Магнитотвердые легированные сплавы

Магнитотвердые материалы 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. По составу и способу получения они делятся: на легированные стали, литые твердые сплавы, магниты из порошков, магнитотвердые ферриты.

Легированные мартенситные стали являются наиболее простым и доступным материалом для изготовления постоянных магнитов, их значение W_макс составляет от 1 до 4 кДж/м³.

Нихром, фехраль

Нихромы – это сплавы на основе железа, никеля и хрома (таблица 2.3), при повышенном содержании железа в сплаве называется ферронихром выпускаются в виде проволоки диаметром до 0,02 мм и выше и в виде ленты. При нагревании на поверхности нихрома образуется оксидная пленка, имеющая температурный коэффициент линейного расширения, близкий к самому сплаву. Этим объясняется высокая стойкость нихрома в электронагревательных приборах. Из-за содержания никеля в сплаве стоимость нихромов высокая. Удельное сопротивление нихромов находится в диапазоне от 1,1 до 1,2 мкОм×м, s_р = 650-700 МПа, Dl/l = 25-30 %, допустимая рабочая температура от 1000 до 1100 ⁰С.

Фехраль дешевле нихрома, так как процентное содержание никеля в сплаве невелико. Применяется для мощных электронагревательных приборов, промышленных электрических печах, более тверд и хрупок, плохо поддается протяжке и прокатке. Обладает следующими свойствами: r = 1,1 - 1,2 мкОм×м, s_р = 700-800 МПа, Dl/l = 10-15 %, допустимая рабочая температура от 900 до 1200 ⁰С.

Электропроводность диэлектриков

Электропроводность диэлектриков обусловлена в основном двумя видами токов:

-токи смещения, или абсорбционные токи;

-сквозные токи.

Абсорбционные токи обусловлены упруго связанным перемещением зарядов и возникают только при изменении напряженности электрического поля (рисунок 6).

Токи утечки возникают по причине наличия в диэлектрике небольшого числа свободных зарядов. При измерении электропроводности необходимо дождаться окончания протекания абсорбционного тока. Обычно принимают время равное одной минуте.

При наличии в любом техническом диэлектрике небольшого числа свободных зарядов, которые участвуют в его нагреве под воздействием электрического напряжения, возникает малый сквозной ток, проходящий через толщу диэлектрика и по его поверхности. В связи с этим диэлектрик имеет определенную электропроводность, которая численно характеризуется значениями удельной объемной электрической проводимости и удельной поверхностной электрической проводимости, то есть обратными значениями удельных поверхностного и объемного сопротивлений.

Свойства магнитотвердых материалов

Свойства магнитотвердых материалов оценивают стабильностью в условиях длительной эксплуатации при возможных колебаниях температуры. Нестабильность свойств может вызываться ударами, вибрацией. Магнитотвердые материалы по составу и способу получения подразделяются на

-литые высокоэрцитивные сплавы,

-металлокерамические материалы,

- магнитотвердые ферриты,

-сплавы на основе редкоземельных элементов,

- мартенситные стали.

Мягкие припои

Температурное плавнение у мягких до 400⁰С. К мягким припоем относятся наиболее распространенные оловянно-свинцовые припой от ПОС-18 (18% Sn), удельная проводимость их составляется 9-13% проводимости меди, температура плавления находится в диапазоне от 190 до 277⁰С. К мягким припоем предъявляет след. требования переход сопротивление при обеспечение контакта переход должно быть минимально.

Керамические материалы.

Керамическими материалами называются неорганические материалы, из которых путем формовки могут быть изготовлены определенные изделия, подвергаемые в дальнейшем обжигу при высокой температуре. К этим материалам относятся: фарфор и его разновидности, алюминоксид, стеатит, конденсаторная керамика.

Магнитомягкие сплавы.

Магнитомягкие материалы имеют высокую магнитную проницаемость m, малую коэрцитивную силу Н_с и небольшие потери на гистерезис. Используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, электрических машин. К ним относятся железо, низкоуглеродистая электротехническая листовая сталь, особо чистое железо, сталь, электротехническая сталь, пермаллои, альсиферы, ферриты.

Технически чистое железо имеет суммарное содержание примесей от 0,08 до 0,1 % и изготавливается из чугуна в мартеновских печах. Имеет низкое удельное сопротивление, поэтому широкого распространения не получило.

Низкоуглеродистая электротехническая листовая сталь выпускается в виде листов толщиной от 0,2 до 4 мм, содержание: не более 0,04 % углерода и не более 0,6 % других примесей. Имеет m_max=3500 - 4500, коэрцитивная сила Н_С составляет от 65 до 100 А/м.

Особо чистое железо содержит не более 0,05 % примесей, получают либо электролизом из раствора сернокислого или хлористого железа (электролитическое), либо путем термического разложения пентакарбонила Fe(Co)₅ на Fe и 5Co (карбонильное железо).

Пермаллои - железоникелевые сплавы с высокой проницаемостью в слабых полях. По составу выделяют низконикелевые (40-50% Ni) и высоконикелевые (72-80 %Ni). Такое подразделение обусловлено смещением магнитных и электрических характеристик в зависимости от процентного содержания никеля.

Альсиферы - сплавы Al-Si-Fe, оптимальный состав (9.6% Si, 5.4% Al) имеет следующие свойства: m_нач=35400;m_макс=117000; Н_с=1.76 А/м. Это нековкий, с высокой твердостью хрупкий материал (легко размалывается в порошки). Область применения - магнитные экраны, корпуса приборов и аппаратов, фасонные детали магнитопроводов и другие изделия, работающие в постоянных магнитных полях. Из-за хрупкости толщина стенок должна быть не менее 1-2 мм. Тонкие порошки альсифера применяются в качестве ферромагнитной составляющей магнитодиэлектриков. Достоинства альсиферов: малая зависимость магнитной проницаемости m от величины напряженности магнитного поля Н, низкие потери за счет узкой петли гистерезиса и высокого удельного сопротивления. Поэтому альсифер применяется для изготовления катушек индуктивности колебательных контуров с высокой добротностью в диапазоне звуковых частот.

Магнитомягкие ферриты применяются: для магнитопроводов, работающих в слабых, сильных магнитных полях до 100 МГц и в импульсном режиме; для изготовления магнитных усилителей, сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, статоров и роторов высокочастотных двигателей, термомагнитных компенсаторов и так далее

Манганин, костантан.

Манганин хорошо вытягивается в проволоку диаметром до 0,02 мм. Выпускается также в виде ленты толщиной 0,01–1мм и шириной 10–300мм.. Применяется в основном для изготовления образцовых резисторов, допустимая рабочая температура составляет до 200 ⁰С, предел прочности при растяжении от 450 до 600 МПа, относительное удлинение при разрыве составляет от 15 до 30 %, удельное сопротивление составляет от 0,42 до 0,48 мкОм×м. Константан, как и манганин, хорошо прокатывается и протягивается. Обладает значительным постоянством удельного сопротивления при изменении температуры (a_r = (5-30)×10^-6 К^-1 при нормальной температуре), преобладающим элементом является медь. При нагреве до высоких температур на его поверхности образуется оксидная пленка, обладающая изоляционными свойствами. Ему присущи высокая термоЭДС, поэтому широко применяется в термопарах в паре с такими металлами, как медь, железо. Также используется для изготовления реостатов, электронагревательных элементов, обладает большей нагревостойкстью, чем манганин, и может длительно работать при температуре 450 ⁰С, механические свойства близки к свойствам манганина.

Жидкие диэлектрики.

Жидкие диэлектрики представляют собой электроизоляционные жидкости, используемые в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. Электроизоляционные жидкости по химической природе можно классифицировать на нефтяные электроизоляционные масла и синтетические жидкости различных типов. По специфике применения они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей.

К синтетическим смолам относятся полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен.

К эпоксидным смолам относятся смолы содержащие эпоксидные группы. В исходом состоянии они представляют собой бесцветные жидкости, а при добавлении отвердителей твердеют, образуя монолитную водонепроницаемую структуру.