Магнитные материалы для высоких и свервысоких частот
Эти материалы должны обладать высоким удельным сопротивлением. Этому требованию отвечают ферриты.
Ферриты изготавливают из порошкообразных смесей, составляющих из оксидов железа
(Fe2O3) и др. металлов (ZnO, NiO).Спрессованные изделия спекают при высоких температурах. Наилучшие магнитные свойства имеют сложные или смешанные ферриты, представляющие твердые растворы одного простого феррита в другом. По электрическим свойствам ферриты относятся к полупроводникам. Их применяют для магнитопроводов, работающих в слабых и сильных магнитных полях высокой частоты, работающих до частот 0,01 – 1,5 МГц.
Они имеют Нс = 2-2,4 А/м; ρ = 10-2 – 10 Ом*м.
Отечественная промышленность выпускает более 50 марок поликристаллических ферритов СВЧ (иттриевые ферриты, литиевые, магниевые, никелевые, магниевые феррохромиты), они применяются на частотах от сотен до десятков тысяч МГц.
Обработка ферритов производится абразивным инструментом, ультразвуком ( пайка к меди, алюминию, латуни; прошивка отверстий).
Магнитные свойства ферритов существенно зависят от состава регламентируемого ГОСТом.
Ферриты, работающие на умеренно низких частотах имеют одну группу цифр и буквенное обозначение, например:
-
4000 НМ,
где –4000 магнитная проницаемость μr
НМ – марганец-цинковый феррит
( НН – никель-цинковый, ВТ – с прямоугольной петлей гистерезиса).
НМ ферриты имеют Нс= 2-24А/м, ρ = 10-2 – 10 Ом*м, НН ферриты 20-54 А/м, ρ = 10 – 108 Ом*м соответственно.
Магнитотвердые ферриты (бариевые) имеют Нс= 100-200*103 А/м, ρ = 103 Ом*м, tк=450°C.
СВЧ ферриты имеют в маркировке две группы цифр и одну букву, например: 1СЧ415, где 1 – рабочая длина волны, мм.
Величина Нс= 40-200 А/м, ρ =(1-10)*1010 Ом*м.
Альсиферы представляют нековкие хрупкие сплавы на основе 5,5 – 13% Al, 9-10 % Si, остальное – железо. Альсиферы предназначены для замены дорогих пермаллоев в диапазоне частот до 20 кГц, т.к. на больших частотах в них возникают большие потери на вихревые токи. Они имеют Нс= 2,2 А/м, ρ =0,8 мкОм*м;μmax= 30-35.
Все альсиферы обладают хорошими литейными свойствами. Применяются для изготовления магнитных экранов, корпусов приборов и аппаратов, работающих в постоянных магнитных полях.
Важная особенность альсиферов состоит в том, что их коэффициент магнитной проницаемости в зависимости от содержания кремния и алюминия может быть больше, меньше или равен нулю.
К металлическим магнитотвердым материалам, применяемым для изготовления постоянных магнитов относятся мартенситные высокоуглеродистые стали, сплавы на основе Fe-Al-Ni, металлокерамические материалы и сплавы на основе редкоземельных (иттия, самария) и благородных металлов с кобальтом.
Мартенситные и высокоуглеродистые стали (хромистые, с содержанием хрома 1.3-3.6%, вольфрамовые – 5.2-6.5%, кобальтовые – 5-17%С, с содержанием углерода 0.9-1.1%) применяются при обработке изделий механической обработкой, штамповкой и ковкой. После механической обработки их калят на мартенсит и намагничивают. Большинство материалов имеют Нс= 4000-13000 А/м.
В качестве магнитных материалов применяются давно, но в виду низких магнитных свойств используются довольно редко. Достоинством их является низкая стоимость.
Железоникельалюминиевые сплавы легируют кобальтом, титаном. После термической обработки они приобретают высокие магнитные свойства. Постоянные магниты из этих сплавов можно получать только литьем. Высокая магнитная твердость магнитов из этих сплавов достигается специальной термообработкой. При этом достигается Нс = (10-150)*103 А/м, повышается точка Кюри с 7300С до 8500С.
Маркировка состоит из группы букв и цифр: ЮНКД15, буквы обозначают состав сплава: Ю – алюминий, Н – никель, Д – медь, К – кобальт.
Магнитодиэлектрики представляют конгломерат из измельченного ферромагнетика, частицы которого разделены между собой в электрическом отношении изолирующими пленками из немагнитного материала, являющегося одновременно механической связкой. В качестве немагнитного материала могут быть использованы как органические изоляционные материалы, например, бакелит, полистирол, так и неорганические – стеклоэмаль, жидкое стекло и др.
Магнитные свойства исходного ферромагнетика (наполнителя) сравнительно мало влияют на параметры магнитодиэлектрика, которые определяются особенностями намагничивания совокупности отдельных ферромагнитных частиц и, следовательно, их размерами и формой, взаимным расположением, соотношением между количеством ферромагнетика и диэлектрика. Магнитодиэлектрики обладают высоким удельным электрическим сопротивлением и являются высокочастотными магнитными материалами, но по ряду электрических магнитных параметров уступают ферритам. В отличие от ферритов они имеют более высокую стабильность свойств и отличительную технологию изготовления - технологию производства пластмасс.
Наиболее широко применяются магнитодиэлектрики на основе альсифера и карбонильного железа. Тонкие порошки альсифера применяют для изготовления магнитодиэлектриков методом прессования на прессах под высоким давлением. Используют при изготовлении колец для аппаратуры проводной связи и радиоаппаратуры.
Маркировка включает назначение материала и область применения, например ТЧ-90П, ВЧ-32П, ТЧ-90Р, ВЧ-32Р – буква Т обозначает применение для тональных (низких) частот, В – высоких; а буква П и Р – применение для проводной связи и радиочастоты соответственно. Альсиферы являются дешевыми и недефицитными материалами и имеют широкое применение.
Магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа в зависимости от содержания кремния и алюминия имеют магнитную восприимчивость больше, меньше или равную нулю. Основные марки – Р10, Р100.
Магнитодиэлектрики на основе пермалоев выпускаются с добавлением серы шести марок, например, П-60.