[pic] (7)
где (Br)1 и (Br)2 –значения остаточной индукции материала при
температурах Т1 и Т2 соответственно.
Максимальная удельная магнитная энергия (мах является важнейшим
параметром при оценке качества магнитотвердых материалов.
Максимальная удельная магнитная энергия, Дж/м2:
[pic] (8)
Постоянный магнит при замкнутом магнитопроводе практически не отдает
энергию во внешнее пространство, так как почти все магнитные силовые линии
замыкаются внутри сердечника, и магнитное поле вне сердечника отсутствует.
Для использования магнитной энергии постоянных магнитов в замкнутом
магнитопроводе создают воздушный зазор определенных размеров и
конфигурации, магнитное поле в котором используют для технических целей.
Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается. Это
явление называется старением магнита. Старение может быть обратимым и
необратимым.
В случае обратимого старения при воздействии на постоянный магнит
ударов, толчков, резких колебаний температуры, внешних постоянных полей
происходит снижение его остаточной магнитной индукции Br на 1…3%; при
повторном намагничивании свойства таких магнитов восстанавливаются.
Если со временем в постоянном магните произошли структурные изменения,
то повторное намагничивание не устраняет необратимого старения.
По назначению магнитотвердые материалы подразделяются на материалы для
постоянных магнитов и материалы для записи и хранения информации (звуковой,
цифровой, видеоинформации и др.).
По составу и способу получения магнитотвердые материалы подразделяют на
налитые, порошковые и прочие.
3.2. Литые материалы на основе сплавов. Эти 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.
Эти сплавы относят к прецизионным, так как их количество в решающей степени
определяется строгим соблюдением технологических факторов.
Магнитотвердые литые материалы получают в результате дисперсионного
твердения сплава при его охлаждении с определенной скоростью от температуры
плавления до температуре начала распада. В процессе твердения происходит
высокотемпературный распад твердого раствора на (-фазу и (2-фазу. (-фаза
близка по составу к чистому железу, которое обладает выраженными магнитными
свойствами. Она выделяется в виде пластинок однодоменной толщины. (2-фаза
близка по составу к интерметаллическому соединению никель- алюминий Ni-Al,
обладающему низкими магнитными свойствами.
В результате получают систему, состоящую из немагнитной фазы (2 с
однодоменным сильномагнитным включениями фазы (, которая обладает большой
коэрцитивной силой Нс. Такие сплавы не применяют из-за сравнительно низких
магнитных свойств. Наибольшее распространенными являются сплавы железо-
никель– алюминий, легированные медью Cu и кобальтом Со.
Марки этих материалов содержат буквы Ю и Н, указывающие на наличие в
них алюминия и никеля. При использовании легирующих металлов в обозначение
марок вводят дополнительные буквы, которые соответствуют этим металлам,
например, сплав системы железо- никель- алюминий, легированный кобальтом,
марки ЮНДК.
Бескобальтовые сплавы обладают относительно низкими магнитными
свойствами, но они являются самыми дешевыми.
Кобальтовые сплавы применяют для изготовления изделий, которые требуют
материалов с относительно высокими магнитными свойствами и магнитной
изотропностью.
Высококобальтовые сплавы представляют собой сплавы с магнитной или с
магнитной и кристаллической текстурой, содержащие кобальт более 15%.
Сплавы с магнитной текстурой получают в результате охлаждения сплава в
магнитном поле с напряженностью 160…280 кА/м от высоких температур
1250…1300(С до температуры приблизительно 500(С. полученный сплав
приобретает улучшенный магнитные характеристики лишь в направлении действия
поля, т.е. материал становится магнитоанизотропный.
Для сплавов, содержащих 12% кобальта, термомагнитная обработка
увеличивает магнитную энергию приблизительно на 20% а для сплавов,
содержащих 20…25% кобальта, -на 80% и более.
Термомагнитная обработка повышает температуру начала дисперсного
распада с 950(С в сплаве без кобальта до 800(С в сплаве, содержащем 24%
кобальта.
В результате термомагнитной обработки у высококобальтовых сплавов
повышается также температура точки Кюри с 730 до 850(С.
Кристаллическую текстуру получают в процессе особых условий охлаждения
сплавов. В результате получают магниты с особой микротекстурой в виде
столбчатых кристаллов, ориентированных в направлении легкого
намагничивания. Это повышает магнитные свойства сплавов .магнитная энергия
повышается на 60…70%. Увеличивается коэрцитивная сила Нс, остаточная
магнитная индукция Br и коэффициент выпуклости кривой размагничивания
материала:
[pic] (9)
Высококобальтовые текстурированные сплавы применяют для изготовления
малогабаритных изделий, требующих высоких магнитных свойств и магнитной
анизотропии.
Недостатками высококобальтовых материалов являются высокая твердость и
хрупкость, что значительно осложняет их механическую обработку.
3.3. 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.
Металлокерамические магниты на основе сплавов ЮНДК обладают магнитными
свойствами по параметрам Br и (max на 10…20% ниже, чем у литых магнитов
благодаря повышенной пористости спеченного порошкового материала до 5%; по
механической прочности в 3…6 раз превосходят литые.
Магниты на основе платиновых сплавов обладают высокими значениями
коэрцитивной силы Нс, которые в 1,5…2 раза выше Нс бариевых магнитов;
высокой стабильностью параметров; по максимальной магнитной энергии (мах
сравнимы со сплавом ЮНДК 24.
Сплавы на основа редкоземельных металлов (РЗМ) и урана при определенных
соотношениях обладают очень высокими значениями коэрцитивной силы Нс
(предельное теоретическое значение составляет 1032 кА/м) и рекордными
значениями максимальной удельной магнитной энергии (мах (предельное
теоретическое значение достигает 112 кДж/м3.
Среди сплавов на основе редкоземельных наибольшее значение имеют
интерметаллические соединения типа RCo5, где R – редкоземельный металл. В
марке соединения буква К означает кобальт, С – самарий, П – празеодим.
Сплавы на основе редкоземельных металлов получают холодным прессованием
порошка сплава RCo5 до высокой степени плотности, спеканием брикетов из
порошков в присутствии жидкой фазы и литьем многокомпонентных сплавов, в
которых кобальт замещен медью и железом.
Металлопластические магниты имеют пониженные магнитные свойства по
сравнению с литыми магнитами, однако они обладают большим электрическим
сопротивлением, малой плотностью, меньшей стоимостью.
Получают металлопластические магниты, кок и металлокерамические, из
металлических порошков, которые прессуют вместе с изолирующей связкой и
нагревают до невысоких температур, необходимых для полимеризации связующего
вещества.
Бариевые магниты обладают следующими свойствами:
Значения остаточной магнитной индукции Br в 2…4 раза меньше, чем у
литых магнитов;
Большая коэрцитивная сила Нс, что придает им повышенную стабильность
при воздействии внешних магнитных полей, ударов и толчков;
Плотность d примерно в 1,5 раза меньше плотности сплавов типа ЮНДК, что
существенно снижает массу магнитных систем;
Удельное электрическое сопротивление ( (104…107 Ом*м) в миллионы раз
выше, чем сопротивление магнитотвердых сплавов, поэтому ферриты бария
используют в цепях, подвергающихся действию высокочастотных полей;
Не содержат дефицитных и дорогих металлов, поэтому по стоимости
бариевые магниты примерно в 10 раз дешевле магнитов из сплава ЮНДК.
К недостаткам бариевых магнитов относят:
плохие механические свойства (высокая хрупкость и твердость);
большую зависимость магнитных свойств от температуры (температурный
коэффициент остаточной магнитной индукции ТКВr в 10 раз больше, чем ТКВr
литых магнитов);
эффект необратимой потери магнитных свойств после охлаждения магнита до
температуры -60(С и ниже (после охлаждения и последующего нагревания до
начальной температуры магнитные свойства не восстанавливаются).
В отличии от технологии изготовления магнитомягких ферритов после
сухого помола для лучшего измельчения частиц исходного сырья производят
мокрый помол. Полученную массу отстаивают, заливают в пресс-формы и затем
прессуют в магнитном поле при медленном увеличении давления и одновременной
откачке воды. После прессования изделие размагничивают, для чего включают и
выключают ток, который имеет обратное по сравнению с намагничивающим током
направление.
Кроме мокрого для изготовления бариевых магнитов применяют также сухое
прессование.
Промышленность выпускаем бариевые изотропные БИ и бариевые анизотропные
БА магниты.
Кобальтовые магниты обладают следующими свойствами:
более высокая стабильность параметров, чем у бариевых;
температурный гистерезис, т.е. зависимость магнитных свойств от
температуры, которая появляется не в области отрицательных температур, как
у бариевых магнитов, а при нагревании до температуры выше 80(С;
из-за большой хрупкости и низкой механической прочности их крепят с
помощью клея;
высокая стоимость.
Технология изготовления кобальтовых магнитов отличается от технологии
получения бариевых ферритов операцией термомагнитной обработки, которая
состоит в нагревании спеченных магнитов до температуры 300…350(С в течении
1,5 часов и охлаждения в магнитном поле в течении 2 часов.
Магниты из микропорошков Mn-Bi поучают прессованием специально
подготовленного микропорошка. Для этого марганцево-висмутовый сплав (23%
Mn; 77% Bi) подвергают механическому дроблению до получения частиц
однодоменных размеров (5…8 мкм). Пропуская порошок через магнитный
сепаратор отделяют ферромагнитную фазу Mn-Bi от немагнитных частиц марганца
и висмута. В результате прессования микропорошка ферромагнитной фазы при
температуре примерно 300(С в магнитном поле получают магниты, которые
состоят из отдельных частиц с одинаковой ориентацией осей легкого
намагничивания; сохраняют магнитные свойства только до температуры не ниже
20(С (при понижении свойства быстро ухудшаются и для их восстановления
необходимо повторное намагничивание), что существенно ограничивает их
применение.
Железные и железокобальтовые магниты из микропорошков Fe и Fe-Co
изготавливают с применением химических способов получения частиц нужного
размера (0,01…0,1). Из полученного порошка магниты прессуют и пропитывают
раствором смол. Пропитка повышает коррозийную стойкость железосодержащих
магнитов.
3.4. Прочие магнитотвердые материалы. К этой группе относятся
материалы, которые имеют узкоспециальное применение: пластически
деформируемые сплавы, эластичные магниты, материалы для магнитных носителей
информации, жидкие магниты.
Пластически деформируемые магниты обладают хорошими пластическими
свойствами; хорошо поддаются всем видам механической обработки (хорошо
штампуются, режутся ножницами, обрабатываются на металлорежущих станках);
имеют высокую стоимость.
Кунифе – медь–никель–железо (Cu-Ni-Fe) обладают анизотропностью
(намагничиваются в направлении прокатки).
Применяются в виде проволоки и штамповок.
Викаллой – кобальт–ванадий (Co-V) получают в виде высокопрочной
магнитной ленты и проволоки. Из него изготавливают также очень мелкие
магниты сложной конфигурации.
Эластичные магниты представляют собой магниты на резиновой основе с
наполнителем из мелкого порошка магнитотвердого материала. В качестве
магнитотвердого материала чаще всего используют феррит бария. Они позволяют
получить изделия любой формы, которую допускает технология изготовления
деталей из резины; имеют высокую технологичность (легко режутся ножницами,
штампуются, сгибаются, скручиваются) и невысокую стоимость.
«Магнитную резину» применяют в качестве листов магнитной памяти ЭВМ,
для отклоняющих систем в телевидении, корректирующих систем.
Магнитные носители информации при перемещении создают в устройстве
считывания информации переменное магнитное поле, которое изменяется во
времени также, как записываемый сигнал.
Магнитные материалы для носителей информации должны отвечать следующим
требованиям:
высокая остаточная магнитная индукция Br для повышения уровня
считываемого сигнала;
для уменьшения эффекта саморазмагничивания, приводящего к потере
записанной информации, значение коэрцитивной силы Нс должно быть как можно
более высоким;
для облегчения процесса стирания записи желательна малая величина
коэрцитивной силы Нс, что противоречит предыдущему требованию;
большие значения коэффициента выпуклости Квып =(ВН)мах/BrHc,
что удовлетворяет требований высокой остаточной магнитной индукции Br и
минимальной чувствительности к саморазмагничиванию;
высокая температурная и временная стабильность магнитных свойств.
Материалы для магнитных носителей информации представляют собой
металлические ленты и проволоку из магнитотвердых материалов, сплошные
металлические, биметаллические и пластмассовые ленты и магнитные порошки,
которые наносятся на ленты, металлические диски и барабаны, магнитную
резину и др.
Сплошные металлические ленты и проволоку из викаллоя используют в
основном в специальных целях и при работе в широком диапазоне температур.
Проволока из нержавеющей стали толщиной 0,1 мкм обладает коэрцитивной силой
Нс=32 кА/м, остаточной индукцией Br= 0,7Т и усилием разрыва 15Н.
Основными недостатками данного типа материалов является трудность
монтажа записи, быстрый износ записывающих и воспроизводящих устройств и
высокая стоимость.
Свойства лент, дисков и барабанов с покрытием магнитными порошками
зависят:
от свойств исходных материалов (остаточная намагниченность порошка Br
должна быть возможно более высокой);
степени измельчения частиц (размеры колеблются от долей микрометра до
единиц микрометров);
объемной плотности магнитного материала в рабочем слое;
ориентации частиц с анизотропией формы;
толщины рабочего слоя порошка (он должен быть максимально тонким);
свойств металлической ленты (она должна быть гладкой и гибкой для
обеспечения максимального магнитного контакта между магнитными материалами
ленты и устройства считывания).
Несмотря на то, что ленты на пласмассовой основе обеспечивают меньший
сигнал по сравнению с лентами на металлической основе, они находят более
широкое распространение. В качестке основы для таких лент используют
ацетилцеллюлозную или лавсановую ленту толщиной 20…50 мкм, которую
изготавливают гибкой и гладкой, так как шероховатость может быть причиной
шумов при записи и воспроизведении сигнала.
В качестве магнитных порошков используют оксиды железа Fe2O3 и Fe3O4,
магнитотвердые ферриты, железоникельалюминиевые сплавы, которые являются
доступными и дешовыми материалами.
Жидкие магниты предсавляют собой жидкость, наполненную мельчайшими
частицими магнитотвердого материала. Жидкие магниты на кремний органической
основе не расслаиваются даже под воздействием сильных магнитных полей,
сохраняют работоспособность в диапазене температур от –70 до +150(С.
4. список литературы
1. Журавлева Л.В. Электроматериаловедение: учебник. Для нач. проф.
Образования. –М.: Изд. Центр «Академия»; ИРПО, 2000. –313 с.
2. Калинин Н.Н., Скибинский Г.Л., Новиков П.П. Электрорадиоматериалы:
учебник для техникумов/Под ред. Н.Н. Калинина. – М.: Высш.шк., 1981.-293
с.
3. Никулин В.Н. справочник молодого электрика по электрическим материалам
и изделиям. –М.: Высш.шк., 1982. –216 с.
4. Никулин Н.В. Электроматериаловедение. М.: Высш.шк.,1984. –75 с.
5. Ростовиков В.И., Черток Б.Е. Электрорадиоматериалы: Пособ. Для техн.
–Киев: Выща шк., 1975. –283 с.
6. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. –М.: Наука,
1977.
-----------------------
[pic], (1)
где [pic]- магнитная постоянная, равная 4(·10-7 Гн/м ; М-
намагниченность, А·м-1.
[pic] (2)
[pic] (3)
где (а – абсолютная магнитная проницаемость; (0- магнитная постоянная,
равная 1,257 мкГн/м.
Вмах
Нс
Предельная петля гистерезиса
Рис 1.1. Петли гистерезиса при различных значениях напряженности внешнего
поля
|B, Тл |
|0,08 |
|0,04 |
|0 |
|0,04 |
|0,08 |
|0,11 |
|-6 |-4 |-2 |0 |2 |4 |6 |Н, кА/М |
Рис. 1.2. зависимость индукции В от напряженности магнитного поля Н
(основная кривая намагничивания) технически чистого железа (99,92% Fe)
|0 |16|32|48|64|80|96|112|128|Н,А/м|
|В,Тл |
|1,0 |
| |
|0,8 |
| |
|0,6 |
| |
|0,4 |
| |
|0,2 |
Рис. 1.3. Петли гистерезиса:
а,б – магнитомягких материалов (округлая петля); в – магнитомягких
материалов (прямоугольная петля); г – магнитотвердых материалов
|а |б |в |г |
Страницы: 1, 2
