромагнитных экранов ...	123
§ 4.4. Поглотители электромагнитных волн.................................	131
§ 4.5. Примеры применения электромагнитных экранов
и поглотителей электромагнитных волн.............................	137
§ 4.6. Методы измерения параметров электромагнитных
экранов, поглотителей электромагнитных волн
и материалов, входящих в их состав ...................................	143
Контрольные вопросы по главе 4 ......................................................	148
Список рекомендуемой литературы по главе 4 ...............................	149
Глава 5. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ................................	152
§ 5.1. Физические основы и характеристики устройств
с магнитной запоминающей средой ....................................	152
§ 5.2. Магнитные материалы, используемые
в качестве запоминающих сред ...........................................	154
§ 5.3. Запоминающая среда на основе ферритов
с прямоугольной петлей гистерезиса ..................................	160
§ 5.4. Магнитные ленты ..................................................................	163
§ 5.5. Жесткие магнитные диски....................................................	171
§ 5.6. Магниторезистивные запоминающие устройства .............	177
§ 5.7. Перспективные технологии создания
запоминающих устройств с магнитной записью ...............	182
Контрольные вопросы по главе 5 ......................................................	190
Список рекомендуемой литературы по главе 5 ...............................	191
Глава 6. ЖИДКИЕ НЕОДНОРОДНЫЕ СИСТЕМЫ
С МАГНИТНЫМИ ЧАСТИЦАМИ....................................	194
§ 6.1. Классификация, основные термины и определения ..........	194
§ 6.2. Стабилизация и намагничивание магнитных
и магнитореологических жидкостей ...................................	195
§ 6.3. Виды магнитных и магнитореологических жидкостей .....	201
§ 6.4. Магнитожидкостные герметизаторы...................................	204
§ 6.5. Демпферы, муфты, амортизаторы, тормоза........................	213

§ 6.6. Магнитожидкостные сепараторы
и устройства магнитореологической
прецизионной обработки поверхности ...............................	221
§ 6.7. Магнитожидкостные датчики ..............................................	225
§ 6.8. Жидкости с низкой концентрацией
наноразмерных магнитных частиц ......................................	227
§ 6.9. Магнитные суспензии ...........................................................	230
Контрольные вопросы по главе 6 ......................................................	234
Список рекомендуемой литературы по главе 6 ...............................	235
Глава 7. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ФИДЕРОВ
НА ОСНОВЕ ФЕРРИТОВ...................................................	237
§ 7.1. Назначение, характеристика передаваемых волн,
примеры устройств................................................................	237
§ 7.2. Физические эффекты, проявляющиеся
при прохождении ЭМВ через намагниченный феррит .....	239
§ 7.3. Магнитные материалы, применяемые
при создании вспомогательных устройств фидеров..........	250
§ 7.4. Неуправляемые вспомогательные устройства фидеров ....	255
§ 7.5. Управляемые вспомогательные устройства фидеров........	263
Контрольные вопросы по главе 7 ......................................................	271
Список рекомендуемой литературы по главе 7 ...............................	272
Глава 8. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ДАТЧИКИ .................................	275
§ 8.1. Назначение, области применения, типы и требования ......	275
§ 8.2. Датчики на основе магнитоупругого взаимодействия .......	277
§ 8.3. Индуктивные датчики ...........................................................	284
§ 8.4. Магниторезистивные датчики ..............................................	289
§ 8.5. Индукционные датчики.........................................................	298
Контрольные вопросы по главе 8 .......................................................	305
Список рекомендуемой литературы по главе 8 ................................	306
ОБОЗНАЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
И ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ..................................................	308
СОКРАЩЕНИЯ ...................................................................................	312
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ..........................................................	315

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ

Настоящее учебное пособие является продолжением трудов сотрудников ЛЭТИ А. А. Преображенского и Е. Г. Бишард в области материаловедения магнитных материалов, а также дополняет сведения, изложенные в учебнике В. С. Сорокина, Б. Л. Антипова, Н. П. Лазаревой «Материалы и элементы электронной техники» и в учебном пособии В. П. Мирошкина и К. Г. Гареева «Физические основы магнитных материалов».

Расчету и применению устройств на основе магнитных материалов посвящено много научно-технических и учебных изданий. В основном такая литература является узкоспециализированной, так как магнитные материалы используются в различных областях науки и техники, каждая из которых является предметом отдельных исследований. Изучение узкоспециализированной литературы весьма трудоемко и не всегда приводит к эффективному решению научных и практических задач, возникающих на стыках различных областей знаний.

Основным видом энергии, используемой человечеством для своего жизнеобеспечения и развития, является энергия электромагнитного поля. Ее производство, передача, преобразование и потребление основаны на использовании устройств, работа которых зависит в том числе от свойств магнитных материалов. Эти материалы применяются для создания и совершенствования магнитопроводов, постоянных магнитов, фидерных устройств, датчиков различного типа, а также запоминающих, магнитооптических и иных устройств.

Большое внимание уделяется повышению электромагнитной безопасности за счет использования экранирующих и поглощающих устройств на основе магнитных материалов.

Перспективно применение частиц магнитных материалов в качестве наполнителей жидких неоднородных сред. В этой сфере необходимо выделить современные технологии медицинской диагностики и терапии, в частности – способы направленной доставки лекарств.

В настоящем учебном пособии кратко изложены сведения, относящиеся к вышеперечисленным областям (за исключением устройств на основе магнитооптических эффектов и явлений), приведены примеры используемых приборов и устройств, рассмотрены перспективы их совершенствования.

Материал содержит примеры расчета параметров изделий, в составе которых использован магнитный материал, и изложен, исходя из следующей логической цепи: назначение устройства – основные свойства (параметры) применяемого магнитного материала – используемые магнитные материалы – примеры применения.

Используемые магнитные материалы принято делить на две большие группы: магнитомягкие и магнитотвердые. Каждая из этих групп характеризуется набором свойств и параметров, определяющих сферу применения материала.

По номенклатуре и разнообразию выполняемых функций магнитомягкие материалы значительно превосходят магнитотвердые, ежегодный объем их выпуска исчисляется миллионами тонн, в основном – за счет электротехнических сталей для изготовления магнитопроводов трансформаторов, двигателей, генераторов.

Объем выпускаемых магнитотвердых материалов значительно меньше и в основном определяется их использованием при производстве постоянных магнитов и устройств записи и воспроизведения информации.

Учебное пособие состоит из 8 глав.

Вглаве 1 кратко рассматриваются причины возникновения самопроизвольной намагниченности и доменной структуры, а также основные свойства и классификация магнитных материалов.

Глава 2 посвящена описанию принципов действия дросселей, трансформаторов, магнитных усилителей, электрических машин, электромагнитных реле и датчиков. Даются рекомендации по выбору магнитных материалов для соответствующих устройств и виды магнитопроводов.

Вглаве 3 рассматриваются магнитные параметры магнитотвердых материалов, примеры расчета постоянных магнитов и их применения в электрических машинах, магнитных захватах, приборах магнетронного типа и магнетронных распылительных системах.

Вглаве 4 изложены принципы конструирования электромагнитных экранов и поглотителей электромагнитных волн, приведены методы оценки их параметров и примеры практического использования.

Вглаве 5 рассматриваются тенденции развития магнитных запоминающих устройств – от использования материалов с прямо-

угольной петлей гистерезиса (ППГ) до современных и перспективных запоминающих сред с использованием комбинаций слоев материалов толщиной от единиц до десятков нанометров.

Глава 6 посвящена рассмотрению физических свойств жидких неоднородных сред, наполнитель которых включает в себя различные магнитные частицы; приведены примеры их применения в промышленности (в частности, в машино- и автомобилестроении), а также при неразрушающем контроле металлических изделий и в медицине.

Вглаве 7 рассмотрены вспомогательные устройства фидеров, работа которых основана на взаимодействии электромагнитной волны с намагниченным ферритом, объяснены физические эффекты, используемые при создании таких устройств, приведены примеры их исполнения.

Вглаве 8 приведены примеры датчиков различных типов, в конструкции которых используются магнитные материалы, в том числе – индукционных, индуктивных, на основе магнитоупругого эффекта и эффекта магнетосопротивления.

Учебное пособие предназначено для подготовки студентов вузов по направлениям 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» и 28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная техника».

Авторы выражают благодарность заведующему кафедрой микро-

и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» д-ру техн. наук, проф. В. В. Лучинину, а также канд. техн. наук, ст. науч. сотр. С. И. Топталову и канд. хим. наук, доц. И. К. Хмельницкому за ценные критические замечания и помощь в подготовке материала.

1 / 471 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке учебник

#
11.06.20259.61 Mб4Fizicheskie_osnovy_magnitnykh_materialov_s_pometkami.pdf
#
11.06.20259.1 Mб7Primenenie_magnitnykh_materialov.pdf

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ