Файл: РМ текст лекций.doc

Это сплавы алюминия, кремния и железа, нековкие, с высокой твердостью и хрупкостью, легко размалываемые в порошки. Для оптимального состава с содержанием 9,6% Si и 5,4% А1, остальное Fe сплав имеет следующие магнитные характеристики: μнач=35400, max~ 117000, Нс=1,76 А/м.

Область применения — магнитные экраны, корпуса приборов и аппаратов, фасонные детали магнитопроводов и др. изделия, работающие в постоянных магнитных поля. Из-за хрупкости толщина стенок должна быть не менее 1—2 мм. Тонкие порошки альсифера применяются в качестве ферромагнитной составляющей магнитодиэлектриков.

4.14.5. Магнитомягкие ферриты.

Это твердые растворы окиси железа Fe₂0₃с окислами других металлов. Наиболее широко применяются ферриты со структурой шпинели, отвечающей формуле МеFe₂O₄где Me — какой-либо двухвалентный катион. Самопроизвольная намагниченность ферритов обусловлена спиновыми магнитными моментами трехвалентных ионов железа и двухвалентных ионов металла, между которыми существует косвенное обменное взаимодействие через ионы кислорода.

Синтез ферритов производится по керамической технологии и может быть осуществлен по трем различным технологическим схемам.

1. Из механической смеси оксидов или карбонатов.

2. Термическим разложением твердой смеси солей, полученной выпариванием из водного раствора.

3. Из совместно сочетаемых гидрооксидов, карбонатов, оксалатов. Наиболее распространенный — первый способ.

Применение магнитомягких ферритов: для магнитопроводов, работающих в слабых и сильных магнитных полях до 100 МГц и в импульсном режиме; для изготовления магнитных усилителей, сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, статоров и роторов в. ч. двигателей, термомагнитных компенсаторов и т. д.

Механические, магнитные и электрические свойства магнитомягких ферритов. Механические свойства, как и у керамики — твердость, хрупкость, недопустимость обработки резанием. При спекании—усадка от 10 до 20%. Хорошо шлифуются и полируются абразивными материалами, режутся алмазными инструментами.

Наиболее широко в качестве магнитомягких ферритов применяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты, представляющие собой твердые растворы замещения, образованные простыми ферритами NiFe204 и MnFe204, являющиеся ферримагнетиками, с немагнитным ZnFe204. В переменных полях ферриты, кроме μ., характеризуются tg б—тангенсом угла магнитных потерь, который используется для оценки допустимого частотного диапазона, в котором может использоваться данный материал. Для ферритов потерями на вихревые токи и гистерезис в области слабых полей можно пренебречь. При повышении частоты, начиная с некоторой, характерной для данной марки феррита, значения tg б, возрастают более резко, при этом одновременно уменьшается ц. Эту частоту называют критической — frp.

Причина уменьшения μ и роста tg бμ связывается со сложными резонансными и релаксационными процессами.

Зависимость μн и tg бμ от частоты в логарифмическом масштабе для разных марок никель-цинкового феррита показана на рис. 4.1.16.

рис. 4.1.16.

Цифра в обозначении марки феррита означает величину начальной магнитной проницаемости. Магнитные и электрические свойства трех марок никель-цинковых ферритов приведены в табл. 4.16.

Таблица 4.16.

Марка феррита

Umax

Н,А/м

(При Цщах)

Гкрет, МГц

р, ОМ^м

Тк,°с

2000 НН

200 НН

10 ВЧ

7000

300

160

3700

0,2

3,0

250

10³

10⁸

120

500

Удельное электрическое сопротивление ферритов в зависимости от термической обработки и химического состава изменяется от 10 до 10⁸Омм. Основной недостаток ферритов по сравнению с металлическими магнитными материалами—малое значение их магнитной проницаемости. Некоторые типы изделий из магнитомягких ферритов показаны на рис. 4.1.17.

Рис 4.1.17.

4.14.6. Специальные магнитные материалы

Материалы с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД) применяются для изготовления запоминающих устройств (ЗУ). Чем меньше Нс, тем выше быстродействие ЦМД-устройства. Обычно Нс должна быть не больше 10 А/м. Основные материалы для ЦМД—устройств представлены в табл. 4.17.

Таблица 4.17.

Материал	Свойства, особенности технологий или применения
Ортоферриты RFeOs R-редкоземельный элемент (Y, Sm, Eu, Yb,Er)	Высокая подвижность доменных границ, прозрачность в красном свете. Плотность информации невелика - 10 -10 бит/см
Ферриты граната КзРезО	Плотность информации выше 10-10⁶ бит/см², но подвижность доменных границ ниже, чем у ортоферритов. Применяются в виде монокристаллических пленок.
Аморфные магнитные пленки сплавов Cd-Co и CdFe	Плотность информации до 10 бит/см². Относительно низкая стоимость. Низкая термостабильность и низкое электрическое сопротивление -недостатки.

14.4.7. Аморфные магнитные материалы (амм)

Эти материалы являются магнетиками с неупорядоченным расположением атомов, получаются наиболее часто в результате быстрой закалки расплава со скоростью охлаждения 10⁴—10⁶град/с. Тонкие пленки аморфных материалов с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД) можно получать катодным распылением или вакуумным напылением редкоземельных и переходных металлов.

Металлические аморфные сплавы содержат 75—85% одного или нескольких переходных металлов (Fe, Co, Ni) и 15—25% стеклообразователя, в качестве которого используют бор, углерод, кремний, фосфор.

По магнитным свойствам АММ близки к электротехническим сталям и пермаллоям. Наиболее перспективные сплавы — железоникелевые, высококобальтовые и высокожелезистые. Для получения оптимальных свойств применяют термомагнитную обработку, что позволяет повысить и прямоуголь ность петли гистерезиса. Магнитные свойства двух промышленных сплавов после термообработки показаны в табл. 4.1.18.

Таблица 4.1.18

Марка	Bs,Tn	Цтах	нс.а/м	Вг/Bs при Н,А/м	р, мк0мм
45НПР-А	0,78	310000	1,6	0,93	1,4
44НМР-А	0,88	750000	0,56	0,72	1.6

АММ имеют повышенную твердость и коррозионную стойкость. Удельное сопротивление АММ в 3—5 раз больше, чем у кристаллических. Применение: магнитные экраны, сердечники малогабаритных трансформаторов, магнитных усилителей, головок магнитозаписывающих устройств.

4.14.8. Магнито диэлектрики (мд)

Как и ферриты МД являются высокочастотными магнитными материалами. По сравнению с ферритами имеют более стабильные свойства, но по ряду электромагнитных параметров уступают ферритам. Получаются по технологии, аналогичной технологии пластмасс. МД состоят из мелкоизмельченного ферромагнетика, частицы которого изолированы и скреплены немагнитным материалом.

В качестве ферромагнетика наиболее часто используют альсифер, карбонильное железо, пермаллой в качестве связки—жидкое стекло, стеклоэмали и др. Прессование изделий из МД — колец, сердечников и т. д. производится при давлениях (14—20)*10²МПа (14—20 Т/см ). Чем выше давление, тем больше магнитная проницаемость. Примеры магнитных характеристик промышленных магнито диэлектриков показаны в табл. 4.1.19

Таблица 4.1.19

Основа магнитодиэлектрика	Марка Цнач	Пределы линейности тангенса угла потерь
		на частоте f, МГц	по величине Н, А/м
Альсифер	ТЧ-90 79-91 ВЧ-22 19-24	до 0,5 20	до240 1200
	Цэфф
Карбонильное железо	Р-102,9 Р-100 1,55	100 100	2400 2400

4.15. Магнитотвердые материалы

Тема 1. Сплавы на основе железа. Тема 2. Металлокерамические магниты Тема 3. Магнитотвердые ферриты Тема 4. Сплавы на основе редкоземельных металлов (рзм)

Применяются в основном для изготовления постоянных магнитов многих устройств в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике. По сравнению с электромагнитами постоянного тока имеют ряд преимуществ, главные из которых—повышенная работоспособность, экономия материалов и потребления энергии, экономическая и техническая выгода применения.

Для получения высокой коэрцитивной силы в магнитных материалах, кроме выбора химического состава используют технологии, оптимизирующие кристаллическую структуру и затрудняющие процесс перемагничивания—это закалка сталей на мартенсит, дисперсионное твердение сплавов, создание высоких внутренних механических напряжений, посторонних включений или высокой магнитострикции и др. В результате затрудняются процессы смещения доменных границ. У высококоэрцитивных сплавов магнитная текстура создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле.

4.15.1. Сплавы на основе железа—никеля—алюминия

Сплавы на основе железа применяют в основном легированные медью и кобальтом. Высококобальтовые сплавы с содержанием кобальта более 15% используют обычно с магнитной и кристаллической текстурой. Намагничивание этих сплавов происходит, главным образом, за счет процессов вращения векторов намагничивания. Эти сплавы отличаются высокой твердостью и хрупкостью, поэтому магниты из них изготовляются методом литья, обрабатываются шлифовкой, в том числе с применением алмазного инструмента, ультразвука и др.

К самым дешевым относятся безкобальтовые сплавы ЮНД и др., их магнитные свойства относительно низки. В обозначении этих сплавов используются следующие буквенные символы: Ю — алюминий, Н — никель, Д — медь, К — кобальт, Т — титан, цифра означает процентное содержание стоящего перед ней элемента. ЮНДК-15 и ЮНДК-18-магнитно-изотропные сплавы с относительно высокими магнитными свойствами. Сплавы ЮНД с 24% кобальта имеют высокие магнитные свойства в направлении магнитной текстуры. полученной при термомагнитной обработке, ЮНДК 35 Т5 БА обладают наибольшей энергией Wmax. ЮНДК40 Т8— титанистый сплав, имеет наиболее высокую коэрцитивную силу.