Низкочастотные магнитомягкие материалы

Классификация магнитных материалов
1.
Магнитомягкие материалы.
2.
Магнитотвердые материалы.
3.
Магнитные материалы специального назначения.
По величине коэрцитивной силы все магнитные материалы делятся на
магнитомягкие (Нs<4000 А/м) и магнитотвердые (Нs>4000 А/м).
Характерными свойствами магнитомягких материалов являются:
1.
Способность намагничиваться до насыщения даже в слабых
полях (высокая магнитная проницаемость).
2.
Малые потери на перемагничивание.
Магнитотвердые материалы:
1.
Большая остаточная индукция Bост
2.
Большая коэрцитивная сила Нs
Эти материалы перемагничиваются только в очень сильных магнитных
полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов.
Сравнивая петли гестерезиса обоих групп материалов можно выделить
основное различие – величина коэрцитивной силы Нs (индукция насыщения,
остаточная индукция могут быть примерно одинаковыми).
Для промышленных магнитомягких материалов Наименьшая Нs = 0,4
А/м , а для магнитотвердых, наибольшая Нs = 800КА/м
То есть, магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, а
магнитотвердые – широкую, с большой коэрцитивной силой.
Условно эти материалы можно разделять:
1.
Магнитомягкие (Нs<800 А/м)
2.
Магнитотвердые (Нs>4000 А/м).
Термины магнитомягкий и магнитотвердый не относятся к
характеристике
механических свойств материалов.
Существуют механически мягкие материалы, но магнитотвердые, и
наоборот.
К группе материалов специального назначения относят:
1)
материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ);
2)
магнитострикционные материалы;
3)
термомагниты;
4)
ферриты СВЧ;
5)
материалы с постоянной магнитной проницаемостью;
6)
Материалы для звукозаписи
НИЗКОЧАСТОТНЫЕ МАГНИТОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Основным компонентом большинства магнитных материалов является
железо.
Чистое железо в элементарном виде – это типичный магнитомягкий
материал, магнитные свойства которого зависят от содержания примесей, от
структуры материала, размера зерен, наличия механических напряжений.
1.
Технически чистое железо – количество примесей менее 0,05%.
М.б. электролитическое – получают методом электролиза раствора
сернокислого или хлористого железа.
Карбонильное – получают термическим разложением пентакарбонила
железа
Fe(CO)5 = Fe + 5 CO при t = 2000С
2. Электротехнические стали – сплав железа с кремнием Si = (0,5 – 5)%
μмак до 8000 , Нs = 10 – 65 А/м.
Введение кремния увеличивает удельное сопротивление, т.е. снижает
потери на вихревые токи. Кроме того, кремний способствует выделению
углерода в виде графита, а также почти полному раскислению стали за счет
химического связывания кислорода в SiО2, который выделяется из расплава в
виде шлака.
Более 5 % Si не вводят, т.к. ухудшаются механические свойства
стали:
1)
хрупкость;
2)
ломкость.
Это особенно важно при штамповке.
Этот материал – основной магнитомягкий материал массового
потребления (до 1 кГц).
3. Пермалои – сплав железа с никелем:
 высоконикелевые пермалои 72-80% Ni
 низконикелевые пермалои 40-50% Ni - меньше стоимость, но
магнитные характеристики хуже
Высокониклевые μнач до 100000, μмак до 300000, , Нs = 0,5 - 5 А/м
Низконикелевые μнач до 4000, μмак до 60000, , Нs = 10 - 30 А/м
Недостатки пермалоев:
1.
Высокая чувствительность к механическим воздействиям.
2.
Резкая
зависимость магнитных свойств от
режимов
термообработки.
3.
Зависимость свойств от частоты.
4. Относительно высокая стоимость, дефицитность отдельных
компонентов (прежде всего никеля), необходимость проведения сложного
отжига после механической обработки.
Кроме указанных сплавов в промышленности используются сплавы:
Супермаллой (Ni – 79%, Fe – 15%, Mo – 5%, Mn – 0,5%) – высокие
магнитные свойства в слабых полях μмак = 8000 – 1500000, , Нs = 0,3 А/м.
Изопермалой (Ni – 50%, Fe – 50%) + специальная
термообработка – почти линейная кривая намагничивания, т.е. μ – const при
изменении Н.
Пермалои имеют обозначения 45Н, 50Н, 50НХС, 80НХС, 79НМ, где
цифра - % Ni, Х – хром, С – кремний, М –марганец.
Применение:
для
изготовления
сердечников
силовых
трансформаторов, дросселей, магнитных усилителей.
и
импульсных
5. Альсиферы – сплав Fe, Si, Al.
Оптимальный состав: Si – 9,5%, Al – 5,6%, остальное Fe.
μнач = 35000, μмак = 117000, , Нs = 1,8 А/м
Этот сплав отличается твердостью и хрупкостью (можно использовать
в качестве порошка – магнитодиэлектрики гибкие магнитные материалы).
Применение:
магнитные экраны;
корпуса приборов (хрупкость ограничивает применение);
в виде порошка – наполнителя для использования
высокочастотных сердечников.
При работе перечисленных материалов в переменных полях
появляются потери на вихревые токи.
Для их уменьшения:
1.Увеличение собственного сопротивления материала, за счет
введения примесей Si, Cr, Mn.
2.Использование листовых конструкций. Листы часто покрывают
лаком. Чем тоньше лист, тем выше сопротивление и меньше потери на
вихревые токи.
Введение примесей и уменьшение толщины материала (увеличение
давления при прокатке усиливает деформацию кристаллической решетки)
приводят к увеличению потерь на гистерезис.
Поэтому при введении примесей и определении толщины материала
необходимо исходить из минимума суммы потерь PГ + Pf.
Высокочастотные магнитомягкие материалы
Эти материалы должны работать на частотах выше сотен Гц или
тысяч Гц.
Основное требование - большое удельное сопротивление.
1. Магнитодиэлектрики – материалы, состоящие
ферромагнитной основы (наполнитель) и связующего вещества.
Наполнитель:
1. Карбонильное железо
2. Альсифер
(порошок с размерами частиц 0,5 – 500 мкм)
Связующие:
1. Фенолформальдегидная или эпоксидная смола
из
2. Полистирол
Достоинства:
1. Высокое удельное сопротивление ρV = 1012 – 1014 Ом м
2. Высокая температурная стабильность магнитных свойств.
Недостатки:
1. Низкие магнитные свойства из-за введения диэлектрика μнач = 10
– 250.
2.
Старение диэлектрической связки, что ариводит к уменьшению
ρV.
ПРИМЕНЕНИЕ
Сердечники для катушек индуктивности фильтров, частотомеров,
генераторов и т.д..
ФЕРРИТЫ
Ферриты 0 это химические соединения окисла железа Fe2O3 с окислами
других металлов.
Магнитные свойства ферритов определяются нескомпенсированным
антиферромагнетизмом.
Достоинства ферритов:
1.
Сочетание высоких магнитных свойств с большим удельным
сопротивлением, следовательно, с низкими потерями в области ВЧ и СВЧ.
2.
Невысокая стоимость и относительная простота технологии
получения, высокая степень автоматизации.
ПОЛУЧЕНИЕ ФЕРРИТОВ
Ферриты получают в виде керамики и монокристаллов.
При изготовлении ферритовой керамики исходным сырьем являются
окислы соответствующих металлов. Схема производства аналогична
производству керамики. Однако более высокие требования:
1.
Химическая чистота исходного сырья
2.
Степень дисперсности
3.
Химическая активность
4.
Отсутствие стекловидной фазы
Все процессы массопереноса при синтезе соединений происходят за
счет диффузии в твердой фазе.
Исходные окислы измельчают, перемешивают и проводят обжиг для
получения феррита. Полученный феррит опять измельчают и порошок
используют для получения нужных изделий при t = 11000 – 14000 С в строго
контролируемой газовой среде.
Недостатки ферритов:
1. Относительно низкая температурная стабильность из-за низкой
температуры Кюри (3000 С)
2. Невысокая индукция насыщения
3. Трудности механической обработки (твердость, хрупкость), т.е.
ферриты нельзя обрабатывать резанием, только шлифовка и полировка.
Кроме параметров магнитных материалов для ферритов вводят
параметр тангенс угла диэлектрических потерь tgδ. Так как ферриты по
своим свойствам близки к диэлектрикам (высокое удельное сопротивление),
диэлектрические потери на высоких частотах играют существенную роль.
В связи с этим вводят понятие fКР, когда tgδ достигает значения 0,1.
По назначению:
1.
Магнитомягкие ферриты
Никель-цинковые ферриты – (NiO + ZnO) Fe2O3
1-я группа до частоты 106 Гц
μнач = 200 - 2000, μмак = 300 - 7000, , ρV = 10 – 102 Ом м
2-я группа до частоты 108 Гц
μнач = 10 - 150, μмак = 40 - 350, , ρV = 103 – 104 Ом м
Получили наибольшее распространение, т.к. обладают хорошими
магнитными свойствами и просты в изготовлении.
Группа определяется % соотношением компонентов.
2. Ферриты для СВЧ устройств
Марганец-цинковые ферриты (MnO + ZnO) Fe2O3 Имеют самое
большое значение μ:
до частоты 106 Гц μнач = 700 - 6000, μмак = 2000 - 10000, ρV = 0,1 – 20 Ом м.
3. Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса
Литиево-цинковые ферриты (Li2O + ZnO) Fe2O3
Самое большое значение ρV = 1010 Ом м
Но низкое μмак = 30 – 60, до частоты 109 Гц
4. Магнитотвердые ферриты
Полиферриты – в основном никель-цинковые с частичным замещением
ионов никеля ионами меди, магния, марганца.
μмак = 250 – 1000, до частоты 108 Гц. Т.е. сочетание высокой граничной
частоты с высоким значением магнитной проницаемости.
Применение ферритов
Сердечники антенных катушек и катушек ВЧ контуров, в
запоминающих устройствах, логических устройствах, в магнитных лентах
для записи звука и другой информации.
Магнитные материалы специального назначения
1. Магнитные материалы с ППГ
Применение:
В устройствах автоматики, вычислительной техники, в аппаратуре
телеграфной связи.
Сердечники из материала с ППГ имеют два устойчивых состояния,
соответствующих различным направлениям остаточной индукции.
График ???
Поэтому их можно использовать как элементы для хранения и
переработки двоичной информации. Запись и считывание информации
осуществляется переключением сердечника из одного состояния в другое с
помощью импульсов тока.
Основной параметр – коэффициент прямоугольности гистерезиса
КПР = Вr/Внас, где
Вr - остаточная индукция,
Внас – индукция насыщения.
Для определенности Внас=Вmax измеряют при Н=5Нс.
Элементы на магнитных сердечниках с ППГ характеризуются:
1.
Высокой надежностью
2.
Малыми габаритами
3.
Низкой стоимостью
4.
Стабильностью характеристик
5.
Обладают практически неограниченным сроком службы
6.
Сохраняют информацию при отключенных источниках питания
Материалы с ППГ можно разделить на три группы:
1. Ферриты
2. Текстурированные магнитные сплавы
3. Тонкие ферромагнитные пленки
Ферриты с ППГ
Очень широко используются т.к. имеют низкую стоимость при
массовом производстве.
Форма петли гистерезиса реализуется за счет использования
определенного химического состава и условий спекания феррита, а не
является результатом какой-либо специальной обработки материала,
приводящей к образованию текстуры (например, механических воздействий
или обработки в сильном магнитном поле).
Кпр=0,89 – 0,94.
1.
Zn или Ca.
Наиболее широко используются:
Магний-марганцевые ферриты (MnO + ZnO) Fe2O3 с добавлением
2.
Литиевые ферриты Li2O + Fe2O3– имеют более высокую
температурную стабильность.
У ферритов низкая температурная стабильность:
При изменении температуры от 20 до 160 НС изменяется в 1,5 – 2 раза,
Вr на 15 – 20%, это приводит к изменению Кпр на 5 – 30%.
Требования разные, в зависимости от назначения:
1.
Ферриты для коммутационных и логических элементов должны
иметь малую Нс (10 – 20А/м)
2.
Ферриты для хранения дискретной информации должны иметь
Нс (100 – 300А/м)
В запоминающих устройствах используют сердечники из феррита
малого размера диаметром 0,3 – 0,4мм, либо ферритовые пластины с
большим количеством отверстий. Например, пластина 15 х 15мм имеет 256
отверстий. Область вокруг каждого отверстия выполняет функцию
отдельного сердечника.
Ферромагнитные сплавы с ППГ
Достоинства:
1. Лучшая температурная стабильность по сравнению с ферритами
2. Лучшие магнитные свойства
Недостатки:
1. Сложность производства
2. Отсюда высокая стоимость
Кпр= 0,87 – 0,98
Используют железо-никелевые или железо-никелево-кобальтовые
сплавы в виде лент тонкого (5 – 10мкм) и сверхтонкого (< 3мкм) проката.
Но необходимо учитывать, что с уменьшением толщины
происходит расширение петли гистерезиса и уменьшение коэффициента
прямоугольности Кпр от 0,98 до 0,87. Поэтому сердечники из металлических
лент тонкого и сверхтонкого проката целесообразно использовать в
аппаратуре, работающей в широком диапазоне температур.
Тонкие ферромагнитные пленки
Тонкие пленки изготавливают:
1. Испарением магнитного материала в вакууме с последующим
осаждением его на поверхности носителя.
2. Методом катодного распыления в атмосфере инертного газа.
В качестве подложки используют чаще всего стекло, иногда
аллюминий.
На стекле качество выше.
Для придания пленочным элементам магнитной ориентации подложку
помещают между полюсами электромагнита.
Достоинства:
1. Малая
длительность
переходных
процессов
(время
перемагничивания менее 10нсек), т.е. высокое быстродействие и малое
энергопотребление
2. Высокая температурная стабильность (слабая зависимость свойств
от температуры)
3. Хорошие условия теплоотвода (большое отношение поверхности
пленки к ее объему)
4. Возможность изготовления ЗУ с высокой плотностью элементов
Недостатки:
1. Малый выходной сигнал, что связано с малой толщиной и малыми
размерами пленочных элементов
2. Сильная зависимость параметров пленок от технологических
факторов, отсюда невысокая воспроизводимость свойств.Расположение
атомов в нескольких слоях, ближайших к подложке зависит от качества
подложки и ее температуры. Внешняя сторона пленки подвержена действию
остаточных газов во время насыщения, а в последствии – воздуха, т.е. может
происходить окисление поверхностных слоев. А поскольку пленка тонкая –
поверхностные спины составляют значительную часть общего числа спинов.
Пленки выполняют из (Fe – Ni), (Fe – Ni – Cо).
Магнитострикционные материалы
Есть чистые металлы, сплавы и ферриты. Ферриты используются в
СВЧ устройствах. К этой группе относятся материалы, заметно изменяющие
свои размеры при намагничивании, т.е. имеющие большую линейную
магнитострикцию λ = ∆ℓ/ ℓ = 10-5 – 10-3 (λ может быть положительной и
отрицательной).
Обычно используют магнитомягкие материалы с сильной
анизотропией магнитных свойств, у которых процесс намагничивания
сопровождается значительной деформацией кристаллической решетки.
Наибольшей магнитострикцией обладает сплав платины с железом с
платиной. Применение ограничено из-за высокой стоимости.
Наибольшее распространение в качестве магнитострикционных
материалов получили:
1.
Никель
2.
Никель-кобальтовые ферриты
3.
Железоаллюминиевый сплав - алфер – используется реже.
(Недостаток: трудность прокатки, хрупкость, коррозионность).
Все большее применение находят никелиевые ферриты.
Недостаток – невысокая механическая прочность.
Применение:
1. Генераторы звуковых и ультразвуковых колебаний
2. Магнитострикционные вибраторы используют в технологических
установках по обработке ультразвуком хрупких и твердых материалов
3. Магнитные вибраторы используются вместо кварца для
стабилизации частоты, в электромеханических фильтрах, в
магнитострикционных линиях задержки, применяемых в ЭВМ.
Сплавы с постоянной магнитной проницаемостью.
У большинства магнитомягких материалов проницаемость изменяется
в несколько раз уже в области слабых полей.
Иногда в измерительных устройствах, в устройствах автоматики
необходимо обеспечить постоянство μ в широком диапазоне изменения
внешнего магнитного поля. Это достигается применением сплавов сложной
структуры,
в
которых
ферромагнитные
домены
разделены
труднонамагничивающимися прослойками.
Перминвар – сплав железа 25%, никеля 45%, кобальта 30%.
Эти сплавы после специальной термической обработки (отжиг при
0
t=100 С, потом до t=4000С - 5000С) сохраняют значение µ=300 до
напряженности поля 240А/м.
Недостаток: высокая чувствительность к температурным и
механическим воздействиям.
Изоперм – сплав железа – 40%, никеля – 40%, меди – 15%, алюминия
5%.
Недостаток: значительно снижается µ=30-80.
Достоинство:

µ=const до Н=300-400А/м

высокая стабильность свойств при изменении температуры.
Термомагнитные материалы
Это сплавы с резкой зависимостью магнитной индукции насыщения
Внас от температуры.
Применяются для компенсации температурной погрешности в виде
шунтов или добавочных магнитных сопротивлений.
Для достижения резкой температурной зависимости используют
свойство ферромагнетиков снижать индукцию с ростом температуры около
точки Кюри.
В качестве термомагнитных материалов применяют сплавы с точкой
Кюри от 00С до 1000С
Кальмаллой – сплав никеля с медью.
30% меди tКЮРИ = +500С
40% меди tКЮРИ = -200С
Термаллон – сплав железа с никелем – 30%. tКЮРИ = +600С
Наибольшее техническое применение получили сплавы, никель – 35%,
хром – (8% - 13%) остальное железо. Содержание хрома определяет
температуру Кюри от700С до 1200С (8%Cr)
Преимущества:
1. Полная обратимость свойств при циклических изменениях
температуры.
2. Хорошая механическая обрабатываемость
В последнее время начали широко использовать ферриты с низкой
температурой Кюри.
Эластичные магниты
Как отмечалось, важнейшим недостатком основных групп материалов
для постоянных магнитов (сплавов и ферритов) являются их плохие
механические свойства (высокая твердость и хрупкость).
Применение пластичных материалов ограничено их высокой
стоимостью.
В последнее время появились магниты на резиновой основе. Их можно
изготовить любой формы, которую допускает технология резины – в виде
шнуров, листов, полос и т.д..
Пластичные магниты изготавливают из мелкого порошка
магнитотвердого материала (наполнитель) и резиновой основы. Наполнитель
– феррит бария + каучук.
Применение:
1. Листы магнитной памяти для ЭВМ.
2. Магниты для отклоняющих систем в телевидении.
3. Корректирующие магниты.
Материалы для звукозаписи
В качестве магнитных лент, которые являются носителями магнитной
записи информации используют:
1. Сплошные металлические ленты из нержавеющей стали.
2. Биметаллические ленты
3. Ленты на пластмассовой основе с порошковым рабочим слоем
Сплошные металлические ленты используют, в основном, в
специальных целях, особенно при работе в широком температурном
диапазоне.
1. Викаллой – магнитотвердый сплав для изготовления лент и
проволоки 505 кобальта, 8% – 15% ванадия, остальное железо.
Хорошие магнитные свойства получают после горячей прокатки,
термообработки и холодной прокатки.
2. Кунифе – сплав из меди – 60%, никеля – 20%, железа – 20%
Изготавливают проволоку и ленты.
Этот сплав обладает большой пластичностью.
Основной недостаток сплавов – высокая стоимость.
Наиболее широко применение получили ленты на пластмассовой
основе.
Основное назначение:
создание на поверхности воспроизводящей головки магнитного поля,
которое меняется (при протяжке ленты) во времени так же, как изменялся
записанный сигнал. Отсюда требования к магнитным свойствам материала
носителя:
1.
Рабочий слой должен быть возможно более тонким, а сама лента
– гладкой и гибкой для того, чтобы было максимальное взаимодействие
(контакт) между лентой и головкой.
2.
Остаточная намагниченность должна быть возможно более
высокой
3.
Коэрцитивная сила: требования противоречивые:
1) более высокое значение (не менее 24 кА/м) для уменьшения
саморазмагничивания;
2) низкое значение – для облегчения процессов стирания
записи.
4.
Высокое сопротивление истиранию.
При использовании порошкообразного рабочего слоя необходимо
иметь в виду, что свойства магнитной ленты существенно зависят не только
от свойств исходного материала, но и от степени измельчения частиц (0,20,4мкм), объемной плотности магнитного материала в рабочем слое.
В качестве немагнитной основы используют:
1.
Немагнитный сплав – фосфористую бронзу
2.
Ацетилцеллюлозу – имеет низкую стоимость.
Недостаток:
низкая
механическая
прочность,
высокая
чувствительность к влажности и температуре.
Магнитный порошок находится в дисперсном состоянии в связующем
веществе (магнитный лак). % содержания порошка в ферролаке составляет
25-35%.
В качестве порошка используют:
1)
окись и закись железа (Fe2O3 и Fe3 O 4) с особой γ структурой
(гамма – оксид железа игольчатой формы с длиной частиц 0,4мкм).
Получают за счет дополнительного окисления на воздухе при t = 1500С.
2)
Кобальтовый феррит (CoO и Fe2O3)
Манитотвердые материалы
Применение:
1.
Изготовление постоянных магнитов
2.
Изготовление магнитных лент и барабанов, дисков для записи
информации.
3.
Изготовление магнитных лент для записи звука
Это группа трудноперемагничиваемых материалов с широкой петлей
гистерезиса.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
1. Коэрцитивная сила (Hs > 4000 A/м). К магнитотвердым материалам
относятся материалы с высокой коэрцитивной силой.
2. Максимальная удельная энергия Wmax = 0,5(BН)max От показателя
Wmax зависит объем магнита, необходимого для создания магнитного поля в
заданном воздушном зазоре. Чем больше магнитная энергия, тем меньше
объем, а следовательно и масса магнита. Магнитная проницаемость у
магнитотвердых материалов значительно ниже и не является основной
характеристикой материала Параметр магнитной проницаемости у
магнитотвердых материалов не имеет реального смысла.
Иногда используют понятие «энергетическое произведение» (BН)max
3
>10 Дж/м3
1. Коэффициент выпуклости (оценивает форму кривой размагничивания)
γ = (BН)max/(BН)ост
Чтобы получить высокую коэрцитивную силу в магнитном материале
необходимо затруднить процесс перемагничивания. Это можно сделать
двумя способами:
- затруднить процесс смещения границ доменов
- убрать эти границы, уменьшая размеры зерен (например,
мартенситовые стали – это структура в виде мелких игольчатых
кристаллов, каждый из которых представляет собой один
вытянутый домен)
Чаще используют первый способ, за счет введения примесей.
Основные группы магнитотвердых материалов (классификация по способу
получения)
1. Литые сплавы на основе железа, никеля и алюминия, а также железа,
никеля, алюминия и кобальта, легированные
медью, титаном,
ниобием.
Достоинства:
1) хорошие магнитные свойства Ност = 40 – 180 КА/м, Вост = ),43 –
1,4 Тл, Wmax = (3,6 – 4,0) 103 Дж/м3
2) высокая температурная стабильность
3) минимальное старение (минимальное уменьшение магнитного
потока)
Недостатки:
1) высокая чувствительность к изменениям в химическом составе и
режиме термообработки
2) плохие механические свойства, высокая твердость и хрупкость, что
осложняет механическую обработку ( Cu улучшает механические свойства).
Эти сплавы обрабатываются, в основном, шлифовкой. Размолотые в
порошок сплавы используют для изготовления порошковых магнитов.
Высококоэрцитивное состояние материалов этой группы достигается
благодаря механизму дисперсионного твердения.
При медленном охлаждении сплава, при определенной температуре
происходит дисперсионный распад твердого раствора на две фазы: β и β2
β -фаза близка по составу к чистому железу, т.е. сильномагнитная, и
выделяется в форме пластинок одноименной толщины. β2– фаза по составу к
слабомагнитному соединению никеля и алюминия.
Таким образом, получается система, состоящая из немагнитной
матрицы β2 с однодоменными сильномагнитными включениями β. Материал
с такой структурой имеет большую коэрцитивную силу, т.к. их
намагничивание происходит в основном за счет процессов вращения вектора
намагничивания домена.
Для получения таких материалов важным является:
1) температурный режим охлаждения
2) скорость охлаждения (подбирают опытным путем в зависимости
от размеров и формы магнита)
Сплавы на основе благородных металлов
сплав серебра Ag, марганца Mn и алюминия (сильманал)
сплав платины Pt 77,8% с железом Fe 22,2%
сплав платины с кобальтом Pt 76,7% Co 23,3%
Эти сплавы имеют очень высокие значения НС = 400 – 480 КА/м
При изготовлении магнитов из этих сплавов используют
металлокерамическую технологию. Эти сплавы имеют высокую стоимость,
поэтому:
из них делают только сверхминиатюрные магниты, массой в
несколько миллиграммов
в точных измерительных приборах с подвижными магнитами в
качестве «магнитных пружинок»
ПОРОШКОВЫЕ МАГНИТОТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Получают
путем
прессования
порошков
с
последующей
термообработкой.
Преимущества:
1.
Возможность получения изделий со строго выдержанными
размерами, без дальнейшей обработки
2.
Высокая производительность
Недостатки:
1.
Более низкие магнитные характеристики по сравнению с
магнитными материалами, на основе которых они изготовлены
2.
В связи с высокой стоимостью оборудования этот метод
выгодно применять при массовом производстве небольших магнитов
или магнитов сложной конфигурации.
Магниты из порошков можно разделить на три группы:
1.
Металлокерамические магниты
2.
Металлопластические магниты
3.
Оксидные (магнитотвердые ферриты)
Металлокерамические магниты получают из размолотых в порошок
магнитотвердых сплавов, которые спекают при высоких температурах по
аналогии с процессами обжига керамики.
Используют сплавы: (железо + никель + кобальт + алюминий), (железо +
кобальт + молибден), (платина + кобальт), (золото + марганец = алюминий).
Недостатки:
1. Пористость 3-5%
2. Снижение магнитных характеристик по сравнению с исходными
материалами на 10-20%.
Преимущества:
по механической прочности превосходят литые сплавы в 3-6 раз.
Путем применения специальной обработки – двукратного прессования
и спекания в атмосфере водорода можно получить металлокерамические
магниты без ухудшения свойств.
Металлопластические магниты изготавливают аналогично изделиям из
пластмасс. Прессуют порошок из магнитотвердого сплава с изолирующей
связкой (например фенол-формальдегидных смолой).
Недостатки:
1.
Наличие жесткого наполнителя требует высоких удельных
давлений на материал (до 500Мпа)
2.
Низкие магнитные свойства из-за большого содержания
немагнитного связующего (до 30%)
Преимущества:
1. Улучшение механических свойств по сравнению с исходными
сплавами
2. Высокое удельное электрическое сопротивление, что позволяет
использовать такие изделия в СВЧ областях
Магнитотвердые ферриты
Для изготовления оксидных магнитов используют: феррит бария
BaО 6Fe2O3 – самые дешевые, из-за отсутствия дефицитных компонентов.
Недостатки:
1)
Хрупкость, твердость
2)
температурная нестабильность
Феррит кобальта Co Fe2O3 (вектолит).
Более высокая температурная стабильность, но высокая стоимость.
Феррит стронция SrO 6Fe2O3
По функциям и магнитным свойствам аналогичны ферриту бария, но
имеют лучшую технологичность.
Основное достоинство ферритов – большое
характеристики примерно как у литых сплавов.
???,
магнитных
Магнитомягкие материалы
Наименование
Нs [А/м]
6,4
µнач
3300
Карбонильное железо
Электротехническая сталь
30 - 85
4000
Пермалой
1 - 30
104
Альсифер
2
104
Марганец-цинковые ферриты
4 - 24
103
(MnO ZnO) Fe2O3
Никель-цинковые
ферриты
20 - 40
103
(NiO ZnO) Fe2O3
Магнитотвердые материалы
ρ [Ом м]
10-7
3 10-7
5 10-7
8 10-7
10 -3
105
Наименование
Нs [КА/м]
Wmax [КДж/м3]
Литые сплавы Al-Ni-Fe
40
10 - 4
Магниты из порошков Al-Ni-Fe
20 - 40
3 – 3,5
Феррит бария ВаО 6 Fe2О3
95 - 185
2 – 14
Феррит кобальта СоО Fe2О3
10 - 150
10 - 15
Поскольку коэрцитивная сила является структурно-чуствительным
свойством, разница между магнитомягкими и магнитотвердыми материалами
состоит не в их химическом составе, а в структуре. В магнитомягких
материалах движение доменных границ должно быть по возможности
облегчено. В магнитотвердых материалах намеренно создаются дефекты,
мешающие движению границ доменов, проводится специальная
термомагнитная обработка (охлаждение в магнитном поле), способствующая
сохранению большой остаточной индукции. Магнитотвердые сплавы
системы Al-Ni-Fe, по существу, представляют собой композиции, где мелкие