Электронное учебно-методическое пособие по учебной дисциплине Материаловедение для учащихся специальности 2-41 01 31 Микроэлектроника

составу феррита и условиям отжига, при которых появление спонтанной прямоугольности петли гистерезиса обусловлено преобладанием процесса необратимого смещения доменных стенок.

2)Ферриты с индуцированной петлей гистерезиса получают после термомагнитной обработки.

По химическому составу различают ферриты с ППГ:

1)Литиевые - приобретают необходимые свойства при введении в состав феррита натрия, магния, марганца и др. Они обладают хорошей термостабильностью электромагнитных параметров.

Процесс их получения протекает со строгим соблюдением состава и при определенной концентрации кислорода при спекании.

2)Марганец-магниевые благодаря большому разнообразию свойств получили наибольшее распространение. Они обладают простотой в изготовлении, повышенной индукцией В; по термостабильности уступают литиевым.

3)Магнитомягкие состоят из железоникелевых из железоникелькобальтовых сплавов, легированных молибденом, медью или другими металлами. Выпускают в виде лент проката толщиной 20...500 мкм, лент микронного проката толщиной 3 мкм, сердечников с частотой перемагничивания примерно десятки килогерц и сердечников микронного проката с минимальным коэффициентом переключения Kg.

б)Ферриты для сверхвысоких частот (СВЧ-ферриты). Диапазон сверх-

высоких частот соответствует частотам от сотен до десятков тысяч мегагерц, т.е. длинам волн от одного метра до нескольких миллиметров.

Для их изготовления используют метод оксидов, с помощью которого получают пластины, стержни, диски. Процесс сопровождается тщательным контролем параметров исходного сырья и технологических операций.

Ферриты, применяемые в диапазоне СВЧ, представляют собой среду, прозрачную для электромагнитных волн; имеют низкие значения тангенса угла диэлектрических потерь tg; высокие значения намагниченности насыщения Мс, позволяющие уменьшить объем ферритовых СВЧ-элементов; высокие плотность и однородность структуры СВЧ-ферритов за счет применения монокристаллического материала; высокое удельное электрическое сопротивление (106...

109 Ом м); высокую температурную стабильность в рабочем интервале температур. Различают:

1)Никелевые СВЧ-ферриты - для изготовления изделий, которые работают в миллиметровом диапазоне длин волн и в коротковолновой части сантиметрового диапазона. Они обладают высокими значениями намагниченности насыщения Ms, высокой термостабильностью.

2)Магниевые СВЧ-ферриты применяют для изготовления изделий, работающих в средней части сантиметрового диапазона. Они имеют значения намагниченности насыщения меньше, чем у никелевых СВЧ-ферритов.

3)Магниевые ферроалюминаты, магниевые и никелевые феррохромиты

181

применяют для изготовления ферромагнитных изделий, работающих в длинноволновой части СВЧ-диапазона. Имеют малые значения намагниченности насыщения, малые магнитные потери, что позволяет применять их в ферритных приборах, работающих в малых подмагничивающих полях; низкие значения температуры Кюри, что ограничивает область их применения.

4) Иттриевые ферриты-гранаты применяют для изготовления различных СВЧ-устройств, работающих в низкочастотной части СВЧ диапазона. Они обладают малыми значениями магнитных потерь, относительно высокой намагниченностью, высокой термостабильностью.

в)Термомагнитные материалы характеризуются сильной зависимостью намагниченности М от температуры в полях, близких к полю насыщения материала. Термомагнитные материалы функционируют обычно в режиме насыщения в интервале рабочих температур от -60 до + 80... 100 °С .Они имеют низкие значения температуры Кюри, близкие к рабочему интервалу температур, так как наибольшая зависимость магнитной индукции от температуры наблюдается в области, близкой к точке Кюри; малые поля, необходимые для насыщения; высокую воспроизводимость характеристик.

К термомагнитным сплавам относят:

1)компенсаторы (термомагнитные сплавы системы железо-никель- хром) наиболее широко применяются, т.к. имеют большие значения намагниченности насыщения; полную обратимость магнитных свойств в диапазоне температур от -65 до + 180 °С; высокую линейность магнитных характеристик, хорошую механическую обрабатываемость.

2)кальмаллои (сплавы системы никель-медь) обладают сравнительно малой магнитной индукцией, поэтому магнитные стержни из этих материалов имеют большие сечения.

3)термаллои (сплавы системы никель-железо) имеют необратимое изменение свойств под действием отрицательных температур; плохую воспроизводимость характеристик.

4)многослойные термомагнитные материалы получают совместной прокаткой листов или полос из термомагнитных сплавов с различными свойствами. Требуемые характеристики многослойных материалов получают в результате подбора исходных полос с необходимыми свойствами и в зависимости от их толщины. Они имеют слабую зависимость намагниченности насыщения, от напряженности магнитного поля Н, малые параметры полей насыщения, возможность заранее рассчитать требуемые свойства материалов, разнообразие получаемых характеристик, однотипность технологии изготовления.

Термомагнитные материалы используют в качестве магнитных шунтов

идобавочных резисторов для компенсации температурной погрешности или обеспечения изменения магнитной индукции в воздушном зазоре по заданному закону; в индукционных печах для поддержки заданной температуры или в реле, момент срабатывания которых зависит от температуры.

182

г) Магнитострикционные материалы характеризуются остаточной ин-

дукцией Вс, коэрцитивной силой Нс, магнитострикционной деформацией насыщения - коэффициентом магнитострикции насыщения s l , где l -

ствием поля.

В качестве магнитострикционных материалов применяют:

1)никель применяют в виде пластин, вырубленных из жесткой неотожженной ленты толщиной 0,1 мм и оксидированных при нагревании на воздухе до температуры 800°С в течение 15...25 мин. Из пластин набирают пакеты, которые устойчивы к коррозии в атмосфере и морской воде.

Никель обладает высокими антикоррозионными свойствами, малым температурным коэффициентом модуля упругости, большим абсолютным значением коэффициента магнитострикции насыщения.

2)пермендюры (сплавы системы кобальт-железо) относятся к сплавам с высокой индукцией насыщения. Наивысшей индукцией насыщения обладает железо, но для уменьшения массы изделий используют сплавы железа с кобальтом и ванадием.

Наиболее известен железоникелевый сплав, легированный ванадием, введение которого улучшает обрабатываемость сплава в холодном состоянии.

Недостатки: малое удельное электрическое сопротивление; высокая стоимость; деффицитность кобальта и ванадия; неустойчивость к коррозии; плохая механическая обрабатываемость.

Пермендюры применяют для изготовления телефонных мембран и изделий, работающих в постоянных или слабых переменных магнитных полях с сильным подмагничиванием постоянным полем.

3)Никель-кобальтовые ферриты обладают лучшими высокочастотными свойствами по сравнению с другими магнитострикционными материалами, конструктивно-технологическими преимуществами, но низкой прочностью и теплопроводностью.

С учетом низкой прочности и теплопроводности магнитострикционные ферриты применяют в прецизионных преобразователях электромеханических и магнитострикционных фильтров, акустических приемниках и излучателях малой

исредней мощности.

д) Аморфные магнитные материалы (АММ). Особенностью АММ явля-

ется отсутствие в них дальнего порядка в расположении атомов. Однако, несмотря на отсутствие периодичности в расположении атомов, АММ обладают упорядоченным расположением магнитных моментов. АММ во многом подобны стеклам и металлическим расплавам. Такие материалы получаются быстрым охлаждением из расплавленного состояния, кристаллизация при этом не успевает осуществиться.

Аморфные магнитные материалы используются в технике магнитной записи и воспроизведения, различных типах специальных трансформаторов, им-

183

пульсных источниках питания и преобразователях постоянного напряжения на частотах до нескольких мегагерц, магнитных усилителях, магниторезистивных головках с высокой плотностью записи, электродвигателях с высоким КПД, в качестве конструкционных материалов.

г) Магнитодиэлектрики. Эти материалы состоят из конгломерата мелкодисперсных частиц ферроили ферримагнитного материала, изолированных между собой органическим или неорганическим диэлектриком - связующим элементом. Благодаря тому, что частицы магнитной фазы изолированы, магнитодиэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением и малыми потерями на вихревой ток, но имеют пониженное значение магнитной проницав мости. Магнитодиэлектрики характеризуются незначительными потерями на гистерезис и высокой стабильностью проницаемости.

Магнитодиэлектрики предназначаются для работы в слабых магнитных полях, близких по значению к коэрцитивной силе, и используются в высокочастотной проводной связи, радиоэлектронике и других областях.

184

ПРАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Лабораторная работа №1 Определение твердости металлов

1 Цель работы:

- изучить правила поведения и меры безопасного выполнения работы;

- провести испытания материалов на твердость по Бринеллю и Роквеллу;

- рассчитать твердость по Бринеллю и сравнить с табличными значениями.

2 Оборудование и материалы:

- твердомеры Бринелля и Роквелла, лупа Бринелля;

- образцы для испытаний.

3 Правила поведения и меры безопасности:

1)Перед тем, как приступить к выполнению работы, тщательно изучите ее

описание.

2)Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.

3)Не оставляйте рабочее место без разрешения преподавателя.

4)Размещайте приборы и образцы на своем рабочем месте таким образом,

чтобы исключить их падение или опрокидывание.

5) Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении

работы.

6)Не включайте источники электропитания без разрешения преподавателя.

7)При проведении опытов будьте внимательны и дисциплинированны, точ-

но выполняйте указания преподавателя.

4 Теоретическая часть

Твердостью называется способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого материала.

Способ Бринелля основан на вдавливании в плоскую поверхность образца

185

При вдавливании алмазного конуса (шкала С)

При вдавливании алмазного конуса (шкала A)

Твердость по Роквеллу выражается в условных единицах HRA, HRB, HRC.

Рисунок 3 - Схема испытания:

Таблица 2 - Протокол испытания на твердость по Роквеллу

5 Порядок выполнения работы

5.1Изучить правила поведения и меры безопасного выполнения работы.

5.2Ознакомиться с принципом действия рычажного пресса для определе-

ния твердости по Бринеллю.

5.3 Произвести испытание на твердость по Бринеллю образца стали и опре-

188

делить твердость.

5.4Ознакомиться с устройством прибора Роквелла.

5.5Провести испытание на твердость по Роквеллу стали в отожженном со-

стоянии, стали в закаленном состоянии, и чугуна. 5.6 Составить отчет по работе.

6 Содержание отчета

6.1Название и цель работы.

6.2Оборудование и материалы.

6.3.Правила поведения и меры безопасности при выполнении работы.

6.4.Оформленное задание.

6.5.Выводы по работе.

7 Контрольные вопросы

7.1Дать определение твердости материала.

7.2Описать способ определения твердости по Бринеллю.

7.3Охарактеризовать способ определения твердости по Роквеллу.

7.4Дать определение числа твердости по Бринелю

7.5Указать причины, по которым методом Бринелля нельзя определить твердость очень твердых материалов.

7.6Назвать преимущество метода Роквелла перед методом Бринелля.

7.7Назвать преимущество метода Бринелля перед методом Роквелла.

189