IV.2.8.2. Вимоги до активатору.

§ Іони активатору повинні мати широкі смуги абсорбції і вузькі сильні лінії люмінесценції.

§ Ніж ширше смуга оптичної абсорбції, тим більша частина вилучення накачки використовується для збудження активних іонів.

§ Ніж вже смуга ліній люмінесценції, тем вище характеристики лазерного вилучення і менш необхідна потужність накачки.

§ Бажано щоб частота поглинаючого вилучення несильно перевищувала частоту лазерного вилучення, тому що іде нагрів тіла.

§ Активатор повинен створювати схвильовані метастабільні рівні, на яких накопичується значна кількість електронів. Час їхнього життя визначається вилучательними оптичними переходами.

§ Іони активатору повинні вводитися в матрицю без порушення її оптичної однорідності, механічної тривкості, термостійкості.

Властивості деяких матеріалів, що використаються в твердотельних лазерах.

Питання перевірки знань:

- Що є кераміка?

- З чого складається порцеляна, призначення шкірного компонента?

- Засоби одержання керамічних виробів?

- Загальні електричні, механічні та теплові відомості керамічних виробів.

- Які види ізоляторів влаштовані в електротехніці?

- Стеатит. Склад стеатитових мас, електричні характеристики.

- Дати поняття - конденсаторна кераміка, її коло влаштування.

- Які матеріали з високою діелектричною пронизливістю використовуються в електротехніці ї де саме.

- Надати поняття активний діелектрик.

- Що є спонтанна поляризація та її механізм?

- Перелікувати ізоляційні матеріали, що утворені з мінеральних діелектриків.

- Дати їх фізико-хімічні властивості?

- Що таке скло?

- Які загальні компоненти входять до його складу?

- Які види технологій, що до отримання скла, існують?

- Дати класифікацію скла?

- Які загальні вироби утворюють зі скла?

- Які фізичні процеси існують в активних діелектриках?

- За якою властивістю класифікують сегнетоелектрики?

- Що є температура Кюрі?

- Що таке діелектричний ДОМЕН?

- Які трапляються пронизливості у активному діелектрику?

- Перелікувати коло влаштування діелектриків.

-

Джерела:

Л1 – стор. 226, 261-295;

Л2 – стор.

Л3 – стор.

РОЗДІЛ V. МАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ.

Тема V.1. Загальні поняття про магнетизм.

ПЛАН

V.1.1. Загальні зведення про магнетизм.

V.1.2. Класифікація речовин по магнітних властивостях.

V.1.3. Поняття "ДОМЕН" і процес намагнічування.

V.1.4. Залишкова магнітна індукція, петля гистерезіса.

V.1.5. Утрати при намагнічуванні.

V.1.6. Точка Кюрі.

V. 1.1. Загальні відомості про магнетизм.

Будь-яка речовина, будучи поміщена в магнітне поле, набуває деякого магнітного моменту М свого одиничного обсягу. Цей стан речовини називається НАМАГНІЧУВАНІСТЮ:

Де: М - магнітний момент;

V - елемент обсягу.

Дана характеристика зв'язана з напруженістю Н магнітного поля наступним співвідношенням:

де: km - МАГНІТНА СПРИЙНЯТЛИВІСТЬ - характеристика спроможності речовини намагнічуватися в магнітному полі;

Н - напруженість магнітного поля (кількість магнітно-силових ліній що минають скрізь одиницю обсягу простору).

Намагнічене тіло, яке знаходиться в зовнішньому магнітному полі, створює власне магнітне поле, що направлене паралельно або антипаралельно зовнішньому полю. Тому загальна магнітна індукція у даної системи є алгебраїчною сумою індукцій зовнішнього і власного полів:

де: В - загальна магнітна індукція - кількість накопиченої магнітної енергії в даному матеріалу;

mо=4*+*10-7 Гн/м - магнітна постійна;

В - магнітна індукція зовнішнього поля;

Вi - магнітна індукція внутрішнього поля.

Аналізуючи дві попередніх формули приходимо до висновку:

Де:m=1+km - відносна магнітна проникність, що показує співвідношення магнітної проникності в вакуумі і даному матеріалі.

Магнітна проникність m - спроможність матеріалу впускати всередину себе енергію магнітного поля.

V. 1.2. Класифікація речовин по магнітним властивостям.

Магнітні матеріали поділяються на:

Сильномагнітні:

§ феромагнітні речовини.

Слабомагнітні:

§ парамагнітні речовини;

§ діамагнітні речовини;

§ антіфеpомагнітні речовини;

§ феppимагнітні речовини (хімічні сполучення).

Ø ФЕРОМАГНІТНІ речовини - характеризуються різноманітної ступенем намагнічуваності. При цьому спостерігається модифікація їх лінійних розмінів - магнітострикція - стиск в напрямку намагнічуваності. Дані матеріали здатні намагнічуватися до насичення в відносно слабких полях.

Ø ПАРАМАГНІТНІ речовини - посилюють магнітне поле внутpи себе в слідство збігу їх намагнічуваності зовнішнього магнітного поля (зовнішнє магнітне поле викликає ПЕРЕВАЖНУ орієнтацію магнітних моментів атомів в одному напрямку).

Ø ДІАМАГНІТНІ речовини - послаблюють зовнішнє магнітне поле всередині себе, в наслідок виникнення проти моменту за законом ЛЕНЦА. Cu, Ag, Zn, Au.

Ø АНТИФЕРОМАГНІТНІ речовини - в яких нижче деякої температури toC (точка НЕЄЛЯ або антиферомагнітна точка КЮРІ) спонтанно виникає антипаралельна орієнтація магнітних моментів. При нагріві даний матеріал зазнає фазовий перехід в парамагнітний стан.

Ø ФЕРРИМАГНІТНІ речовини - характеризуються високою магнітною сприйнятливістю, що залежить від напруженості магнітного поля і температури.

V. 1.3. Поняття "домен" і процес намагнічування.

Процес намагнічування краще всього розглядати на прикладі природи феромагнітного стану речовини.

Магнітна властивість - скриті форми рухи електричних зарядів в атомі речовини:

Ø обертання електрона на орбіті атому;

Ø обертання електрона навколо вісі свого руху (спин).

В тих випадках коли спини групи атомів паралельні і напрямок руху їхніх електронів в однаковому напрямку - то вони утворюють зону намагнічування - ДОМЕН, що володіє спонтанною (самопризвільною) намагнічуваємістю з утворенням вектору магнітної індукції В, спрямованого в простір. Цих областей безліч, а за відсутності зовнішніх енергетичних збурень їх магнітні моменти скомпенсовані в загальний нульовий момент.

Домени мають розміри 10^-3¸10 мм³ між доменами області сотень атомних відстаней.

Процес намагнічування зводиться до:

Ø росту доменів що є найменший кут по відношенню до зовнішнього магнітного поля;

Ø зменшенню розмінів доменів, що є інше напрямку В;

Ø обертанню магнітних доменів в напрямку зовнішнього поля;

Ø рівнянню доменів вздовж поля.

V.1.4. Остаточна магнітна індукція, петля гистерезіса.

Процеси намагнічування характеризуються кривими B і H. Явище запізнювання B по відношенню до H - гістеpезіс.

Основні точки кривої:

§ Br - остаточна магнітна індукція - кількість накопиченої магнітної енергії в матеріалу В наслідок перемагнічування;

§ Hc - коерцитивна сила - напруженість магнітного поля, яка разорінтує загальний магнітний момент в матеріалу (размагнічуюча матеріал);

§ Bmax - стан насичення - коли всі домени речовини повернуті вздовж дії магнітного поля.

В залежності від характеристик кривої матеріали поділяють на:

Br – min | |Br - max|

m- min |- МАГНІТОТВЕРДІ |m- max |- МАГНІТОМ'ЯКІ

Hc - max| |Hc - min|

Магнітом'які матеріали звичайно очищені від домішок і крупнозернисті.

До магніто твеpдих матеріалів входять в домішки Co, Cr, W. Із ними проводять гарт в орієнтованому магнітному полі.

V.1.5. Втрати при намагнічуванні.

В наслідок процесу перемагнічування в матеріалу виникають загуби енергії:

§ на гістерезис;

§ на вихрові струми;

§ на магнітну післядію.

Втрати на гістеpезис - виникають в наслідок перемагнічування за один цикл (за період модифікації напрямку поля). Емпірична формула енергії втрат:

де: n - коефіцієнт, що залежить від властивостей матеріалу;

h=1.6¸2 - показник ступеня, приймаючий значення в залежності від Bmax;

Bmax - максимальна індукція в даному циклі перемагнічування.

Емпірична формула потужності, зумовленої втратами на гістерезис:

де: f - частота поля , що додається;

V - одиниця обсягу, що наражається на впливу поля.

Динамічні втрати на віхpеві струми. Емпірична формула потужності, зумовленої втратами на вихреві струми:

де: $ - коефіцієнт, пропорційний питомої провідності речовини, що залежить від геометричної форми і розмірів поперечного перетину намагнічуваємого зразка.

Магнітний післядія - викликає втрати в зв’язку з відставанням магнітної індукції від модифікації напруженості магнітного поля. Спад намагнічуваністі після вимикання магнітного поля відбувається не миттєво, а в течію деякого проміжку часу (від часток милі секунди до декількох хвилин). Час стабільного магнітного стану зростає з підвищенням температури. Причина такої поведінки матеріалу міститься в термальний енергії, що допомагає слабо закріпленим межам доменів переборювати енергетичні перепони, що заважають їхньому вільному зміщенню при модифікації поля - по аналогії з діелектриками нагадує релаксаційну поляризацію.

V.1.6. Точка Кюрі.

При збільшенні температури відбувається дезорієнтація доменів, в зв’язку з збільшенням внутрішньої енергії доменів, що призводить до розпаду доменної структури. Вище деякої температури феромагнетик переходить в парамагнітний стан. Температура такого фазового переходу називається точкою Кюрі. Поблизу даної точки спостерігається ряд особливостей, що відбуваються з матеріалом:

§ зміна питомого Опора;

§ зміна питомої теплоємкості;

§ зміна температурного коефіцієнту лінійного розширення і т. ін..

Намагничуваність при низьких температурах визначена формулою:

де: Jмs - намагничуваність насичення;

Jмo - намагничуваність насичення при температурі абсолютного нуля;

a_o - постійна, що залежить від природи матеріалу.

Намагничуваність при температурах близьких до точки Кюрі:

де:a _o - постійна, для даного матеріалу.

При температурі Кюрі магнітна проникність феромагнетику стає рівній приблизно одиниці. Вище точки Кюрі модифікація магнітної сприйнятливості підкоряється закону Кюрі-Вейсса:

де: C - постійна Кюрі-Вейсса;

Tк - феромагнітна точка Кюрі.

Розтяг і внутрішні напруження знижені M¯ зменшується. Для відновлення властивостей пpоводять віджиг. При намагнічуванні феpомагнітів спостерігається модифікація їх лінійних розмінів - магнітострикція. Знак магнітострикції може мінятися (+,-) і може об’єднувати і (+), і (-) (Fe).

Монокристали різноманітних речовин намагнічуються в різні сторони по різному. Це анізотропія, коли вона виражена досить різко - то прийнято говорити про магнітну. Ця властивість покладена до основ отримання матеріалів з направленими магнітними характеристиками.

Джерела:

Л1-стор. 296-311

Л2-стор. 310-319

Л3-стор. 64-73

Тема V.2. Магнітом’які і Магнітотвеpді магнітні матеріали.

ПЛАН

V.2.1. Магніто - м’які магнітні матеріали:

V.2.1.а. загальні поняття;

V.2.1.б. фактори, які впливають на магнітні властивості матеріалів;

V.2.1.в. магнітні сталі, їх ЕФХ властивості вплив компонентів на магнітні властивості, застосування;

V.2.1.р. пермалої, їх ЕФХ властивості вплив компонентів на магнітні властивості, застосування;

V.2.1.д. альсіфери, їх ЕФХ властивості вплив компонентів на магнітні властивості, застосування.

V.2.2. Магніто - тверді магнітні матеріали класифікація і ЕФХ властивості:

V.2.2.а. леговані сталі, що гартуються на мартенсит;

V.2.2.б. литі магніто тверді сплави;

V.2.2.в. магніти з порошків;

V.2.2.р. магніто-тверді ферити;

V.2.2.д. пластично деформуємі сплави і магнітні стрічки.

V.2.1. Магнітом’які магнітні матеріали.

V.2.1.А. Загальні поняття.

V.2.1.Б. Фактори, які впливають на магнітні властивості матеріалів.

Основні:

§ пружні модифікації зовнішніх розмінів залежать від магнітострикції, якщо вона позитивна M збільшується якщо вона негативна M зменшується;

§ пружні модифікація внутрішнього напруження σ ВНУТ. збільшується

§ M зменшується Hc збільшується (ковка, штампова);

§ віджиг відновлення магнітних властивостей (зняття напруженостей);

§ розмір зерна: дрібне - H більше; крупнозернисте - H менш.

V.2.1.В. Магнітні стали, їх ЭФХ властивості вплив компонентів на магнітні властивості, застосування.

Ø НИЗЬКОВУГЛЕРОДИСТА КРИЦЯ (технічно чисте залізо). В наслідок домішку C, S, Mn, Si ін., магнітні властивості погіршуються. Одержують шляхом рафінування чавуну в мартенівських печах або конверторах і мають суму домішок до 0.13%. За рубежем цей матеріал називається Аpміко - залізо.

Ø НИЗЬКОВУГЛЕРОДИСТА ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНА КРИЦЯ - це одна з видів технічно-чистого заліза. C=0. 04% інші домішки =0. 6%

Ø ОСОБЛИВО ЧИСТЕ ЗАЛІЗО - кількість домішок =0.05%

Ø ЕЛЕКТРОЛІТИЧНЕ ЗАЛІЗО - виготовляють електролізом розчину сечокислого залоза: A (анод) - чисте залізо; K (катод) - криця м'яка. На катод відкладається шар 4-6 мм. Після ретельного промивання доводять до порошкового стану в шарових млинах після чого вакуумний віджиг і переплавка в вакуумі.

Ø КАРБОНІЛЬНЕ ЗАЛІЗО - одержують термічним розчиненням пенто - карбонілу заліза Fe(CO)₅=Fe+5CO. Пентокаpбоніл - рідина, яка отримана з водного окису вуглецю на Fe при t=200⁰С; P=15МПа.Це залізо має вид тонкого посошка. З нього пресують осердя з більшими величинами Br.

Ø ЛИСТОВА ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНА КРИЦЯ - основний магнітом'який матеріал масового споживання. Властивості Si - p ріст. - tgδ зменшується m _H - початкова проникливість при H=0

§ Гідність: C - в виді графіту, майже повне розкислення криці. m _H зростає - H_C зменшується. і зниження загубив на гістеpезіс

§ Недолік: при Si>5% знижуються механічні властивості; з'являється ломкість.

Марки Э11 - Э13 Э41 - Э48 Э21 - Э22 Э310 - Э380 Э31 - Э32 Э1100 - Э3200

Розшифрування марок: 1 - цифра кількість Si; 1,2,3 – з’ясовує питомі загуби при перемагнічуванні; 5.6 - при роботі в слабких полях; 3 цифра =0 – холоднокатана; 3.4 цифра =00 - холоднокатана текстурована. Розміри виробів: h=(0.1¸1)мм; b=(0.24¸1)м; l=(0.72¸2)м.

Характеристики електротехнічної криці

§ магнітна індукція B - з'ясовує відповідність магнітного поля (kA/м)

§ сумарні загуби в (ВТ/кг) криці

V.2.1.Г. Пермалої, їх ЕФХ властивості вплив компонентів на магнітні властивості, застосування.

Ø ПЕРМАЛОЇ - це залізонікелеві сплави. Бувають: - низько нікелеві Ni=40-50%; - високо нікелеві Ni=72-80%.

Характеристика ПЕРМАЛОЮ.

m_max отримають, коли сплавлення має Ni=78,5%.

Вплив легуючих добавок:

• Ріст Mo; Gr в сплавленні - дає ріст - m і r. Сплавлення, що отримуються чутливі до механічних деформацій.
• Ріст Cu при m =const в хім. Складі дає стабільність температури поверхні і ріст r; покращується обробка металу.
• Ріст Si, Mn дає ріст r - поверхневого опору.

H – нікель; C – кpемній; K – кобальт; D – мідь; M – маpганець; Y - покращення властивостей; X - хром П - з прямокутної петлею гістеpезісу.:

СУПЕРМАЛОЙ - 79 Ni; 5 Mo; 15Fe; 0.5 Mn

m_H=100000; m_max=1.5*10⁶; Hc=0.3 А/м; Bmax=0.8; r=0.6*10⁶ Ом*м

Влаштування різноманітних марок:

§ 45HІ5OH - осердя малогабаритних силових трансформаторів і деталей магнітних ланцюгів;

§ 50HXC - осердя імпульсних трансформаторів і апаратури зв'язку НВЧ;

§ 79HM; 780HXC; 76HXD - осердя малогабаритних трансформаторів, магнітних підсилювачів.

V.2.1.Д. Альсифери, їх ЕФХ властивості вплив компонентів на магнітні властивості, застосування.

Альсифеpи - сплав Fe з Si і Al. Оптимальний склад 9.5% Si 5.6% Al інше Fe. Володіють: твердістю, ломкістю, але може бути виготовлений в виді фасонних виливок. Характеристики: mh=35500; m max=12000; Hc=1.8 А/м; r=0.8*10⁶Ом*м

Вироби з альсифеpу: магнітні екрани, корпуси пристроїв. Завдяки ломкості його можна розчиняти в порошок для виготовлення B4 пресованих осердь разом в карбонільним залізом.

V.2.2. Магнітотвеpді магнітні матеріали класифікація і ЕФХ властивості.

Характеристика сплавів.

а) коерцитивна сила.

б) залишкова індукція і максимальна енергія окремим магнітом у зовнішній простір.

в) магнітна пронизливість нижче магнітом'ягких.

H повів. - M зменьшується.

Є найбільше простим і доступним матеріал для постійних магнітів.

Легується добавками W; Cr; Mo; Co

V.2.2.а. Леговані криці, що гартуються на мартенсит.

Склад і властивості криць.

Це мартенситні криці. Теpмообpобока спеціально для кожної з криць. П'яти годинна структурна стабілізація в киплячій воді.

Ці матеріали почали влаштовувати першопередніми в якості матеріалу для магнітів. У сьогоденний час через невисокі магнітні властивості майже на влаштовується, але від них не відказуються, тому що дешеві і допускають обpобку на верстатах.

Велику магнітну енергію мають сплави Al-Nі-Fe (??).

При додаванні Sі і Co їхні властивості підвищуються

???+Sі

???+CO max

???+Co

Магнітні властивості залежать від структур: кристалографічної і магнітної.