50. Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы отличаются от мягких высокой коэрцитивной силой и остаточной индукцией (Нс>4000А/м, Вr>0,1Тл). Им соответствует широкая гистерезисная петля, т.е. они с большим трудом намагничиваются. Будучи намагниченными, магнитотвердые материалы могут долго сохранять магнитную энергию, т.е. служить источниками постоянного магнитного поля, поэтому их применяют главным образом для изготовления постоянных магнитов. Кроме того, магнитотвердые материалы применяют для записи и длительного хранения звука, изображения и т.п.

Магнитотвердые материалы классифицируют по основному способу получения. В соответствии с этим можно указать следующие группы.

1. Литые сплавы на основе Fе-Ni-Аl и Fe-Ni-Аl-Со, легированные медью, титаном, ниобием и некоторыми другими элементами.

2. Порошковые магнитотвердые материалы (постоянные магниты), получаемые прессованием порошков с последующей термообработкой. Они подразделяются на металлокерамические (получаемые на металлических порошков путем прессования без связывающего материала и спекания при высокой температуре, по магнитным свойствам они лишь немного уступают литым магнитам, но дороже последних); металлолластические (изготовляют из порошков, но прессуют вместе с изолирующей связкой и подвергают нагреву до высокой температуры, необходимой для полимеризаций связующего ее вещества, они имеют пониженные магнитные свойства по сравнению с литыми сплавами, но обладают большим электрическим сопротивлением, малым удельным весом и относительно дешевы); оксидные <на основе феррита бария и на основе феррита кобальта, они обладают большой коэрцитивной силой, имеют большое удельное электрическое сопротивление, недостаток – значительная зависимость их свойств от температуры) и из микропорошков (из железа или на основе марганец-висмут-интерметаллического соединения).

3. Прочие магнитотвердые материалы:

а) мартенситные стали. Мартенситная структура получается посредством закалки стали - нагрева до температуры, при которой сталь представляет собой раствор углерода в железе, и последующего резкого охлаждения в воде или масле. При мартенситной структуре кристаллы железа резко искажаются

вытягиваются в длину, создаются большие внутренние напряжения решетки, что вызывает большие значения коэрцитивной силы. Мартенситные стали начали применять раньше всех других материалов для постоянных магнитов. 8 настоящее время их используют сравнительно мало ввиду низких магнитных свойств. Однако полностью от них еще не отказываются, потому, что они недороги и допускают механическую обработку на металлорежущих станках;

б) пластически деформируемые сплавы. Эти сплавы обладают высокими в отношении механической обработки свойствами. Они хорошо штампуются, режутся ножницами, обрабатываются на всех металлорежущих станках. Из пластически деформируемых сплавов можно изготовить ленты, пластины, листы, проволоку. Марок пластически деформируемых сплавов много, и физические процессы, благодаря которым они имеют высокие магнитные свойства, различны. Наиболее распространены сплавы кунифе (Сu-Ni-Fе) и викаллой (Со-V).Сплавы кунифе анизотропны, намагничиваются в направлении прокатки, часто применяют в виде проволоки малых толщин, а также штамповок. Викаллой применяют для изготовления очень мелких ^магнитов сложной или ажурной конфигурации и в качестве высокопрочной магнитной ленты или проволоки;

в) сплавы на основе благородных металлов. К ним относятся сплавы серебра с марганцем и алюминием (сильманал) и сплавы платины с железом (77,8% Рt, 22,2% Fе) или платины с кобальтом (76,7% Рt, 23,3% Со). Материалы этой группы, особенно содержащие платину, очень дороги, поэтому их применяют только для сверхминиатюрных магнитов массой несколько миллиграммов. При использовании магнитов из всех сплавов этой группы широко используют металлокерамическую технологию;

г) эластичные магниты. Важнейшим недостатком основных групп материалов для постоянных магнитов – литых сплавов и магнитотвердых ферритов — являются их плохие механические свойства (высокая твердость и хрупкость). Применение же пластически деформируемых сплавов ограничено их высокой стоимостью. В последнее время появились магниты на резиновой основе. Они могут быть любой формы, которую допускает технология резины — в виде шнуров, длинных полос, листов и т.п. Такой материал легко режется ножницами, штампуется, сгибается, скручивается. Известно применение «магнитной резины» в качестве листов памяти для вычислительных машин, магнитов для отклоняющих систем в телевидении, корректирующих магнитов и др. Эластичные магниты изготовляются из резины и мелкого порошка магнитотвердого материала (наполнитель). В качестве наполнителя наиболее часто используют феррит бария;

д) материалы для магнитных лент. Под магнитными лентами понимают носители магнитной записи информации. Наибольшее распространение имеют сплошные металлические ленты из нержавеющей стали, биметаллические ленты и ленты на пластмассовой основе с порошковым рабочим слоем. Сплошные металлические ленты используют главным образом в специальных целях и при работе в широком температурном диапазоне; ленты на пластмассовой основе имеют более широкое применение. Основное назначение носителя магнитной записи заключается в создании на поверхности воспроизводящей головки магнитного поля, напряженность которого меняется (при протяжке ленты) во времени так же, как изменялся записываемый сигнал. Свойства лент с покрытием магнитными порошками существенно зависят не только от свойств исходных материалов, но и от степени измельчения частиц, объемной плотности магнитного материала в рабочем слое, ориентации частиц при наличии у них анизотропии формы и т.п. Рабочий слой (или толщина металлической ленты) должен быть возможно более тонким, а сама лента -гладкой и гибкой для обеспечения максимального взаимодействия (магнитного контакта) между магнитными материалами ленты и головки. Остаточная намагниченность материала должна быть возможно более высокой. К коэрцитивной силе предъявляют противоречивые требования: для уменьшения саморазмагничивания необходимо по возможности более высокое значение Нс (не менее 24 кА/м), а для облегчения процесса стирания записи желательно малая Нс. Требования высокой остаточной намагниченности и минимальной чувствительности к саморазмагничиванию наилучшим образом удовлетворяются при прямоугольной форме размагничивающего участка петли гистерезиса, т.е. желательно иметь максимальное значение коэффициента выпуклости. Температурные и другие изменения магнитных свойств материала ленты должны быть наименьшими.

Основные применения в технике магнитной записи имеют ленты на полимерной основе. Такие ленты приготавливают нанесением магнитного лака на тонкую пленку полимера. Магнитный лак состоит из магнитного порошка, связующего вещества, летучего растворителя и различных добавок, способствующих смачиванию и разделению частиц порошка и уменьшению абразивности рабочего слоя. Содержание магнетика в жидком лаке составляет 30-40% (по объему),

Подавляющее большинство магнитных лент изготавливают на основе лавсана, обладающего высокой механической прочностью.

В качестве магнитного компонента наиболее часто используют -Fe2O3 с мелкими однодоменными частицами (ленты коричневого цвета).

Позднее появились ленты с магнитным слоем на основе CrO2. CrO2 позволяет получать магнитоактивные слои с более высокой, чем у -Fe2O3 коэрцитивной силой и повышенной чувствительностью к высоким частотам. Преимуществом лент из диоксида хрома, имеющих черный цвет, является также малая электризуемость рабочего слоя.

Лента с двойным магнитным слоем, состоящим из чередующихся окислов -Fe2O3 и CrO2 , сочетает достоинста, присущие хромооксидному носителю информации, с хорошим воспроизведением низкочастотного спектра, что свойственно лучшим пленкам с -Fe2O3. Благодаря малой общей толщине рабочего слоя и полимерной подложке такие ленты удобны для применения в диктофонах и микрокассетных магнитофонах.

Наилучшими магнитными свойствами, необходимыми для записи и воспроизведения информации, обладают ленты панолимерной основе с рабочим слоем из мельчайших частиц химически чистого железа или ферромагнитных сплавов. Нанесение металлического слоя на лавсановую подложку осуществляется методами электроосаждения или испарениям конденсацией в вакууме. Эти ленты стоят намного дороже и предназначены для применения в профессиональной аппаратуре.

Магнитные ленты отечественного производства подразделяют и маркируют:

а) по основной области применения (первая буква в обозначении марки): А – звукозапись, Т- видеозапись, В - вычислительная техника;

б) по материалу основы (первая цифра марки): 2 - диацетат, 3 - триацетат, 4 - полиэтилентерефталат;

в) по общей толщине ленты (вторая цифра марки); 0 - толщина менее 10 мкм, 1 - от 10 до 15 мкм, 2 - от15 до 20 мкм, 3 - от 20 до 30 мкм, 4 -л от 30 до 40 мкм и т.д. Стандартными толщинами являются 18. 27 и 37 мкм'. Третья и четвертая цифры марки характеризуют ширину ленты (в мм), округленную до целого числа. Код ленты для студийной записи заканчивается буквой Р, а для любительской (бытовой) - буквой Б, Например, марка магнитной ленты А4205-3Б, широко применяемой в компакт-кассетах, имеет следующую расшифровку: лента для звукозаписи на лавсановой основе, толщиной 18 мкм, порядковый номер разработки 0,5, шириной 3,8 мм, предназначена для использования в бытовой аппаратуре.