Классификация магнитных материалов.
В электротехнических устройствах применяют, главным образом, ферромагнитные материалы — железо, никель, кобальт и их сплавы.
Основной характеристикой ферромагнитного материала является петля магнитного гистерезиса В(Н) – зависимость, определяющая значение магнитной индукции, которая будет возбуждена в магнитопроводе из данного материала при воздействии некоторой напряженности поля.
В зависимости от ширины петли гистерезиса ферромагнитные материалы разделяются на магнитно-мягкие и магнитно-твердые. Магнитно-мягкие материалы обычно используют для работы в переменном магнитном поле, так как малая ширина петли гистерезиса обусловливает сравнительно малые потери энергии при перемагничивании. К магнитно-мягким материалам относится электротехническая сталь, которая имеет малую коэрцитивную силу и высокую магнитную проницаемость. Поэтому ее применяют для изготовления магнитопроводов в электрических машинах и аппаратах.
Коэрцитивная сила — это значение напряжённостимагнитного поля, необходимое для полного размагничиванияферро- или ферримагнитного вещества. Единица измерения в системе СИ — А/м. Чем большей коэрцитивной силой обладает магнит, тем он устойчивее к размагничивающим факторам.
Еще большую магнитную проницаемость и меньшую коэрцитивную силу имеют сплавы железа и никеля — пермаллой; железа, алюминия и кремния — альсифер и др., которые применяют в устройствах радиотехники и автоматики.
|
|
|
Петли гистерезиса магнитомягких (а) и магнитотвердых (б) материалов
Магнитнотвердые материалы служат для изготовления постоянных магнитов, используемых в электроизмерительных приборах, телефонах, некоторых реле и пр. К ним относятся закаленная углеродистая сталь, кобальтовая сталь и различные сплавы из алюминия, никеля, железа, кобальта: магнико, алнико и др.
Кривая, соединяющая вершины петель (на рисунке жирная линия) называется основной кривой намагничивания.
Магнитомягкие материалы
Помимо высокой магнитной проницаемости и малой коэрцитивной силы магнитомягкие материалы должны обладать большой индукцией насыщения, т.е. пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода.
Магнитный материал, используемый в переменных полях, должен иметь возможно меньшие потери на перемагничивание, которые складываются в основном из потерь на гистерезис и вихревые токи.
Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах выбирают магнитомягкие материалы с повышенным удельным сопротивлением.
Важным требованием к магнитомягким материалам является обеспечение стабильности их свойств как во времени, так и по отношению к внешним воздействиям, таким, как температура и механические напряжения.
|
|
|
Основным компонентом большинства магнитных материалов является железо.
Кремнистая электротехническая сталь является основным магнитомягким материалом.
Введением в состав этой стали кремния достигается повышение удельного сопротивления, что вызывает снижение потерь на вихревые токи.
Сталь предназначается для изготовления магнитных цепей аппаратов, трансформаторов, приборов, электрических машин.
В качестве низкокоэрцитивных сплавов применяются пермаллои и альсиферы.
В зависимости от содержания никеля изменяются магнитные свойства и удельное сопротивление нелегированных пермаллоев.
Низконикелевые сплавы применяют для изготовления сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, реле и деталей магнитных цепей.
Высоконикелевые сплавы используют для изготовления сердечников малогабаритных трансформаторов, реле и магнитных экранов, сердечников импульсных трансформаторов, магнитных усилителей и бесконтактных реле.
Альсиферы отличаются твердостью и хрупкостью.
Изделия из альсифера – магнитные экраны, корпуса приборов и т.д., – изготавливают методом литья с толщиной стенок не менее 2-3 мм ввиду хрупкости сплава.
|
|
|
Под высокочастотными магнитомягкими материалами понимают вещества, которые должны выполнять функции магнетиков при частотах свыше нескольких сотен или тысяч герц.
По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитодиэлектрики и ферриты.
Ферриты представляют собой оксидные магнитные материалы, у которых спонтанная намагниченность доменов
Домены - это области самопроизвольной намагниченности, возникающие даже в отсутствии внешнего магнитного поля, в которых магнитные моменты атомов ориентированы параллельно.
Ферриты получают в виде керамики и монокристаллов.
В качестве магнитомягких материалов наиболее широко применяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты.
Для ферритов, используемых в переменных полях, кроме начальной магнитной проницаемости одной из важнейших характеристик является тангенс угла потерь.
Для оценки допустимого частотного диапазона, в котором может использоваться данный материал, вводят понятие критической частоты, под которой понимают такую частоту, при которой тангенс угла потерь достигает значения 0,1.
|
|
|
Частоту, при которой начальная магнитная проницаемость уменьшается до 0,7 от ее значения в постоянном магнитном поле, называют граничной.
По электрическим свойствам ферриты относятся к классу полупроводников или даже диэлектриков.
Магнитомягкие ферриты с начальной магнитной проницаемостью 400-20 000 в слабых полях во многих случаях эффективно заменяют листовые ферромагнитные материалы – пермалой и электротехническую сталь.
Магнитомягкие ферриты широко применяются в виде сердечников контурных катушек постоянной переменной индуктивностей, фильтров в аппаратуре радио- и проводной связи, сердечников импульсных и широкополосных трансформаторов, магнитных модуляторов и усилителей.
Магнитодиэлектрики получают путем прессования порошкообразного ферромагнетика с изолирующей органической или неорганической связкой.
В качестве основы применяют карбонильное железо, альсифер и молибденовый пермаллой.
Изолирующей связкой служат фенол-формальдегидные смолы, полистирол, стекло.
Магнитодиэлектрик должен иметь малые потери и отличаться достаточной стабильностью магнитной проницаемости во времени и при колебаниях температуры.
Для уменьшения потерь необходимо применять возможно более мелкий порошок ферромагнетика с тщательной изоляцией отдельных зерен.
Прессованные сердечники из магнитодиэлектриков применяют в индуктивных катушках фильтров, генераторов, частотомеров.
Магнитотвердые материалы
Магнитотвердые материалы отличаются от магнитомягких высокой коэрцитивной силой. Площадь гистерезисной петли у магнитотвердых материалов значительно больше, чем у магнитомягких. По применению магнитотвердые материалы можно подразделить на материалы для постоянных магнитов и материалы для записи и длительного хранения звука, изображения и т.д.
К группе литых высококоэрцитивных сплавов относятся сплавы систем Fe-Ni-Al и Fe-Ni-Co-Al, модифицированные различными добавками. Они являются активными элементами многих приборов и характеризуются благоприятным соотношением между магнитными свойствами и стоимостью производства.
Невозможность получить особенно мелкие изделия со строго выдержанными размерами из литых железоникельалюминиевых сплавов обусловила использование методов порошковой металлургии для производства постоянных магнитов. Различают металлокерамические магниты и магниты из зерен порошка, скрепленным тем или иным связующим веществом.
Из магнитотвердых ферритов наиболее известен бариевый феррит ВаО·6Fe2O3. Высокая коэрцитивная сила у этих материалов обусловлена малым размером кристаллических зерен и сильной магнитной кристаллографической анизотропией.
Сплавы на основе редкоземельных металлов являются весьма перспективными. Им присуща сильная магнитная кристаллографическая анизотропия и высокая температура Кюри.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 542; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!