МАГНІТОТВЕРДІ МАТЕРІАЛИ
За складом, станом і способом отримання поділяються на:
– леговані мартенситові сталі;
– відливні магнітотверді сплави;
– магніти з порошків;
– сплави, що пластично деформуються.
Характеристикою матеріалів для постійних магнітів слугує коерцитивна сила, залишкова індукція і максимальна енергія, що віддається магнітом у зовнішній простір. Магнітна проникливість матеріалу для постійних магнітів нижче, ніж у магнітом’яких матеріалів, причому чим вища Нс , тим менша магнітна проникливість.
Магнітний потік кільця (замкнутий стан) знаходиться в його середині. При наявності повітряного зазору між полюсами частина енергії буде знаходитись зовні матеріалу магніту. ЇЇ величина залежить від розмірів зазору. Причому індукція проміжку буде менше залишкової індукції (рис. )
Рис. Магнітні характеристики кільця.
Питома магнітна енергія в зазорі:
Wd=0.5 BdHd
(чим більший зазор, тим менша в ньому індукція).
При замкненому магніті Bd=Br , а Hd=0. При великому зазорі Bd=0, а Hd= Hс. При деяких значеннях Hd і Bd досягається Wmax=0.5 BdHd, що визначає найкраще використання магніту і є найважливішою характеристикою матеріалу.
Для характеристики таких матеріалів використовують поняття коефіцієнта випуклості кривої розмагнічування матеріалу:
g=(BH)max/2BrHc
З часом магнітний потік постійних магнітів зменшується – настає старіння магніту. Воно може бути оберненим ( результат механічної вібрації, ударів, температурної зміни та дії зовнішнього постійного поля) і незворотним (структурні зміни).
16.1 Леговані мартенситові сталі
Найбільш доступні для виготовлення постійних магнітів. Вони вміщують вольфрам, хром, молібден, кобальт. Wmax=1...4кДж/м3. Магнітні властивості гарантуються після термообробки та п’ятигодинній стабілізації в киплячій воді. На сьогодні мають обмежене застосування.
16.2 Відливні магнітотверді сплави
Альні – сплави системи алюміній-нікель-залізо. Поділяються на:
– альнісі – додають кремній;
– альніко – додають кобальт;
– магніко – кількість кобальту більше 24%.
Мають Wmax=3,6...40 кДж/м3. Недолік – важко виготовити вироби точних розмірів внаслідок крихкості; обробіток – тільки шліфуванням (висока твердість).
Сплави, що містять кобальт, використовують при вимогах підвищених магнітних властивостей і ізотропності матеріалу.
16.3 Магніти з порошків
Металокерамічні магніти. Виготовляють пресуванням тонкодисперсних порошків магнітних сплавів при подальшому їх спіканні при високих температурах (як кераміка). Отримують точні розміри і не потребують подальшого обробітку. У них на 10...20% магнітна енергія нижча ніж у відливних, але за механічною міцністю в 3...6 раз перевищують останні. Wmax=3...16 кДж/м3.
16.4 Сплави, що пластично деформуються
Вікалой (34% заліза, 52% кобальту, 14% ванадію) Нс= 36А/м при Br=1 Тл. Дозволяє виготовити стрічку і проволоку. Використовують для звукозапису, але не в широкому діапазоні частот (особливо у високочастотному діапазоні). Для виконання цих вимог використовують магнетит . Його наносять на ацетилцелюлозну стрічку і отримують магнітну стрічку з параметрами Нс=6,4...20 А/м Br=0,8...0,4 Тл.
16.5 Сплави на основі рідкоземельних металів
| Сплави | |||||
| YCO | CeCO5 | SuO5 | YMM | CeMM | |
| Wmax, кДж/м3 | 112.4 | 75.6 | 90.4 | 90.4 | 79.2 |
| Нс, кА/м |
Y – ітрій; Ce – церій; Su – самарій; ММ – мішметал (суміш рідкоземельних металів з перевагою одного з них)
ФЕРИТИ
Магнітна кераміка з незначною електронною електропровідністю. Питомий опір в 106...1011 раз перевищує питомий опір заліза, тобто має високі магнітні властивості, а також невеликі втрати енергії в області підвищених і високих частот.
За хімічним складом ферити являють собою систему із оксидів заліза і оксидів двовалентних (рідше одновалентних) металів. В природі ферити зустрічаються у вигляді магнітного залізняку (FeO-Fe2 O3) з магнітними властивостями і з’єднання ZnO-Fe2O3 , CdO- Fe2O3 з немагнітними властивостями.
Наявність магнітних властивостей визначається кристалічною структурою матеріалу.
В техніці застосовуються ферити – оксифери (складні оксидні феримагнетики) типу:
m NiO×Fe2O3 + n ZnO× Fe2O3 + p FeO× Fe2O3 ,
де т, п, р – коефіцієнти кількісних співвідношень компонентів.
Технологія виготовлення: феритовий порошок із попередньо обпечених оксидів з добавкою полівінілового спирту (пластифікатор) пресують під тиском в певну форму. Потім обпікають при температурі 1100...14000С в повітрі, щоб виключити наявність вільного водню та запобігти відновленню оксидів. Усадка – до 20%. Ферити крихкі, тверді матеріали, тому обробляються шліфовкою та поліровкою.
17.1 Магнітом’які ферити
Найбільш широкого застосування набули нікель–цинкові (NiZn), марганець–цинкові (MnZn), літій –цинкові (LiZn).
Нікель-цинкові розбиваються на три групи за значенням магнітної проникливості:
І група m ³ 10000 – застосовуються для частот в декілька сот кГц. Область застосування обмежена точкою Кюрі.
ІІ група m = 2000...6000 – застосовують для частот в декілька МГц.
ІІІ група m = 1000...1600 – застосовують для частот до декілька десятків МГц при точці Кюрі 4000С.
IV група m = 100...500 – при частоті до 200 МГц.
Марганець–цинкові випускають з m = 5500...6000 – застосовують як осердя імпульсних трансформаторів і для апаратури дальнього зв’язку при частоті до декілька сотень кГц.
Літій–цинкові – точка Кюрі більше 3000С, m = 3000...6000.
Ферити з прямокутною петлею гістерезисну характеризуються коефіцієнтом прямокутності:
kn = Br/Bmax
Бажано, щоб kn» 1 з метою забезпечення швидкого перемагнічування.
17.2 Магнітотверді ферити
Барієві ферити (BaO×6Fe2O3) – фероксдюри. Відрізняються від магнітом’яких феритів кристалічною граткою. Має не кубічну, а гексагональну. Випускають марок БІ (барієвий ізотропний) і БА (барієвий анізотропний). Технологія виготовлення БІ така ж як і магнітом’яких. БА виготовляють в орієнтованому магнітному полі з Н = 650...800 кА/м , Wmax= 12,4 кДж/м3 при Br= 0,38 Тл і Нс= 240 кА/м у вигляді шайб і дисків. Вони не бояться струсів і ударів. Відносно легкі, r = 104...107 Ом×м, тобто в 106 вище відливних металів. Можна використовувати при високих частотах. В 10 раз дешевші відливних . Недоліки: низька механічна міцність, крихкість, залежність магнітних властивостей від температури, незворотність властивостей при зниженні температур до (-600С) і нагріванні до початкової.
Кобальтові магніти характеризуються більшою температурною стабільністю порівняно з барієвими, але мають високу вартість.
Магнітотверді ферити застосовуються в електродинамічних гучномовцях, мікро двигунах, вимірювальних приладах.
Завдання для самостійної підготовки
1. Вивчити природу взаємодії речовини з із магнітним полем.
2. Встановити фізичну суть процесу намагнічування феромагнетиків.
3. З'ясувати природу впливу зовнішніх факторів на магнітні властивості феромагнетиків.
4. Вивчити природу та область застосування магнітострикції.
5. Визначити шляхи поліпшення частотних характеристик магнітних матеріалів.
6. Визначити області застосування магнітних матеріалів з врахуванням вашої спеціальності.
7. Вивчити вплив відпалу та загартовування на магнітні властивості металевих феромагнетиків.
Контрольні запитання
1. Наведіть визначення основних фізичних величин та технічних параметрів, що пов’язані з магнітними властивостями.
2. Чим зумовлені магнітні властивості різних матеріалів?
3. Як класифікуються матеріали у відповідності з їхніми магнітними властивостями?
4.Які показники властивостей магнітних матеріалів є основними?
5. Опишіть природу феромагнетизму і принципи класифікації феромагнітних матеріалів?
6. Як магнітні властивості матеріалів пов'язані з їхньою структурою?
7. Як визначають основні показники властивостей феромагнітних матеріалів?
8. Які зовнішні фактори впливають на магнітні властивості феромагнетика?
9. Призначення магнітом’яких і магнітотвердих феромагнетиків.
10. Чим зумовлені магнітні втрати у магнітних матеріалах і як можна їх зменшити?
Запитання для контрольних робіт
237-246. Для заданого магнітом’якого матеріалу за кривою розмагнічування обчисліть та побудуйте залежність магнітної індукції від магнітної енергії.
| Номер задачі | Марка | Параметр | Значення Н, кА/м та В, Тл | |||||
| 200НН | В | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 1,0 | 2,0 | 2,5 | |
| Н | 0,04 | 0,095 | 0,11 | 0,14 | 0,16 | 0,165 | ||
| В | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 1,0 | 2,0 | 2,5 | ||
| Н | 0,65 | 1,07 | 1,21 | 1,3 | 1,41 | 1,44 | ||
| 50НХС | В | 0,01 | 0,03 | 0,05 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | |
| Н | 0,2 | 0,53 | 0,75 | 1,05 | 1,24 | 1,28 | ||
| 79НМ | В | 0,01 | 0,03 | 0,05 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | |
| Н | 0,53 | 0,66 | 0,69 | 0,73 | 0,77 | 0,79 | ||
| 2000НН | В | 0,01 | 0,03 | 0,05 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | |
| Н | 0,07 | 0,15 | 0,18 | 0,2 | 0,226 | 0,28 | ||
| Карбонільне залізо | В | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,05 | 0,07 | 0,1 | |
| Н | 1,18 | 1,3 | 1,38 | 1,48 | 1,55 | 1,6 | ||
| Залізо технічне | В | 0,5 | 1,0 | 2,5 | 5,0 | 10,0 | 30,0 | |
| Н | 1,38 | 1,45 | 1,62 | 1,71 | 1,81 | 2,05 | ||
| В | 0,5 | 1,0 | 2,5 | 5,0 | 10,0 | 30,0 | ||
| Н | 1,2 | 1,37 | 1,53 | 1,63 | 1,76 | 2,0 | ||
| В | 0,5 | 1,0 | 2,5 | 5,0 | 10,0 | 30,0 | ||
| Н | 1,6 | 1,7 | 1,85 | 1,9 | 1,95 | 2,0 | ||
| Альсифер | В | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | |
| Н | 0,08 | 0,15 | 0,21 | 0,26 | 0,3 | 0,34 |
247-261. Для заданого магнітотвердого матеріалу за кривою розмагнічування обчисліть та побудуйте залежність магнітної індукції від магнітної енергії.
| № задачі | Марка | Параметр | Значення Н, кА/м та В, Тл | ||||||
| 1НД4 | Н | ||||||||
| В | 0,05 | 0,53 | 0,34 | 0,21 | |||||
| 1НДК15 | Н | ||||||||
| В | 0,75 | 0,67 | 0,56 | 0,42 | 0,2 | ||||
| 1 НДК24 | Н | ||||||||
| В | 1,23 | 1,22 | 1,17 | 1,03 | 0,8 | ||||
| 0,7БІ | Н | ||||||||
| В | 0,18 | 0,15 | 0,09 | 0,02 | |||||
| 1БІ | Н | ||||||||
| В | 0,22 | 0,18 | 0,12 | 0,07 | |||||
| 3БА | Н | ||||||||
| В | 0,3 | 0,25 | 0,2 | 0,12 | 0,05 | ||||
| ЕХ | Н | ||||||||
| В | 1,05 | 1,0 | 0,92 | 0,84 | 0,65 | ||||
| Е7В6 | Н | 5,5 | |||||||
| В | 1,1 | 1,05 | 0,98 | 0,90 | 0,75 | 0,35 | |||
| 1,5ФК | Н | ||||||||
| В | 0,26 | 0,23 | 0,2 | 0,17 | 0,14 | 0,1 | 0,06 | ||
| ММК1 | Н | ||||||||
| В | 0,48 | 0,46 | 0,42 | 0,34 | 0,28 | 0,2 | 0,1 | ||
| ЮНДК24Б | Н | ||||||||
| В | 1,23 | 1,22 | 1,2 | 1,15 | 1,08 | 0,8 | |||
| ЮНДК25А | Н | ||||||||
| В | 1,41 | 1,31 | 1,29 | 1,26 | 1,21 | 1,17 | 1,09 | ||
| ЮНДК35Т5 | Н | ||||||||
| В | 1,06 | 1,02 | 0,98 | 0,93 | 0,86 | 0,72 | 0,55 | ||
| ЮНДК18С | Н | ||||||||
| В | 1,27 | 1,24 | 1,2 | 1,05 | 0,94 | 0,84 | 0,67 | ||
| ММК10 | Н | ||||||||
| В | 0,8 | 0,73 | 0,63 | 0,57 | 0,5 | 0,43 | 0,32 |
262-280. Дайте означення, опишіть основні властивості і назвіть області застосування заданих матеріалів. Наведіть параметри їхніх типових представників:
| Ферити з прямокутною петлею гістерезису | |
| Феромагнетики з постійною проникністю | |
| Ферити з великою магнітострикцією | |
| Ферити з малою коерцитивною силою | |
| Надвисокочастотні ферити | |
| Феромагнетики з прямокутною петлею гістерезису | |
| Магнітодіелектрики | |
| Магнітотверді ферити | |
| Термомагнітні матеріали | |
| Феромагнетики з великою магнітострикцією | |
| Електротехнічні сталі | |
| Пермалої | |
| Альсифери | |
| Леговані мартенситові сталі | |
| Ливарні висококоерцитивні сполуки | |
| Металокерамічні магніти | |
| Металопластичні магніти | |
| Металеві та неметалеві матеріали для звукозапису | |
| Залізо |
Опишіть явище магнітострикції. Як воно використовується у техніці? Наведіть найпоширеніші магнітострикційні матеріали та їхні параметри.
Опишіть механізм впливу частоти магнітного поля на магніт ні властивості матеріалу та шляхи розширення частотного діапазону застосування матеріалів.
Опишіть явище гістерезису у магнітних матеріалах. Як використовується гістерезис у техніці? Як понизити втрати на гістерезис?
Опишіть механізм впливу температури на магнітні властивості феромагнетиків. Яка β можливість понизити вплив температури на характеристики магнітопроводу?
Опишіть причини магнітних втрат у матеріалі. Покажіть основні шляхи їxнього зниження, проілюструйте все прикладами.
Вплив механічних напруг і структури речовини на її магнітні властивості.
Дата добавления: 2015-02-10; просмотров: 3931;