Инженерная графика
Физика
Атомные станции
Строймех
ТКМ
Начертательная геометрия
Экология энергетики
Сопромат
Готика
Черчение
Теплотехника
Математика

Театр

Конспект лекций
Атомная энергетика
Карта

Антиферромагнетики — это материалы, атомы (ионы) которых обладают магнитным моментом, обусловленным, как у пара- и ферромагнетиков, нескомпенсированными спиновыми магнитными моментами электронов. Однако у антиферромагнетиков магнитные моменты атомов под действием обменного взаимодействия приобретают не параллельную ориентацию, как у ферромагнетиков, а антипараллельную (противоположную) и полностью компенсируют друг друга. Поэтому антиферромагнетики не обладают магнитным моментом, и их магнитная восприимчивость кт близка по величине к кт парамагнетиков. Для антиферромагнетиков, как и для ферромагнетиков, существует определенная температура, называемая точкой Нееля Ти, при (и выше) которой антиферромагнитный порядок разрушается и материал переходит в парамагнитное состояние.

К антиферромагнетикам относятся: Mn, Cr, CuO, NiO, FeO, Сг2О3, NiCr, MnO, Мn2Оэ, MnS, VO2 и довольно большое количество других соединений.

Ферримагнетики

Ферримагнетики имеют доменную структуру, состоящую из двух или более подрешеток, связанных антиферромагнитно (антипараллелъно). Поскольку подрешетки образованы атомами (ионами) различных химических элементов или неодинаковым их количеством, они имеют различные по величине магнитные моменты, направленные антипараллельно. В результате появляется отличная от нуля разность магнитных моментов подрешеток, приводящая к спонтанному намагничиванию кристалла.

Таким образом, ферримагнетики можно рассматривать как не-скомпенсированные антиферромагнетики (у них магнитные моменты атомов не скомпенсированы). Свое название эти материалы получили от ферритов — первых некомпенсированных антиферромагнетиков, а магнетизм ферритов назвали ферримагнетизмом. У ферритов доменная структура, как и у ферромагнетиков, образуется при температурах ниже точки Кюри. К ферритам применимы все магнитные характеристики, введенные для ферромагнетиков. В отличие от ферромагнетиков они имеют высокое значение удельного сопротивления, меньшую величину индукции насыщения В, более сложную температурную зависимость индукции.

Ферромагнетизм в металлах объясняется наличием обменного взаимодействия, которое образуется между соприкасающимися атомами, а также взаимной ориентацией спиновых магнитных моментов. В ферримагнетиках магнитные моменты ионов ориентированы антипараллельно и обменное взаимодействие происходит не непосредственно, а через ион кислорода О2-. Такое обменное взаимодействие называют косвенным обменом или сверхобменом. Оно по мере приближения промежуточного угла 0 к 180° усиливается.

Ферриты представляют собой сложные системы окислов металлов с общей химической формулой MeOFe2O3, где МеО — окисел двухвалентного металла. Ферриты — это ферримагнитная керамика. Высокое удельное сопротивление практически исключает возникновение в ферритах вихревых токов при воздействии на них переменных магнитных полей, что, в свою очередь, позволяет применять ферриты в качестве магнитных материалов в диапазоне радиочастот, включая СВЧ.

Магнитомягкие материалы

Требования, предъявляемые к свойствам магнитомягких материалов, в значительной степени определяются областью их применен ния. Для этих материалов характерными являются малая коэрцитивная сила, высокая магнитная проницаемость, высокая индукция насыщения даже в слабых полях. Материалы, применяемые в переменных магнитных полях, кроме того, должны иметь высокое электрическое сопротивление для уменьшения потерь на вихревые токи.

В электро- и радиотехнике магнитомягкие материалы широко применяют в качестве магнитных изделий (разнообразных сердечников, магнитопроводов, полюсных наконечников, телефонных мембран, магнитных экранов и т. д.) в различных приборах и аппаратах: реле, дросселях, трансформаторах, электрических машинах и т. д. В микроэлектронике их используют как элементы интегральных схем.

К низкочастотным магнитомягким материалам относятся: железо, сталь низкоуглеродистая электротехническая нелегированная, кремнистая электротехническая сталь, пермаллои, альсиферы.

К высокочастотным магнитомягким материалам относят: магнитодиэлектрики и ферриты. При ультразвуковых частотах еще можно использовать тонколистовые (h = 25—30 мкм) и рулонные холоднокатаные электротехнические стали и пермаллои (толщиной до 2—3 мкм).

Низкочастотные магнитомягкие материалы

Железо

Термин «железо» соответствует названию химического элемента, которым условно называют низкоутлеродистые стали и чистое железо.

Чистое железо содержит примесей не более 0,6%, в том числе углерода С < 0,04%. Наиболее вредными примесями всех марок магнитного железа являются углерод, азот, кислород, сера, фосфор и особенно сильно ухудшает магнитные свойства железа углерод в виде цементита. Чистое железо является основным компонентом большинства современных магнитных материалов. Его достоинства — высокие показатели индукции насыщения (Bs = 2,18 Тл), пластичности, коррозионной стойкости, высокая технологичность, низкая цена и доступность. Недостатки — низкое удельное сопротивление (р = 110~7 Омм) и, как следствие, большие потери на вихревые токи, стали причиной того, что чистое железо применяется только в изделиях, работающих в постоянном магнитном поле, и в виде ферромагнитной фазы в магнитодиэлектриках.

Технически чистое железо содержит углерода С < 0,025% и других примесей не более 0,08—0,1%. В электротехнике его иногда называют «армко железо» (от первых букв фирмы «American Rolling Mill Company»). Из-за низкого значения удельного сопротивления, его в основном используют для магнитопроводов постоянного магнитного потока, когда несущественны потери на вихревые токи.

Сталь низкоуглеродистая электротехническая нелегированная

Это разновидность технически чистого железа. Ее выпускают тонколистовой и сортовой. Тонколистовая сталь содержит примесей не более 0,64%, в том числе углерода С < 0,04%. В зависимости от содержания примесей тонколистовую сталь выпускают в виде листов толщиной 0,2—4,0 мм трех марок: Э — низкий сорт, ЭА — средний сорт, ЭАА — высший сорт. Сортовую сталь выпускают трех марок Э12, Э10, Э8. С уменьшением цифры магнитные свойства улучшаются.

Кремнистая электротехническая сталь

Кремнистая электротехническая сталь представляет собой сплав, образующий твердый раствор кремния в технически чистом железе в количестве от 0,4 до 4,8%. Это магнитомягкий материал массового потребления. Его широко применяют для изготовления магнитных цепей, работающих при частоте 50—400 Гц. Преимуществом этого материала является высокая индукция насыщения и относительяо невысокая стоимость.

Маркировка кремнистой электротехнической стали в виде рулонов, листов и лент производится четырьмя цифрами:

первая цифра указывает структурное состояние и вид прокатки (1 — горячекатаная изотропная, 2— холоднокатаная изотропная, 3 — холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой, 5 — холоднокатаная изотропная с плоскостной кубической текстурой);

вторая цифра — содержание кремния (0 — содержание Si до 0,4%, (сталь нелегированная), 1 - 0,4-0,8% Si, 2 - 0,8-1,8% Si, 3 -1,8-2,8% Si, 4 - 2,8-3,8% Si, 5 - 3,8-4,8% Si);

третья цифра — группу по основной нормируемой характеристике (0 — удельные потери при магнитной индукции В = 1,7 Тл и частоте f= 50 Гц; 1 — удельные потери при В= 1,5 Тл и f= 50 Гц;

2 — удельные потери при В = 1,0 Тл и f= 400 Гц; 4 — удельные потери при В = 0,5 Тл и f= 3000 Гц; 6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля Н = 0,4 А/м; 7 — магнитная индукция в средних магнитных полях при H=10 А/м);

— четвертая цифра указывает порядковый номер типа стали.

Пермаллои

Пермаллои — это сплавы железа с никелем (Fe—Ni), железа с никелем и кобальтом (Fe—Ni—Со) и железа с кобальтом (Fe—Со). Они обладают очень высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцетивной силой.

Маркировка пермаллоев основана на их химическом составе. Первая цифра указывает на содержание никеля в процентах, буквы К, М, X, С, Ф — соответственно кобальт, молибден, хром, кремний, ванадий. Буквы П, У и А в конце маркировки означают соответственно прямоугольную петлю гистерезиса (BJBS> 0,85; рис. 15.2), сплав с улучшенными свойствами и сплав с более точным составом. Все сплавы содержат в небольших количествах марганец (0,30— 0,60%) и кремний (0,15-0,30%).

Альсиферы

Альсиферы — это сплавы из алюминия, кремния и железа (А1—Si—Fe), образующие твердые растворы. Высокую магнитную проницаемость альсиферы имеют в очень узком концентрационном интервале А1 и Si. Сплав оптимального состава содержит: Si 9,6%, А1 5,4%, остальное Fe.

Высокочастотные магнитные материалы

Магнитодиэлектрики

Магнитодиэлектрики — это фактически высокочастотные магнитные пластмассы, в которых наполнителем является ферромагнетик, а связующим — электроизоляционный материал органический (например, фенолоформальдегидная смола, полистирол) или неорганический (например, жидкое стекло).

Ферриты

Ферриты — это ферримагнитная керамика, сочетающая в себе высокие магнитные свойства и высокое удельное сопротивление и, следовательно, низкие потери на вихревые токи, что позволило их применять в области ВЧ и СВЧ, т. е. там, где металлические магнитомягкие материалы применять уже нельзя. Это важное преимущество ферритов перед другими магнитными материалами.

Маркировка. В основу маркировки магнитомягких ферритов положена величина начальной магнитной проницаемости. Стоящее впереди число указывает номинальное значение цн. Следующие за числом буква Н или В означают соответственно низкочастотный или высокочастотный материал. Далее следует буква, указывающая состав феррита: М — марганец-цинковый, Н — никель-цинковый. Например, 2000НМ означают, что это низкочастотный марганец-цинковый феррит с цн = 2000. В ряде случаев в конце маркировки добавляют букву, указывающую преимущественное использование данной марки: С — в сильных полях, П — в контурах, перестраиваемых подмагничиванием, Т — для магнитных головок, РП — для ра-диопоглощающих устройств. Иногда в конце ставят еще цифру 1, 2 или 3, которая означает различие по свойствам. Производят ферриты для СВЧ и с прямоугольной петлей гистерезиса. В маркировке этих ферритов введены соответствующие индексы.

Магнитотвердые материалы

Основными характеристиками магнитотвердых материалов являются коэрцитивная сила Нс, остаточная индукция Вг и максимальная удельная магнитная энергия Wm отдаваемая в пространство.

Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов — источников постоянных магнитных полей, используемых в различной аппаратуре: устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т. д.


Электротехнические материалы