Количественные параметры магнитомягких материалов
| Материал | μнач | μmax | Hc, А/м | ВS,Тл, при Hs, А/м | ρv, Ом·м | |
| Технически чистое железо (до 0,04% С) | (3,5...4,5) ×103 | 40...100 | 2,18 Н=5·104 | 10-7 | ||
| Электротехническая сталь (Si от 0,8 до 4,8%) | (2...6)·102 | (3...8)·103 | 10...65 | 1,89 Н=3·104 | (6...2,5) ×10-7 | |
| Пермаллои | Низконикелевые Ni=40...50% | (2...4)·103 | (1,5...6) × ×104 | 5...32 | 1,3...1,6 | (4,5...9) ×10-7 |
| Высоко- никелевые Ni=72...80% | (1,5...10) ×104 | (0,7...3) × ×105 | 0,65...4 | 0,7...0,75 | (1,6.8,5) ×10-7 | |
| Супермалой Ni = 79%; Mo = 5%; Fe = 15%; Mn = 0.5% | 1,5·105 | 0,3 | 0,8 | 6·10-7 | ||
| Альсиферы Al = 5.4%; Si = 9.6%; Fe = 85% | 3,5·104 | 11,5·104 | 1,8 | 0,34 | 8,1·10-7 | |
| Ферриты | Марганец- цинковые MnO·Zn·Fe2·O3 (при частоте 1 МГц) | (0,7...2)× ×104 | (0,18...3,5) ×104 | 0,25...28 | 0,15...0,46 | 20·10-3 |
| Никель-цинковые NiO·Zn·Fe2·O3 (при частоте 100 МГц) | 10...2000 | 40...7000 | 8...170 | 0,2...0,35 | 10·108 | |
| Литий-цинковые Li2O·Zn·Fe2·O3 (при частоте 1000 МГц) | 20...120 | - | 240...480 | 0,1...0,25 | - |
Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков практически неуправляема внешним магнитным полем. Их эффективная магнитная проницаемость меньше, чем у ферромагнитной основы.
Магнитодиэлектрики имеют ограниченное применение, поскольку в большинстве случаев могут быть заменены ферритами, имеющими ряд преимуществ. Тем не менее, магнитодиэлектрики применяют в катушках индуктивности фильтров, генераторов, контуров радиоаппаратуры и аппаратуры связи.
Магнитотвердые материалы
Магнитотвердые материалы характеризуются широкой петлей гистерезиса, т.е. высоким значением коэрцитивной силы Нс (до 800 кА/м), и применяются для изготовления постоянных магнитов, создающих магнитное поле в зазоре магнитопровода, а также для записи и длительного хранения звуковой и другой информации.
Основными количественными характеристиками магнитотвердых материалов являются:
- коэрцитивная сила Нс;
- остаточная индукция Вr,
- максимальная энергия в зазоре W;
- коэффициент возврата μ∆.
Магнитная проницаемость μ МТМ меньше, чем у МММ, причем с увеличением Нс она понижается.
Магнитопровод из МТМ в замкнутом состоянии не отдает энергии во внешнее
пространство. Только при наличии воздушного зазора между полюсами происходит отдача энергии, уровень которой зависит от размеров зазора и магнитных свойств материала магнитопровода. Магнитный поток в зазоре возникает после намагничивания материала при кратковременном его помещении в сильное магнитное поле.
Рисунок 5.7 - Кривая размагничивания МТМ
После снятия внешнего поля магнитные свойства материала характеризуются кривой размагничивания - участком петли гистерезиса во втором квадранте (рисунок 5.7).
Положение рабочей точки А характеризуется конфигурацией магнитной цепи. Соответствующее ей значение магнитной индукции (ВА) называют кажущейся остаточной индукцией, которая меньше Вг вследствие размагничивающего действия полюсов.
При изменении конфигурации магнитной цепи, например, величины воздушного зазора, меняются положение рабочей точки на кривой размагничивания и энергия в зазоре W. Удельная магнитная энергия в воздушном зазоре, Дж/м3, определяется соотношением
BA × H A
W = . (5.4)
Наибольшее значение магнитной энергии, соответствующее точке D,
является важнейшим параметром при оценке МТМ:
Wmax
= (BH )max
2
= BD H D
2
(5.5)
Максимальная энергия тем больше, чем больше Вr и Нс.
Параметр m
= (BH )max
2BrHc
называется коэффициентом вязкости или выпуклости
кривой размагничивания.
В процессе эксплуатации положение рабочей точки изменяется по так называемым кривым (прямым) возврата (АЕ, DF). Ход прямой возврата оценивается коэффициентом возврата
mD =
DB
m0 × DH
(5.6)
Чем меньше μ∆, тем меньше ∆В, следовательно, μ∆ определяет стабильность магнитной цепи.
Кроме магнитных параметров (Нс, Br, Wmax, μ∆) МТМ характеризуются прочностью, способностью к механической обработке, удельным сопротивлением ρv и т.д., которые учитываются при выборе МТМ для каждого конкретного применения.
По составу и способу получения магнитотвердые материалы классифицируются на:
- литые магнитотвердые сплавы на основе Fe-Ni-Co;
- порошковые МТМ: металлокерамические, металлопластические, оксидные;
- прочие МТМ: мартенситные стали, эластичные магниты для магнитных лент. Магнитотвердые сплавы характеризуются высокими магнитными и низкими механическими свойствами. При их изготовлении применяют термомагнитную обработку, заключающуюся в охлаждении сплава от 1250 до 500 °С в магнитном поле. Этим достигается кристаллическая магнитная текстура. Кроме того, в процессе изготовления используют направленную кристаллизацию. Материалы данной группы составляют 80% всех потребляемых
МТМ и применяются для постоянных магнитов.
Металлокерамические магниты получают из порошков различного состава
(Fe-Ni-Co, Cu-Ni-Co, Cu-Ni-Fe) путем прессования без связующего материала и
последующего спекания при высокой температуре. По своим свойствам эта группа близка к литым сплавам, однако, дороже по стоимости.
Металлопластические магниты на основе Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Al-Co изготавливают аналогично металлокерамическим, но они прессуются с изолирующей добавкой (связкой) и спекаются при невысокой температуре, достаточной для полимеризации связующего вещества. По своим свойствам эта группа материалов несколько хуже литых сплавов. Однако они имеют большое удельное сопротивление ρv за счет диэлектрической связки и относительно дешевы.
Оксидные магниты изготавливают на основе феррита бария и феррита кобальта. Технология их получения имеет много общего с технологией магнитомягких ферритов. Обладают большим, чем литые сплавы, значением Нс, дешевле, не содержат дефицитных элементов, имеют высокое значение ρv, что позволяет применять их в высокочастотных устройствах. Основной недостаток — значительная зависимость свойств от температуры.
Мартенситные стали обладают особым видом микроструктуры, получаемым при закалке. Образование мартенсита сопровождается значительными объемными изменениями, созданием больших внутренних напряжений решетки и возникновением существенных ρv. Хотя магнитные свойства мартенситных сталей невысоки, они дешевы и допускают механическую обработку, благодаря чему нашли применение. Основные сведения о составе и параметрах некоторым МТМ приведены в таблице 2.5.
Таблица 5.2