40.Виды потерь в ферромагнитных материалах. Их физический смысл.

При перемагничивании ферромагнетиков в переменных магнит­ных полях всегда наблюдаются потери энергии в форме тепла. Они обусловлены потерями на гистерезис и динамическими поте­рями. Динамические потери вызываются вихревыми токами, индук­тированными в массе магнитного материала, а отчасти и так назы­ваемым магнитным последействием, или магнитной вязкостью. Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления ферромагнетика. Чем выше удельное сопротивление ферромагнетика, тем меньше потери на вихревые токи. Магнитное последей­ствие особенно заметно проявляется в магнитно-мягких материалах в области слабых полей. Потери на гистерезис для каждого матери­ала могут быть определены по площади статической петли гистере­зиса с учетом масштабов по осям и частоты тока.

В цепях переменного тока рассеяние мощности в катушках индуктивности иногда оценивают тангенсом угла магнитных потерь. Тороидальную катушку индуктивности с сердечником из магнитного материала, собственной емкостью и сопротивлением обмотки которой можно пренебречь, представим в виде схемы, состоящей из последовательно соединенных индуктивности L и сопротивления r1, эквивалентного всем видам потерь мощности в магнетике (рис); для этого случая из векторной диаграммы получим .

41.Магнитотвердые материалы. Их основные характеристики

Общие сведения. По составу, состоянию и способу получения магнитно-твердые материалы подразделяются на: 1) легированные стали, закаливаемые на мартенсит, 2) литые магнитно-твердые спла­вы, 3) магниты из порошков, 4) магнитно-твердые ферриты, 5) пласти­чески деформируемые сплавы и магнитные ленты.

Характеристиками материалов для постоянных магнитов служат коэрцитивная сила, остаточная индукция и максимальная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее пространство. Магнитная прони­цаемость материалов для по­стоянных магнитов ниже, чем магнитно-мягких материалов, причем чем выше коэрцитивная сила, тем меньше магнитная про­ницаемость. Магнит в замкнутом состоя­нии (в виде тороида) не отдает энергию во внешнее пространство. Для отдачи магнитной энер­гии необходимо иметь воздушный зазор (рабочее пространство) между полюсами, т. е. разомк­нутую магнитную цепь. Энергия в воздушном зазоре зависит от длины зазора.

Легированные стали, закаливаемые на мартенсит. Данные стали являются наиболее простым и доступным материалом для постоянных магнитов. Они легируются добавками вольфрама, хрома, молибдена, кобальта. Магнитные свойства, гаран­тируются для мартенситных сталей после осуществления термооб­работки, специфичной для каждой марки стали, и пятичасовой структурной стабилизации в кипящей воде. Мартенситные стали начали применять для производства постоянных магнитов раньше всех других материалов. В настоящее время они имеют ограниченное применение ввиду их невысоких магнитных свойств, но полностью от них не отказываются, так как они дешевы и допускают меха­ническую обработку на металлорежущих станках.

Литые магнитно-твердые сплавы. Большую магнитную энергию имеют тройные сплавы А1-Ni-Fе, которые раньше называли спла­вами альни. При добавлении кобальта или кремния в эти сплавы их магнитные свойства повышаются. Сплав альни с добавкой кремния называли альниси, сплав альни с кобальтом — альнико, а сплав альнико с наибольшим содержанием кобальта — магнико. Магнитные свойства магнитотвердых материалов зависят от кристаллографической и магнитной текстур. У всех магнитно-твердых материалов наилучшие магнитные свойства достигаются при значительном искажении решетки. Резко улучшенные магнит­ные свойства сплава магнико обусловлены не только его составом, но и специальной обработкой — охлаждением магнитов после отливки в сильном магнитном поле. В отношении магнитных харак­теристик сплав магнико анизотропен; наилучшие свойства он обна­руживает в том направлении, в котором при охлаждении на него действовало магнитное поле. Магниты из сплава магнико при равной магнитной энергии в 4 раза легче магнитов из сплава альни и в 22 раза легче магнитов из обычной хромистой стали. Недостатком спла­вов типа альни, альнико и магнико является трудность изготовле­ния из них изделий точных размеров вследствие хрупкости и твер­дости сплавов.

Магниты из порошков. Невозможность получения особенно мелких изделий со строго выдержанными размерами из литых железоникельалюминиевых сплавов обусловила привлечение методов порошковой металлургии для производства постоянных магнитов. При этом следует различать металлокерамические магниты и маг­ниты из зерен порошка. Изготовление первых сводится к прессовке порошка, состоя­щего из измельченных тонкодисперсных магнитно-твердых сплавов, и к дальнейшему спеканию при высоких температурах по аналогии с процессами обжига керамики. Мелкие детали при такой техноло­гии получаются достаточно точных размеров и не требуют дальней­шей обработки. Изготовление вторых аналогично прессовке деталей из пластмасс, только в порошке содержится наполнитель в виде зерен измельченного магнитно-твердого сплава. Из-за жест­кого наполнителя необходимы более высокие удельные давления на материал, доходящие до 500 МПа.

Металлокерамические магниты обычно имеют пористость 3—5%, а запасенная магнитная энергия и остаточная индукция у них на 10—20% ниже, чем у литых магнитов из соответствующего сплава, зато по механической прочности они превосходят литые магниты в 3—6 раз. Магнитные свойства металлопластических магнитов значительно понижены. Коэрцитивная сила снижается на 10—15%, остаточная индукция на 35—50%, а запасенная магнитная энергия на 40—60% по сравнению с литыми магнитами. Понижение магнит­ных свойств объясняется большим содержанием (до 30%) немагнит­ного связующего вещества. Металлопластические магниты обладают высоким электрическим сопротивлением, что позволяет применять их в аппаратуре с переменным магнитным полем повышенной час­тоты.

Магнитно-твердые ферри­ты. Наиболее известен барие­вый феррит ВаО • 6Fe₂О₃ (ферроксдюр). В отличие от магни­тно-мягких ферритов он имеет не кубическую, а гексагональ­ную кристаллическую решетку с одноосной анизотропией. Магниты из феррита бария имеют коэрцитивную силу, доходящую до 240 кА/м, что превосходит коэрцитивную силу маг­нитов системы альни (87 кА/м), однако по остаточной индукции и запасенной магнитной энергии они уступают этим сплавам. Бариевые магниты целесообразно изготовлять в виде шайб и тонких дисков, они отличаются высокой стабильностью в отношении воздействия внешних магнитных полей и не боятся тряски и уда­ров. Удельное сопро­тивление бариевого феррита в миллионы раз выше удельного сопро­тивления литых металлических магнитно-твердых сплавов. Магниты из бариевого феррита можно использовать при высоких частотах. К недостаткам бариевых магнитов следует отнести низкую механическую прочность, большую хрупкость, сильную зависимость магнитных свойств от температуры т. е. на поря­док больше, чем у литых магнитов. Кроме того, они обнаруживают необратимое изменение магнитных свойств после охлаждения от комнатной до низких температур (— 60° С) и нагрева до первоначаль­ной температуры.

Пластически деформируемые сплавы и магнитные ленты. Для записи и воспроизведения звука могут быть использованы магнитно-твердые стали и сплавы. К пластически деформируемым сплавам относятся викаллой, кунифе, кунико и некоторые другие. Магнитно-твердые железоникельалюминиевые сплавы могут быть нанесены на медную ленту, а из аустенитовой нержавеющей стали изготовляют проволоку с Н_с = 32 кА/м, В_г = 0,7 Т и разрывным усилием 15 Н при диаметре 0,1 мм. Опыт показал, что хорошие результаты дают материалы, состоящие из немагнитных пластмассовых лент с нане­сенными на их поверхность слоями оксидных магнитных пленок, например окислов железа — магнетита Fе₃О₄ (черного цвета) и Fе₂О₃ (коричнево-желтого цвета). В практике используют двухслой­ную магнитную пленку и однослойную. В простейшем случае двух­слойная пленка представляет собой ацетилцеллюлозную ленту шириной 6,5 мм и толщиной 35 мм, на которую нанесен слой нитро­лака, содержащий магнетик. Содержание магнетика в жидком лаке по объему примерно 40%. На таких лентах можно вести запись при малых скоростях. При мелком помоле магнитного порошка (размер зерен 0,1 — 5 мкм) шумы получаются незначительными. Разрывное усилие ленты 21—30 Н, растяжение не более 1 %. Монтаж отдельных отрез­ков пленки осуществляется с помощью клея. Пленка лучше всего сохраняется при температуре 15—20° С и относительной влажности воздуха 50—60%. Однослойные пленки изготовляются из поливинил-хлорида или другого линейного полимера с магнитным наполнителем. Однослойные пленки отличаются меньшими шумами, прочны, но легко растягиваются и могут обладать несколько ухудшенными магнитными свойствами.