5.Классификация и параметры магнитных материалов. Классификация магнитных материалов

1. Магнитомягкие материалы.

2. Магнитотвердые материалы.

3. Магнитные материалы специального назначения.

По величине коэрцитивной силы все магнитные материалы делятся на магнитомягкие (Н_s<4000 А/м) и магнитотвердые (Н_s>4000 А/м).

Характерными свойствами магнитомягких материалов являются:

1. Способность намагничиваться до насыщения даже в слабых полях (высокая магнитная проницаемость).

2. Малые потери на перемагничивание.

Магнитотвердые материалы:

1. Большая остаточная индукция B_ост

2. Большая коэрцитивная сила Н_s

Эти материалы перемагничиваются только в очень сильных магнитных полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов.

Сравнивая петли гестерезиса обоих групп материалов можно выделить основное различие – величина коэрцитивной силы Н_s (индукция насыщения, остаточная индукция могут быть примерно одинаковыми).

Для промышленных магнитомягких материалов Наименьшая Н_s = 0,4 А/м , а для магнитотвердых, наибольшая Н_s = 800КА/м

То есть, магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, а магнитотвердые – широкую, с большой коэрцитивной силой.

Условно эти материалы можно разделять:

1. Магнитомягкие (Н_s<800 А/м)

2. Магнитотвердые (Н_s>4000 А/м).

Термины магнитомягкий и магнитотвердый не относятся к характеристике

механических свойств материалов.

Существуют механически мягкие материалы, но магнитотвердые, и наоборот.

К группе материалов специального назначения относят:

1. материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ);

2. магнитострикционные материалы;

3. термомагниты;

4. ферриты СВЧ;

5. материалы с постоянной магнитной проницаемостью;

6. Материалы для звукозаписи

Низкочастотные магнитомягкие материалы

Основным компонентом большинства магнитных материалов является железо.

Чистое железо в элементарном виде – это типичный магнитомягкий материал, магнитные свойства которого зависят от содержания примесей, от структуры материала, размера зерен, наличия механических напряжений.

1. Технически чистое железо – количество примесей менее 0,05%.

М.б. электролитическое – получают методом электролиза раствора сернокислого или хлористого железа.

Карбонильное – получают термическим разложением пентакарбонила железа

Fe(CO)₅ = Fe + 5 CO при t = 200⁰С

2. Электротехнические стали – сплав железа с кремнием Si = (0,5 – 5)%

μ_мак до 8000 , Н_s = 10 – 65 А/м.

Введение кремния увеличивает удельное сопротивление, т.е. снижает потери на вихревые токи. Кроме того, кремний способствует выделению углерода в виде графита, а также почти полному раскислению стали за счет химического связывания кислорода в SiО₂, который выделяется из расплава в виде шлака.

Более 5 % Si не вводят, т.к. ухудшаются механические свойства стали:

1. хрупкость;

2. ломкость.

Это особенно важно при штамповке.

Этот материал – основной магнитомягкий материал массового потребления (до 1 кГц).

3. Пермалои – сплав железа с никелем:

• высоконикелевые пермалои 72-80% Ni

• низконикелевые пермалои 40-50% Ni - меньше стоимость, но магнитные характеристики хуже

Высокониклевые μ_нач до 100000, μ_мак до 300000, , Н_s = 0,5 - 5 А/м

Низконикелевые μ_нач до 4000, μ_мак до 60000, , Н_s = 10 - 30 А/м

Недостатки пермалоев:

1. Высокая чувствительность к механическим воздействиям.

2. Резкая зависимость магнитных свойств от режимов термообработки.

3. Зависимость свойств от частоты.

4. Относительно высокая стоимость, дефицитность отдельных компонентов (прежде всего никеля), необходимость проведения сложного отжига после механической обработки.

Кроме указанных сплавов в промышленности используются сплавы:

Супермаллой (Ni – 79%, Fe – 15%, Mo – 5%, Mn – 0,5%) – высокие магнитные свойства в слабых полях μ_мак = 8000 – 1500000, , Н_s = 0,3 А/м.

• Изопермалой (Ni – 50%, Fe – 50%) + специальная термообработка – почти линейная кривая намагничивания, т.е. μ – const при изменении Н.

Пермалои имеют обозначения 45Н, 50Н, 50НХС, 80НХС, 79НМ, где цифра - % Ni, Х – хром, С – кремний, М –марганец.

Применение:

для изготовления сердечников силовых и импульсных трансформаторов, дросселей, магнитных усилителей.

5. Альсиферы – сплав Fe, Si, Al.

Оптимальный состав: Si – 9,5%, Al – 5,6%, остальное Fe.

μ_нач = 35000, μ_мак = 117000, , Н_s = 1,8 А/м

Этот сплав отличается твердостью и хрупкостью (можно использовать в качестве порошка – магнитодиэлектрики гибкие магнитные материалы).

Применение:

• магнитные экраны;

• корпуса приборов (хрупкость ограничивает применение);

• в виде порошка – наполнителя для использования высокочастотных сердечников.

При работе перечисленных материалов в переменных полях появляются потери на вихревые токи.

Для их уменьшения:

1. Увеличение собственного сопротивления материала, за счет введения примесей Si, Cr, Mn.

2. Использование листовых конструкций. Листы часто покрывают лаком. Чем тоньше лист, тем выше сопротивление и меньше потери на вихревые токи.

Введение примесей и уменьшение толщины материала (увеличение давления при прокатке усиливает деформацию кристаллической решетки) приводят к увеличению потерь на гистерезис.

Поэтому при введении примесей и определении толщины материала необходимо исходить из минимума суммы потерь P_Г + P_f.