Тема 17. Магнітом’які матеріали
До магнітом’яких матеріалів відносяться технічно чисте залізо, листова електротехнічна сталь, сплави заліза з нікелем, що підучили назву пермалоїв і альсиферів - сплави заліза, кремнію й алюмінію. Усі ці матеріали мають високу магнітну проникність, дуже малу коерцетивну силу і невеликі втрати на гістерезіс.
Самим масовим магнітом’ким матеріалом, що має широку область застосування, є листова електротехнічна криця сталь. Ця сталь є сплавом заліза з кремнієм, зміст якого в ній 0,8-4,8%. Електротехнічна сталь виплавляється в мартенівських печах. Аркуші виготовляються прокаткою сталевого злитка в гарячому або холодному стані. Тому розрізняють гарячекатаною і холоднокатану сталь. Гарячекатана сталь у магнітному відношенні не анізотропна, тобто її магнітні характеристики однакові у всіх напрямках.
Застосування повторної прокатки аркушів стали в холодному стані з наступним віджигом істотно змінює її кристалічну структуру за рахунок орієнтації ребер кристалів уздовж напрямку прокатки або інших слів відбувається текстурування сталі. Текстурування сталі відрізняється великою анізотропією: магнітні властивості її в кілька разів вищє в подовжньому (по ходу прокатки) напрямку.
Необхідно розібратися з маркіруванням електротехнічної сталі, її характеристиками і застосуванням в електромашинобудуванні.
Пермалой являє собою залізо-нікилевий сплав. Він призначений для одержання великих індукцій у слабких магнітних полях. Розрізняють високо-нікелевий (зі змістом нікелю до 80%) і низько-нікилевий (до 50%) пермалої. Високо-нікилевий пермалой використовується при виготовленні магнітних підсилювачів, слабкострумових трансформаторів, котушок індуктивності апаратури зв'язку й автоматики. Низько нікелевий пермалой використовується в телефонії і радіотехніку для деталей електромагнітних реле, полюсних наконечників, магнітних екранів. Порошкоподібний пермалой застосовують у виробництві магнітодіелектриків.
Технічно чисте або так називане армко-залізо містить дуже мало домішок (соті частки відсотка). Його виплавляють у мартенівських печах з особливо чистих руд, інший вид технічно чистого заліза - електролітичне залізо одержують методом електролітичного осадження з розчину сірчанокислого або хлористого заліза.
Значне
застосування одержало залізо високої
хімічної чистоти, називане карбонільним
залізом. Воно являє собою порошок,
виділюваний з карбонілу заліза
при температурі 200-250°С и тиску 150 МПа.
Залізо, арміко-залізо, електролітичне залізо і карбонільне залізо використовуються у виробництві магнітодіелектриків.
До числа матеріалів з більшою початковою магнітною проникністю відноситься альсифер, що представляє сплав алюмінію, кремнію і заліза. Він використовується для магнітних екранів, корпусів приладів, деталей магнітодроту для роботи на постійному струмі. Альсифер, здрібнений у тонкий порошок, застосовується у виробництві магнітодіелектриків.
Для зменшення температурної похибки вимірювальних приладів використовують термомагнітні сплави-матеріали, що мають різну залежність магнітної індукції від температури. Такими сплавами є мідно-нікелевий сплав - кальмалой, залізо-нікелевий - термалой і залізо-нікелевий залізо-нікель-хромовий – компенсатор.
У ряді випадків потрібно такий матеріал, у якого магнітна проникність не залежить від напруженості магнітного поля. До таких матеріалів відноситься пермінвар - потрійний сплав заліза, нікелю і кобальту.
Література: Л-1, стор. 325-349; Л-2,стор. 294-305; Л-3, стор.73-82; Л-5, стор. 319-326,
Тема ІІ.2. Магнітотверді матеріали
Магнітотверді матеріали використовуються для виготовлення постійних магнітів. У таких матеріалів стан намагніченості зберігається досить тривалий час. Магнітними характеристиками цих матеріалів є висока коерцетивна сила, велика залишкова магнітна індукція, і, отже, велика анергія. Класифікувати магнітотверді матеріали можна по різних ознаках. Гарною ознакою для класифікації є технологічність: матеріали ковкі й оброблювані різанням; матеріали, що не піддаються куванню, що переробляються у вироби методом фасонного лиття і не обробляються різанням, а тільки шлифуванням; матеріали, що переробляються у вироби з порошків шляхом пресування зі зв'язуванням або металокерамічним способом.
Основними ковкими матеріалами є хромисті, вольфрамові і кобальтові сталі. Найбільш високими магнітними властивостями володіє кобальтова сталь. Знаходить застосування також залізо-кобальтово-молібденовий сплав (ремалой). У деяких приладах застосовують сплави заліза з платиною або кобальту про платину. Вони мають дуже велику коерцетивну силу. Особливу групу складають сплави, здатні до холод -ний прокатці і волочінню. Це сплави міді, нікелю і заліза (куніфе), міді, нікелю і кобальту (куніко), заліза, кобальту і ванадію (вікалой), залізо-марганцевий сплав із присадками титану або алюмінію.
Варто ознайомитися з магнітними характеристиками й областями застосування ковких матеріалів.
Велику групу магнітотвердих матеріалів представляють сплави, що унаслідок високої твердості та крупнокришталевої будівлі погано піддається механічній обробці. Деталі з них одержують методом лиття або порошкової металургії. Основними компонентами цих матеріалів є залізо, алюміній (у позначеннях застосовується буква Ю), нікель (Н), мідь (Д), кобальт (ДО), титан (Т).
Залізо-нікель-алюмінієві сплави, як і залізо-нікель-алюмінієво-мідні і залізо-нікель-алюмінієво-кобальтові використовуються також для одержання деталей металокерамічним засобом. Необхідно вивчити технологію одержання магнітів з магнітотвердих матеріалів, їхнє загартування, намагнічування, старіння, а також основні магнітні властивості.
Література: Л-1, стор. 351-358; Л-2,стор. 309-311; Л-3, стор. 82-88; Л-5, стор. 338-346.
Тема ІІ.3. Спеціальні магнітні матеріали.
Через великі втрати на вихрові струми звичайні магнітні матеріали у високочастотній техніці незастосовні. Для високих частот необхідні магнітні матеріали з великим електричним опором. Такими матеріалами є ферити та магнітодіелектрики.
ферити виготовляють із суміші окису ж лоза з окислами інших металів за принципом керамічної технології.
ферити можуть бути магнітом’якими та магнітотвердими. Перші одержують з використанням окислів нікелю, марганцю, цинку, літію, міді, другі - з використанням окислів барію і кобальту.
Варто розібратися з маркіруванням, властивостями і застосуванням основних типів феритів.
Магнітодіелектрики містять магнітний матеріал у мілкодисперсному стані, зерна якого обволікаються електроізоляційним матеріалом. Це значно знижує втрати, зменшуючи до деякої міри і магнітну проникність.
Основними видами магнітодіелектриків є: альсифер з неорганічним зв'язуванням з рідкого скла, альсифер з амінопластовим зв'язуванням, альсифер з полістирольним зв'язуванням, карбонільне залізо зі зв'язкою з фенолформальдегідної смоли, рідкого скла, або полістиролу.
Необхідно знати способи одержання, властивості й області застосування магнітодіелектрики.
Література: Л-2,стор. 299-З05, 311-313; Л-3, стор, 79-82,88-89., Л-5, стор. 326-338
Розділ ІІІ. Провідникові матеріали.
Тема ІII.1. Електричні характеристики і властивості провідникових матеріалів
Як провідникові матеріали використовують чисті метали, сплави металів, а також матеріали на основі вуглецю.
Чисті метали складають групу провідникових матеріалів з малим питомим опором. З цих матеріалів (мідь, алюміній, рідше сталь і ін.) виготовляють обмотувальні, монтажні, настановні проводи і кабелі.
Крім матеріалів з малим питомим опором, в електротехніку застосовують матеріали з великим питомим опором. Це переважно сплави на основі міді, заліза, нікелю, хрому й інших металів. Виробу з них застосовуються в реостатах і резисторах. Більшість провідникових сплавів може працювати при температурі до 5000С, у той час, як у ряді випадків потрібна робота при більш високих температурах. Для цих цілей використовуються жаростійкі сплави.
Окремі групи складають припої-сплавлення, застосовувані для пайки, матеріали, використовувані для термопар, вугільні матеріали і вироби.
При вивченні теми необхідно розглянути основні електричні характеристики перерахованих груп матеріалів: питомий опір і його залежність від температури, домішок і термообробки. Потрібно розібрати фізичну сутність надпровідності і перспективи її застосування. Варто також зупинитися на появі контактної різниці потенціалів стику двох металів і використанні цього явища в термопарах і термоелектрогенераторах.
На закінчення потрібно вивчити методику визначення температурного коефіцієнта опору провідників.
Література: Л-1, стор. 27-45, 48-57, 63-67; Л-2, стор.247-250; Л-3, стор.7-23; Л-4, стор.42-45.