Файл: материалы.doc

В первый момент напряженность и магнитная индукция магнитного поля равны нулю. По мере возрастания напряженности магнитного поля увеличивается магнитная индукция и в определенный момент достигает максимального для данного материала значения. Магнитная индукция при уменьшении напряженности уменьшается, но её уменьшение происходит медленнее, поэтому когда напряженность становится равной нулю, магнитная индукция еще не достигает нулевого значения. Магнитную индукцию в намагниченном до максимума материале, при которой напряженность магнитного поля равна нулю, называют остаточной магнитной индукцией. 

Например, изготовление постоянных магнитов основано на этом явлении. Напряженность, достигнув нулевого значения продолжает уменьшаться; уменьшается и магнитная индукция; когда напряженность достигнет значения коэрцитивной силы, магнитная индукция становится равной нулю – материал размагнитится. 

В течение перемагничивания тратится часть энергии на нагревание материала. Число этой энергии (называют потери энергии на гистерезис) пропорционально к площади петли гистерезиса. Поэтому от петли гистерезиса, её формы, зависят его магнитные характеристики, что в свою очередь определяется свойствами материала. 

Магнитно-твердые и магнитно-мягкие материалы различают следующим образом: 

Магнитно-мягкие материалы обуславливаются незначительными потерями энергии на гистерезис, обладают малой коэрцитивной силой и большой магнитной проницаемостью. Этим характерно применение магнитно-мягких материалов в изготовлении электрических аппаратов и машин, а также трансформаторов и других устройств, так сказать, где нужно быстрое перемагничивание и намагничивание с небольшими потерями энергии. 

Магнитно-твердые материалы обуславливаются относительно крупными потерями на гистерезис, располагают большой коэрцитивной силой, но также как и магнитно-мягкие материалы, имеют большую магнитную проницаемость. После снятия намагничивающего поля магнитно-твердые материалы остаются намагниченными, и поэтому их применение главным образом состоит в изготовлении постоянных магнитов. 

Ещё одну характеристику важно учитывать для экономичного использования магнитных материалов. Согласно закону электромагнитной индукции в сердечниках электрических аппаратов, машин, действующих на переменном токе, появляются индукционные токи, которые называются вихревыми токами. Дело в том, что вихревые токи нагревают сердечник, то есть, магнитопровод, от чего часть энергии развивается в окружающее пространство, толком теряется. Такие энергетические потери называют потерями на вихревые токи. Понятно, что количество потерь на вихревые токи зависит от конструкции магнитопровода и удельного электрического сопротивления магнитного материала.

Изготавливают магнитопроводы с целью понижения значения вихревых токов, из легированной кремнием стали, и делают их не сплошными, а собирают из тонких листов (пластин), изолированных отдруг друга. Удельное электрическое сопротивление стали увеличивается из-за наличия в нём кремния, а пластины как бы разрезают контуры вихревых токов, которые в соответствии закону электромагнитной индукции образуются в плоскостях, перпендикулярных магнитным потокам в магнитопроводе.

7. Магнитномягкие материалы (МММ), свойства, применение.

Магнитно-мягкие материалы, можно разделить на три группы: электротехнические стали, сплавы на основе железа с другими металлами (никель, кобальт, алюминий) и ферриты (неметаллические ферромагнетики).

Электротехнические стали наиболее дешевые материалы, имеющие большие индукции насыщения (порядка 1,8 ... 2,3 Тл), и это позволяет создавать из них компактные и дешевые электромагнитные элементы. Но из-за относительно большой (по сравнению с железоникелевых сплавами) коэрцитивная силу электротехнической стали (порядка 0,1 ¸ 0,5 А / см) чувствительность стальных элементов к изменениям внешнего поля, которое образуется обмотками, невелика.

Зализоникелевые сплавы (пермаллоя) дороже стальных в 15-20 раз, имеют меньшую индукцию насыщения, но позволяют получать высокочувствительные магнитные элементы за счет малой коэрцитивной силы и высокой начальной магнитной проницаемости. Зализоникелеви сплавы изготовляют в виде листов или лент. Толщина ленты иногда достигает нескольких микрометров.[adsense_id="1"]

Зализоалюминиевые сплавы 16ЮХ и 16ЮМ, которые содержат в своем составе 16% алюминия, по магнитным свойствам не уступают пермаллой, но имеют повышенную (10 ... 20 раз больше, чем в пермаллой) износостойкость. Их широко применяют для изготовления магнитных головок в устройствах магнитной записи, где в процессе работы головка непрерывно трется о поверхность ленты.

Ферриты - это неметаллические магнитные материалы (твердые растворы), изготовленные из смеси оксидов железа с оксидами магния, меди, марганца, никеля и других металлов. Общая формула ферритов имеет вид МеO × Fе2 Оз, где Me - любой металл.

Оксиды измельчают на маленькие куски и смешивают в определенной пропорции. Магнитопроводы необходимых размеров и конфигураций прессуют из полученной смеси при давлении 10-30 кН / см 2 (1-3 т / см 2) и выжигают при температуре 1200-1400 ° С. Готовые магнитопроводы серо-черного цвета имеют высокую твердость, но довольно хрупкие. Обмотки обычно наматывают без непосредственно на ферритовые магнитопроводы без дополнительной изоляции последних. Удельный электрическое сопротивление ферритов в миллионы раз больше чем у металлических ферромагнетиков, что практически устраняет вихревые токи. Это позволяет перемагничиные ферриты с частотой в сотни килогерц и обеспечивать высокую скорость выполнения операций современных управляющих и вычислительных машин. Наиболее распространенные магниево-марганцевые ферриты марок ВТ (1.3ВТ, 0,16 ВТ и др.).. Они имеют относительно низкую точку Кюри (140 - 300 ° С), что обусловливает значительную изменение их магнитных параметров при нагревании. Ферриты на базе лития, с точкой Кюри 630 ° С, имеют значительно лучшие температурные характеристики. Для магнитопроводов цифровых устройств широко применяют бифериты, есть ферриты с двумя металлами, например магниево-марганцевые или литий-натриевые ферриты, а также полифериты, которые являются твердыми растворами трех и более ферритов.

8. Магнитнотвердые материалы (МТМ), свойства, применение.

Магнитно-твердые материалы. Магнитно-твердые материалы, как уже отмечалось, применяют:

- Для изготовления постоянных магнитов;

- Для записи информации (например, для звукозаписи).

При оценке свойств магнитно-твердых материалов могут оказаться существенными механические свойства (прочность), обрабатываемость материала в процессе производства, а также плотность, удельное электрическое сопротивление, стоимостьи др.. Особенно важно в некоторых случаяхвопросстабильности магнитных свойств.

Важнейшими материалами для постоянных магнитов являются сплавы Fe-Ni-Al. Большую роль в образовании высококоэрцитивной состояния этих сплавов играет механизм дисперсионного твердения.

Такие материалы имеют большое значение коэрцитивной силы, потому что их намагничивания происходит в основном за счет процессов вращения.[adsense_id="1"]

Сплавы Fe-Ni-Al без легирующих элементов не применяют из-за их сравнительно низкие магнитные свойства. Наиболее распространенными являются сплавы, легированные медью и кобальтом. Висококобальтови сплавы, содержащие более 15% Co, как правило, используют с магнитной или с магнитной и кристаллической текстурой.

Магнитная текстура является результатом термомагнитного обработки, которая заключается в охлаждении в магнитном поле напряженностью 160-280 кА / м сплава от высоких температур (1250-1300 0 С) до примерно 500 0 С. При этом рост магнитных характеристик происходит только в направлении действия поля, т.е. материал становится магнитно-анизотропными.

Дальнейшее существенное повышение магнитных свойств сплавов Fe-Ni-Al-(Co) возможно созданием магнитов измакроструктурой в виде столбчатых кристаллов. Кристаллическую структуру получают в процессе особых условий охлаждения сплава.

Приведем краткие рекомендации по выбору марок сплавов. Безкобальтови сплавы (ЮНД и др.). Есть дешевые, их свойства относительно низкие. Сплавы ЮНДК15 и ЮНДК18 применяют, когда требуются относительно высокие магнитные свойства и материал не должен иметь магнитную анизотропию. Сплавы, содержащие 24% Со (ЮН13ДК24 и др.)., Имеют высокие магнитные свойства в направлении магнитной текстуры, хорошо технологически освоены и имеют широкое применение.

Сплавы с направленной кристаллизацией, например ЮН13ДК25БА, и др.., Имеющих наибольшую W max и, следовательно, могут обеспечить наименьшие массу и габариты магнитных систем.

В тех случаях, когда система разомкнутая, применяют сплавы с наиболее высокой Н с, например титанистий сплав ЮНДК35Т5.

Сплавы с монокристалевой структурой (ЮНДК35Т5АА и ЮНДК40Т8АА) по сравнению со сплавами с направленной кристаллизацией имеют следующие преимущества: более высокие магнитные свойства за счет дальнейшего совершенствования структуры, наличие трех взаимно перпендикулярных направлений, в которых свойства оптимальны; лучшие механические свойства.

Основные недостатки сплавов Fe-Ni-Al-(Co) - плохие механические свойства (высокие твердость и хрупкость), что значительно усложняет их механическую обработку.

9. Электрические характеристики диэлектриков.

Из всего многообразия физических свойств важнейшими, характеризующими вещество как диэлектрик, являются электрические свойства. К ним относятся поляризация,электропроводность, диэлектрическая проницаемость, поляризуемость диэлектрика.

Электрические характеристики диэлектриков

Объемное сопротивление— сопротивление диэлектрика при прохождении через него постоянного тока. Для плоского диэлектрика оно равно:

Rv= ρv(d/S), Ом

где ρv - удельное объемное сопротивление диэлектрика, представляющее собой сопротивление куба с ребром 1 см при прохождении постоянного тока через две противоположные грани диэлектрика, Ом-см, S — площадь сечения диэлектрика, через которое проходит ток (площадь электродов), см2,d- толщина диэлектрика (расстояние между электродами), см.

Поверхностное сопротивление диэлектрика

Поверхностное сопротивление - сопротивление диэлектрика при прохождении тока по его поверхности. Это сопротивление составляет:

Rs= ρs(l/S), Ом

где ps - удельное поверхностное сопротивление диэлектрика, представляющее собой сопротивление квадрата (любых размеров) при прохождении постоянного тока от одной его стороны к противоположной, Ом, l- длина поверхности диэлектрика (в направлении прохождения тока), см,S— ширина поверхности диэлектрика (в направлении, перпендикулярном прохождению тока), см.

Диэлектрическая проницаемость.

Как известно, емкость конденсатора - диэлектрика, заключенного между двумя параллельно расположенными и находящимися друг против друга металлическими обкладками (электродами), составляет:

С = (ε S) / (4πl), см,

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала, равная отношению емкости конденсатора с данным диэлектриком к емкости конденсатора таких же геометрических размеров, но диэлектриком которого является воздух (вернее вакуум); S- площадь электрода конденсатора, см2,l- толщина диэлектрика, заключенного между электродами, см.