Получение магнитных материалов
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы
У магнитомягких материалов высокая магнитная проницаемость, малые потери на перемагничивание и узкая петля гистерезиса при высоких значениях магнитной индукции.
Применяют для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока. Они предназначены для изготовления якорей и полюсов машин постоянного тока, роторов и статоров асинхронных двигателей, для магнитных цепей крупных электрических машин, силовых трансформаторов, аппаратов, приборов и т.д.
Магнитомягкие материалы с петлей гистерезиса, близкой к прямоугольной, получили распространение в счетно-решающей технике, в устройствах автоматики.
В группу магнитомягких материалов входят электротехнические стали, железоникелевые сплавы типа пермаллоя, магнитодиэлектрики и ферриты
Технически чистое железо. Содержит менее 0,05% примесей. Оно имеет наиболее высокие значения индукции насыщения из всех магнитных материалов, низкое удельное сопротивление. Это железо технологично (хорошо штампуется и обрабатывается на всех металлорежущих станках) и имеет низкую стоимость.
Технически чистое железо применяют как шихтовый материал для получения почти всех ферромагнитных сплавов.
Карбонильное железо. Получают в результате разложения карбонила железа. При различных условиях разложения получают порошкообразное или губчатое железо. После термической обработки в водороде это железо приобретает высокие магнитные свойства.
Применяют карбонильное железо в качестве ферромагнитной фазы магнитодиэлектриков. Вводя присадки в это железо, получают различные марки сталей. Применяют две основные разновидности магнитомягких электротехнических сталей: низкоуглеродистые сталии кремнистые стали.
Электротехнические стали. Применяют: низкоуглеродистые сталии кремнистые стали.
Низкоуглеродистая электротехническая сталь подвергается термообработке (для повышения магнитных свойств),ее медленно нагревают до температуры 900 
, выдерживают течение 2- 4 ч и медленно охлаждают до температуры 600 .
Процесс ведется в защитнойсреде или в активной среде (смесь азота с водородом), что обеспечивает дополнительную очистку стали от примесей.
После термической обработки сталь обладает коэрцитивной силой 64-96 А/м, максимальной магнитнойпроницаемостьюи содержанием углерода 0,1%.
Кремнистая электротехническая сталь – магнитомягкий материал массового потребления. Применяют для изготовления магнитных цепей, работающих при частоте 50 – 400 Гц. Преимущество этого материала – высокая индукция насыщения и относительно невысокая стоимость.
В зависимости от содержания основного легирующего элемента – кремния – электротехнические тонколистовые стали подразделяют на пять групп (таблица 5.1).
Таблица 5.1 – Группы легирования и свойства кремнистой электротехнической стали в зависимости от содержания кремния
| Группа легирования | Содержание кремния, % | Удельное сопротивление, мкОм*м | Плотность Мг/м3 |
| Нелегированная | 0 – 0,4 | 0,1 – 0,14 | 7,85 |
| Слаболегированная | 0,4 –0,8 | 0,17 | 7,82 |
| Нижесреднелегированная | 0,8 – 1,8 | 0,25 | 7,80 |
| Среднелегированная | 1,8 – 2,8 | 0,40 | 7,75 |
| Повышеннолегированная | 2,8 – 3,8 | 0,50 | 7,65 |
| Высоколегированная | 3,8 – 4,8 | 0,60 | 7,55 |
Электротехнические стали имеют такие основные свойства:
- начальная магнитная проницаемость – 200 … 600,
- максимальная магнитная проницаемость – 3000 … 8000,
- индукция насыщения – 1,95 … 2,02 Тл,
- коэрцитивная сила – 10 … 65 А/м,
- удельное электрическое сопротивление – 0,17…0,6 мкОм/м.
Пермаллои – сплавы железа с никелем (Fe – Ni), железа с никелем и кобальтом (Fe – Ni – Co) и железа с кобальтом (Fe – Co). Все сплавы содержат в небольших количествах марганец (0,30 – 0,60%) и кремний
(0,15 – 0,30%). Они обладают очень высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой.
В зависимости от содержания никеля пермаллои делятнанизконикелевые (40-50%) и высоконикелевые (70-80%).
Недостатки – высокая чувствительность магнитных свойств к механическим напряжениям, пониженные значения индукции насыщения по сравнению с электротехническими сталями, необходимость проведения сложного отжига после механической обработки и относительно высокая стоимость.
Пермаллой производят в виде ленты толщиной 0,003-0,5 мм. А применяется он при изготовлении сердечников трансформаторов дросселей и реле.
У пермаллоев, в составе которых 65% никеля прямоугольная петля гистерезиса. Трансформаторы на таком сердечнике удобно использовать в импульсной технике.
Основная особенность в том, что этот материал используется для получения высокой индукции в малых магнитных полях
Магнитодиэлектрики.
С увеличением частоты от звуковых до сверхвысоких частот (СВЧ) потери на вихревые токи сильно возрастают, поэтому применение рассмотренных выше магнитомягких материалов становится неэффективным.
Потери на вихревые токи можно снизить путем увеличения электрического сопротивления материала и уменьшения его индукции.
Материалами, которые обладают высоким электрическим сопротивлением и малым значением магнитной индукции, являются магнитодиэлектрики и ферриты.
Магнитодиэлектрики – это высокочастотным магнитные пластмассы, в которых наполнителем является ферромагнетик, а связующим – органический (например, фенолформальдегидная смола, полистирол) или неорганический (например, жидкое стекло) электроизоляционный материал.
В магнитодиэлектриках частицы ферромагнетика размером 10–4 – 10–6 м электроизолированы друг от друга, поэтому потери на вихревые токи и гистерезис малы.
Магнитодиэлектрики на основе альсифера. Альсифер – это тройной сплав алюминия, кремния и железа, на основе карбонильного железа, на основе железоникелевых сплавов – применяют для изготовления магнитопроводовэл.техн. устройств.
Ферриты.
Феррит (от лат. Ferrum – железо) сплав на основе железа с легирующими элементами, имеет высокие магнитные свойства, высокое удельное электрическое сопротивление и низкие потери на вихревые токи.
Ферриты представляют собой сложные системы оксидов железа и двухвалентного (реже одновалентного) металла, имеющие общую формулу MeO*Fe2O3. В качестве металла применяют Ni, Mn, Co, Fe, Zn, Cd, Li и др., которые и дают название ферриту.
Различают ферриты:
- магнитомягкие,
- магнитотвердые,
- с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ).
Магнитомягкие ферриты используют для изготовления сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, магнитных антенн, статоров и роторов электрических машин небольшой мощности, деталей отклоняющих систем телевизионной аппаратуры.
Магнитотвердые ферриты. Наибольшее распространение получили магнитотвердые материалы на основе бариевого (ВаFe12O19),стронциевого (BaO-6Fe2O3) и кобальтового ферритов (CoFe2O4). Они обладают большой магнитной анизотропией, которая наряду мелкозернистой структурой приводит к повышенным значениям коэрцитивной силы
(до350 кА /м).
Ферриты с ППГ – особенно часто используются в устройствах автоматического управления аппаратуры телефонной связи, в вычислительной техники, в коммутирующих дросселях.
Магнитотвердые материалы.
Имеют существенно большую коэрцитивную силу(от 5103 до
5106 А/м), чем магнитомягкие материалы, и широкую петлю гистерезиса. Применяют для изготовления постоянных магнитов, которыево многих случаях более выгодные, чем электромагнитные.
Магнитотвердые материалы по составу и способу получения подразделяют на литые сплавы, металлокерамические, магнитотвердые ферриты и другие, например мартенситные сплавы.
Литые материалы на основе сплавов.
Материалы имеют основой сплавы железо- никель- алюминий (Fe-Ni-Al) и железо- никель- кобальт (Fe-Ni-Co) и являются основными материалами для изготовления постоянных магнитов.
Порошковые магнитотвердые материалы (постоянные магниты).
Порошковые магнитотвердые материалы применяют для изготовления миниатюрных постоянных магнитов сложной формы. Их подразделяют на металлокерамические, металлопластические, оксидные и микропорошковые.
Металлокерамические магниты.
По магнитным свойствам лишь немного уступают литым магнитам, но дороже их получают металлокерамические магниты в результате прессования металлических порошков без связующего материала и спекания их при высоких температурах. Для порошков используют сплавы ЮНДК (сплав системы Fe-Ni-Al-, легированный кобальтом); на основе платины (Pt-Co,Pt-Fe); на основе редкоземельных металлов.
Металлопластические магниты.
Имеют пониженные магнитные свойства по сравнению с литыми магнитами, но обладают большим электрическим сопротивлением, малой плотностью, меньшей стоимостью.
Получают металлопластическиемагниты, из металлических порошков, которые прессуют вместе с изолирующей связкой и нагревают до невысоких температур, необходимых для полимеризации связующего вещества.
К металлопластическим магнитам можно отнести эластичные магниты, в которых наполнителем, как правило, является феррит бария, а связующим – резина. Изделия из них можно резать ножницами, штамповать, скручивать. Эластичные магниты («магнитная резина») на основе феррита бария имеют следующие характеристики: Вr = 0,145 Тл,Hс =93 кА/м,
Wм = 2 кДж/м3, p = 104 Ом*м.
6 ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 642; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!