Структура и свойства ферритов

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

В состав ферритов входят анионы кислорода О^2-, образующие остов их кристаллической решётки; в промежутках между ионами кислорода располагаются катионы Fe³⁺, имеющие меньший радиус, чем анионы О², и катионы Ме^к+ металлов, которые могут иметь радиусы различной величины и разные валентности k. Существующее между катионами и анионами кулоновское (электростатическое) взаимодействие приводит к формированию определённой кристаллической решётки и к определённому расположению в ней катионов. В результате упорядоченного расположения катионов Fe³⁺ и Ме^к+ ферриты обладают ферримагнетизмом и для них характерны достаточно высокие значения намагниченности и точек Кюри. Различают Ф.-шпинели, Ф.-гранаты, ортоферриты и гексаферриты (ферриты с гексагональной кристаллической структурой).

Ферриты-шпинели имеют структуру минерала шпинели с общей формулой MeFe ₂ О ₄, где Me — Ni²⁺, Со²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Li⁺, Cu²⁺. Элементарная ячейка Ф.-шпинели представляет собой куб, образуемый 8 молекулами МеОFe₂О₃ и состоящий из 32 анионов О^2-, между которыми имеется 64 тетраэдрических (А) и 32 октаэдрических (В) промежутков, частично заселённых катионами Fe³⁺ и Me²⁺. В зависимости от того, какие ионы и в каком порядке занимают промежутки А и В, различают прямые шпинели (немагнитные) и обращенные шпинели (ферримагнитные). В обращенных шпинелях половина ионов Fe³⁺ находится в тетраэдрических промежутках, а в октаэдрических промежутках — 2-я половина ионов Fe³⁺ и ионы Ме²⁺. При этом намагниченность октаэдрической подрешётки больше тетраэдрической, что приводит к возникновению ферримагнетизма.

Благодаря уникальному сочетанию высоких магнитных свойств и низкой электропроводности ферриты не имеют конкурентов среди других магнитных материалов в технике высоких частот (более 100 кГц). Ферриты используют в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике (ферритовые поглотители электромагнитных волн, антенны, сердечники, элементы памяти, постоянные магниты и т. д.).

Основные способы получения ферритов

Поликристаллические ферриты производят по керамической технологии. Из ферритового порошка, синтезированного из смеси исходных ферритообразующих компонентов и гранулированного со связкой, прессуют изделия нужной формы, которые подвергают затем спеканию при температурах от 900 до 1500°С на воздухе или в специальной газовой атмосфере. В качестве исходных материалов применяют смеси оксидов или карбонатов, совместно упаренных растворов солей (нитратов, сульфатов, двойных сульфатов типа шенитов) или совместно осажденных гидроксидов, оксалатов, карбонатов. Монокристаллы ферриты выращивают методами Вернейля, Чохральского, зонной плавки обычно под давлением О₂ несколько МПа или нескольких десятков МПа. Чаще используют гидротермальное выращивание в растворах NaOH, Na₂СОз, NH₄CI или смеси хлоридов под давлением от 20 до 120 МПа либо выращивание из растворов в расплаве (смеси РbО+PbF2, РbО+В₂О₃, ВаО+В₂О₃ или более сложные) при применении в качестве исходных веществ смеси оксидов.

Пленки ферриты со структурой шпинели выращивают обычно методом хим. транспортных реакций с галогеноводородами (НС1) в качестве носителя. Пленки ферриты- фанатов и гексаферритов выращивают методом жидкостной эпитаксии из растворов в расплаве, а также путем разложения паров, например -дикетонатов металлов.

Пермаллои

Пермаллой [англ, permalloy, от perm(eability) — проницаемость и alloy — сплав], магнитомягкий сплав Ni с Fe с высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой Нс и малыми потерями на гистерезис. Относится к магнитомягким материалам.

Магнитные свойства и удельное сопротивление сплава сильно зависит от его состава. Легкое намагничивание этого сплава в слабых полях обусловлено практическим отсутствием у него магнитной анизотропии и явления магнитострикции. Вследствие слабой анизотропии облегчается поворот магнитных моментов из направления легкого намагничивания в направление поля, а благодаря отсутствию магнитострикции при намагничивании не возникает механических напряжений, затрудняющих смещение доменных границ под действием слабого поля.

Магнитные свойства пермаллоев очень чувствительны к внешним механическим напряжениям, зависят от химического состава, наличия примесей в сплаве, от режимов термической обработки материала, которую проводят в вакууме либо в среде водорода, иногда — при наложении магнитного поля. Различают две основные группы пермаллоев: низконикелевые (40-50% Ni; типичный представитель — перменорм) и высоконикелевые (70-83% Ni). Термическая обработка высоконикелевых пермаллоев сложнее, чем низконикелевых.

Индукция насыщения высоконикелевых пермаллоев почти в два раза ниже, чем у электротехнической стали, и в полтора раза ниже, чем у низконикелевых пермаллоев. Магнитные проницаемости высоконикелевых пермаллоев в несколько раз выше, чем у низконикелевых и намного превосходит проницаемости электротехнических сталей. Удельное сопротивление высоконикелевых пермаллоев почти в три раза меньше, чем у низконикелевых, поэтому при повышенных частотах предпочтительнее использовать низконикелевые пермаллои. Для достижения высокой магнитной постоянной μ и низкой напряженности Н_с высоконикелевые пермаллои подвергают резкому охлаждению. Магнитная проницаемость пермаллоев сильно снижается с увеличением частоты, причем тем резче, чем больше ее первоначальное значение. Это объясняется возникновением в материале заметных вихревых токов из-за небольшого удельного сопротивления.

Для придания сплавам необходимых свойств в состав пермаллоев вводят рад добавок. Молибден и хром повышает удельное сопротивление и начальную магнитную проницаемость пермаллоев и уменьшают чувствительность к механическим деформациям. Однако одновременно с этим снижается индукция насыщения. Медь увеличивает постоянство m в узких интервалах напряженности магнитного поля, повышает термостабильность и удельное сопротивление, а также делает сплав легко поддающимся механической обработке. Кремний и марганец увеличивают удельное сопротивление пермаллоев. Высоконикелевые пермаллои для уменьшения скорости охлаждения и повышения электросопротивления обычно легируют Mo, Сг, Си, Si и др. элементами. Типичный представитель высоконикелевых пермаллоев — молибденовый пермаллой — содержит примерно 79% Ni, 17% Fe, 4% Мо и характеризуется начальной μ_м=22000, максимальной μ_max=150000, Н_C 0,012 А/см, точкой Кюри 400°С.

Сплав супермаллой (англ, super — превосходный), содержащий примерно 79% Ni, 16% Fe, 5% Mo обладает очень высокими магнитными свойствами в слабых полях.

Благодаря применению чистейших шихтовых материалов и особой тщательности в проведении термической обработки в супермаллое достигается наивысшая среди известных магнитно-мягких материалов начальная μ =100000, μ_max =1000000.

Сплавы типа пермаллой производятся в основном в виде лент толщиной 0,003-0,5 мм; используются в радиотехнике, технике связи и других областях применения слабых токов. Вследствие различия свойств низконикелевые и высоконикелевые пермаллои имеют несколько различные применения.

Низконикелевые сплавы применяются для изготовления сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, реле и деталей магнитных цепей, работающих при повышенных индукциях без домагничивания или с небольшим подмагничиванием. Высоконикелевые сплавы используют для изготовления сердечников малогабаритных трансформаторов, реле и магнитных экранов, сердечников импульсных трансформаторов, магнитных усилителей и бесконтактных реле. В процессе сборки и эксплуатации сердечников из пермаллоя недопустимы механические напряжения (при изготовлении сердечников должны быть исключены удары, рихтование, шлифование, сдавливание обмоткой и др.). Практическое применение в ряде устройств автоматики и вычислительной техники получили также пермаллои с 65-68% Ni (как правило, легированные 2-3% Мо), характеризующиеся прямоугольной петлей гистерезиса.

1.3.5 Чистое железо (АРМКО)

Сплавы, в которых углерода менее 0,02%, называются технически чистым железом. Технически чистое железо относится также к электротехническим сталям.

Технически чистое железо (ТЧЖ) или АРМКО-железо получило название от аббревиатуры ARMCO – сокращённого названия американской фирмы American Rolling Mill Corporation – название низкоуглеродистой нелегированной стали, в которой суммарное содержание других элементов составляет до 0,08-0,1 %, в том числе углерода – до 0,02 %.

ТЧЖ содержит менее 0,04% С и имеет высокую магнитную проницаемость (μ = 4500 Гс/Э). Оно является электротехническим магнитно-мягким материалом (марки Э, ЭА, ЭАА) и применяется для сердечников, полюсных наконечников, электромагнитов, пластин аккумуляторов.

Технически чистое железо (низкоуглеродистая электротехническая сталь) содержит менее 0,05% углерода и минимальное количество примесей других элементов. Получается прямым восстановлением чистых руд.

Железо в чистом виде является магнитомягким материалом, магнитные свойства которого существенно зависят от содержания примесей. Среди элементарных ферромагнетиков железо обладает наибольшей индукцией насыщения (около 2,2 Тл). У технически чистого железа магнитная проницаемость составляет μ_н - (250-400), μ_мах - (3500-4500), коэрцитивная сила Н_С - (50- 100) А/м, индукция насыщения Bs – 2.18 Тл.

На магнитные свойства железа влияют химический состав, структура, размер зерна, искажения кристаллической решетки, механические напряжения. Магнитные свойства железа улучшаются при выращивании крупного зерна, в результате многократных переплавок в вакууме. Внутренние напряжения в деталях снимаются отжигом.

Оформление отчёта

2.1 Номер, тема, цель работы.

2.2 Ответы на контрольные вопросы (приложить все необходимые рисунки, схемы, графики):

- классификация магнитных материалов, производство электротехнических сталей;

- описание явления гистерезиса;

2.3 Характеристика магнитного материала в соответствии с заданием

2.4 Вывод о проделанной работе.

Данные для выполнения работы:

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 232; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!