С наступающим Новым 2014!

Металлические магнитно-мягкие материалы Основными магнитно-мягкими материалами, применяемыми в радиоэлектронной аппаратуре, являются карбонильное железо, пермаллои, альсиферы и низкоуглеродистые кремнистые стали.

Классификация магнитных материалов

Классификация веществ по магнитным свойствам

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Магнитный момент единицы объема называют намагниченностью J_м:

J_м=M/V

Намагниченность связана с напряженностью магнитного поля:

J_м=k_мH,

где k_м – безразмерная величина, характеризующая способность данного вещества намагничиваться в магнитном поле и называемая магнитной восприимчивостью.

Первопричиной магнитных свойств вещества являются внутренние скрытые формы движения электрических зарядов, представляющие собой элементарные круговые токи, обладающие магнитными моментами. Такими токами являются орбитальные спины и орбитальное вращение электронов в атоме.

По реакции на внешнее магнитное поле и по характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно разделить на пять групп:

– диамагнетики;

– парамагнетики;

– ферромагнетики;

– антиферромагнетики;

– ферримагнетики.

Диамагнетики – магнитная проницаемость m меньше единицы и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля

К диамагнетикам относят инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть и др.), большинство полупроводников и органических соединений. Диамагнетики – все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии.

Парамагнетики – вещества с m больше единицы, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля

К числу парамагнетиков относятся: кислород, окись азота, щелочные и щелочно-земельные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.

К ферромагнетикам относят вещества с большой магнитной проницаемостью (до10⁶), сильно зависящей от напряженности внешнего магнитного поля и температуры

Антиферромагнетиками являются вещества, в которых ниже некоторой температуры Т° спонтанно возникает антипараллельная ориентация магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки

Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца и ряда редкоземельных элементов (Ce,Nd,Sm,Tm и др.)

К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Магнитная проницаемость у них высока и сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

Свойствами ферримагнетиков обладают некоторые упорядоченные металлические сплавы, но, главным образом – различные оксидные соединения, а главный интерес представляют ферриты Свойствами ферримагнетиков обладают некоторые упорядоченные металлические сплавы, но, главным образом – различные оксидные соединения, а главный интерес представляют ферриты

Абсолютная магнитная проницаемость m_а материала представляет собой отношение магнитной индукции В к напряженности магнитного поля Н в заданной точке кривой намагничивания для данного материала и выражается в Гн/м:

m_а=В/Н

Относительная магнитная проницаемость материала m есть отношение абсолютной магнитной проницаемости к магнитной постоянной:

m=m_а/m₀

m₀=1,256637·10^-6 Гн/м

Индукция В_s, характерная для всех магнитных материалов, называется индукцией насыщения. Чем больше В_s при заданной Н, тем лучше магнитный материал.

Остаточная магнитная индукция В_r наблюдается в ферромагнитном материале, когда Н=0

Предельная петля гистерезиса – петля, снятая при плавном изменении напряженности магнитного поля от +Н до –Н, когда магнитная индукция становится равной индукции насыщения В_s

Удельные потери на гистерезис - потери P_г, затрачиваемые на перемагничивание единицы массы материала за один цикл [Вт/кг]

Динамическая петля гистерезиса образуется при перемагничивании материала переменным магнитным полем и имеет большую площадь, чем статическая, т.к. при действии переменного магнитного поля кроме потерь на гистерезис возникают потери на вихревые токи и магнитное последействие (отставание по времени параметров от Н), которое определяется магнитной вязкостью материала.

Потери энергии на вихревые токи Р_в зависят от удельного электрического сопротивления материала ρ. Чем больше ρ, тем меньше потери. Р_в также зависят от плотности материала и его толщины. Они пропорциональны квадрату амплитуды магнитной индукции В_m и частоты f переменного поля.

Коэффициент прямоугольности петли гистерезиса используют для оценки формы гистерезисной петли:

К_п = В_r /В_m

Удельная объемная энергия - характеристика, применяемая доля оценки свойств магнитно-твердых материалов, выражается формулой:

W_м=1/2(B_d·H_d),

где B_d и H_d соответственно индукция и напряженность магнитного поля, соответствующие максимальному значению удельной объемной энергии

Согласно поведению в магнитном поле все магнитные материалы делятся на две основные группы – магнитно-мягкие (МММ) и магнитно-твердые (МТМ)

МММ характеризуются большими значениями начальной и максимальной магнитной проницаемостью и малыми значениями коэрцитивной силы (меньше 4000 А/м). Они легко намагничиваются и размагничиваются, отличаются малыми потерями на гистерезис.

МТМ обладают большой коэрцитивной силой (больше 4000А/м) и остаточной индукцией (больше 0.1 Тл). Они с большим трудом намагничиваются, но зато могут долго сохранять магнитную энергию, т.е. служить источниками постоянного магнитного поля.

По составу все магнитные материалы делятся на:

1.металлические;

2.неметаллические;

3.магнитодиэлектрики.

Металлические магнитно-твердые материалы

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.

Ферриты -это соединения оксида железа Fe₂O₃ с оксидами других металлов: ZnO, NiO.

Ферриты, в состав которых кроме оксида железа входит только один оксид, называется простым. Химическая формула простого феррита:

MeO_xFe₂O₃ или MeFe₂O₄

Феррит цинка – ZnFe₂O₄, феррит никеля– NiFe₂O₄

Общая формула широко распространенных никель-цинковых ферритов имеет следующий вид:

mNiO·Fe₂O₃ + nZnO·Fe₂O₃ + pFeO·Fe₂O₃,

где коэффициенты m, n и p определяют количественные соотношения между компонентами. Процентный состав компонентов играет существенную роль в получении тех или иных магнитных свойств материала.

Достоинства ферритов – стабильность магнитных характеристик в широком диапазоне частот, малые потери на вихревые токи, малый коэффициент затухания магнитной волны, а также простота изготовления ферритовых деталей.

Недостатки всех ферритов – хрупкость и резко выраженная зависимость магнитных свойств от температуры и механических воздействий

Магнитодиэлектрики - это композиционные материалы, состоящие из мелкодисперсных частиц магнитно-мягкого материала, соединенных каким-либо органическим или неорганическим диэлектриком.

Лучшие магнитодиэлектрики – с наполнителями: молибденовым пермаллоем или карбонильным железом