2. 4 Магнитные материалы

Все вещества в природе разделяются на:

1. Диамагнитные – ослабляют магнитное поле.

2. Парамагнитные – незначительно усиливают магнитное поле.

3. Ферромагнитные – способны намагничиваться и усиливать магнитное поле в десятки … сотни тысяч раз: Fe, Ni, Co и их сплавы.

Магнитные свойства характеризуют:

а) магнитным потоком Ф (Вб);

б) магнитной индукцией В (Тл), т.е. интенсивностью магнитного потока;

в) напряжённостью магнитного поля Н (А/м), т.е. интенсивностью поля в вакууме;

г) магнитной проницаемостью материала μ_а = μ_о× μ_r,

где μ_о = 4π×10^-7 Гн/м – магнитная постоянная, μ_r - относительная магнитная проницаемость. Для вакуума (воздуха) μ_r = 1.

У ферромагнетиков μа сильно зависит от Н.

Для них характерно также явление гистерезиса (т.е. отставание магнитной индукции от напряжённости поля), возникающее при намагничивании и перемагничивании ферромагнитного материала.

ОА – кривая начального намагничивания, А и А' – точки магнитного насыщения материала, Вr – остаточная магнитная индукция, Нс – коэрцитивная сила, т.е напряжённость поля необходимая для полного размагничивания сердечника.

Площадь петли гистерезиса построенная в масштабе, отображает потерю энергии на полный цикл перемагничивания ферромагнитного сердечника.

Материалы с малой Нс и малыми потерями на перемагничивание называют – магнитно-мягкими. Их используют для сердечников работающих в переменных магнитных полях (сердечники электрических машин, трансформаторов и др.).

Материалы с большими значениями Нс, Вr и широкой петлёй гистерезиса называют – магнитно-твёрдыми. Их используют для постоянных магнитов.

Каждый ферромагнетик имеет свою температуру Кюри, т.е. потери магнетизма. На магнитные свойства материалов сильно влияют их химический состав и технология изготовления.

1 ) Магнитно-мягкие материалы

а) технически чистое железо. Содержит не более 0,1 % примесей. В зависимости от технологии получения различают электролитическое и карбонильное железо (обычно выпускают в виде порошка, из которого прессуют сердечники для ВЧ полей);

б) электротехническая сталь – содержит до 0,05 % С и 0,7…4,8 % Si.

Кремний улучшает магнитные свойства, повышает электрическое сопротивление, но одновременно увеличивает хрупкость сплава, что затрудняет механическую обработку.

Выпускают в виде листов, рулонов и ленты, часто с нанесением электроизоляционного покрытия.

в) магнитно-мягкие сплавы:

• пермаллои – железо-никелевые сплавы, имеющие высокие магнитные характеристики. Применяются для малогабаритных сердечников;

• альсифер – сплав алюминия, кремния и железа. Очень твёрдый и хрупкий, детали выполняют отливкой или прессованием из порошка со связующим. Имеет близкие к пермаллоям магнитные свойства;

• ферриты – металлокерамика типа МеО×Fe₂O₃, где Ме – двухвалентный металл: Mn, Co, Mg, Ni, Zn. Очень твёрдые и хрупкие. Применяют для ВЧ сердечников и магнитных антенн.