Магнитные материалы

Подразделяются на:

• магнитомягкие,

• магнитотвердые.

Магнитотвердые материалы характеризуются высокой коэрцитивной силой (Н_с4 кА/м) и применяются для изготовления постоянных магнитов. К магнитотвердым материалам относятся некоторые углеродистые стали, вольфрамовая, хромистая и кобальтовая стали, сплавы альни (алюминий + никель), альниси (Al+Ni+Si) (алюминий+никель+кремний), альнико (Al+Ni+Co) (алюминий+никель+кобальт) и магнико (Ма+Ni+Co) (магний+никель+кобальт), а также ферриты кобальта и бария.

Магнитомягкие материалы характеризуются высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой (Н_с < 4 кА/м) и малыми потерями на гистерезис. Их можно разделить на 3 группы:

1. металлические магнитные материалы (железо и его сплавы) применяются в основном в звуковом диапазоне частот. Наиболее высокочастотный металлический магнитный материал - пермаллой;

2. магнитодиэлектрики;

3. ферриты.

Итак, магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса (рис.164), они обладают малым запасом магнитной энергии и легко перемагничиваются, магнитная проницаемость в слабых и сильных полях велика.

Из магнитомягких материалов изготавливают сердечники дросселей и трансформаторов электронных узлов.

Магнитотвердые материалы имеют широкую петлю гистерезиса (рис. 165) и большой запас магнитной энергии.

Их используют для изготовления постоянных магнитов. (Рассматривать не будем).

Рассмотрим, исходя из типа материала, следующие магнитные материалы:

• ферромагнитные (электротехнические стали, пермалои);

• магнитодиэлектрики;

• ферриты.

Электрические стали (сплав железа и кремния (до 4,8%)) имеют петлю гистерезиса с большим значением индукции и высокую магнитную проницаемость (до 100000 и >) на низких частотах. Трансформаторная электротехническая сталь легируется кремнием, который снижает потери на гистерезис, увеличивает m в слабых и средних полях, снижает магнитострикцию, т.е. изменение размеров сердечника под воздействием магнитного поля, увеличивает твердость, прочность на растяжение, однако придает стали хрупкость.

Стали выпускаются в виде тонкого листа и лент толщиной от 0,05 до 1 мм.

Стали Э31  Э34

Э310  Э370 - холоднокатанные, с большим значением m.

Маркировка

1411

1 цифра : класс по структурному состоянию и виду прокатки 2 цифра : массовая доля кремния 3 цифра : группа по основной нормируемой характеристике 4 цифра : порядковый номер стали. F = 50 Гц - Э310  Э330. F = 400 Гц - Э340  Э370.

На более высоких частотах стали применять нельзя из-за потерь на вихревые токи. У сталей  = 6000  8000 (может до 200000). Электротехнические стали очень чувствительны к механическим воздействиям. Поэтому после механической обработки (резки, штамповки) их подвергают отжигу.

Железоникелевые сплавы (пермалои) обладают большой индукцией и высокой магнитной проницаемостью в слабых полях, т.е. узкой и крутой петлей гистерезиса. Их используют в малогабаритных трансформаторах и испульсных устройствах. Подразделяют:

1. высоконикелевый пермалой (никеля до 80%) имеет большое значение  и , поэтому имеет малые потери на вихревые токи. Тонкий пермалой марок 79НМ и 80НХС

2. низколегированный пермалой (никеля до 50%) имеет меньше , но сопротивление еще выше. Марки 45Н и 50 Н имеют большую максимальную индукцию _мах = 18000 и применяется для изготовления магнитопроводов малогабаритных трансформаторов, дросселей.

Пермалои наматываются в ленточные сердечники.

Магнитодиэлектрики изготавливаются из смеси, в которой связывающим является диэлектрический материал, а наполнителем - порошок из магнитомягкого материала. Достоинства магнитодиэлектриков:

• малые удельные потери энергии;

• сравнительно слабая зависимость параметров от температуры, времени и напряженности магнитного поля;

• постоянство магнитной проницаемости в широком диапазоне частот.

Недостаток:

• Сравнительно малая начальная магнитная проницаемость, что ограничивает возможности повышения добротности (т.е. отношения реактивного сопротивления катушки к ее активному сопротивлению потерь). (Добротность катушки в большинстве случаев определяет резонансные свойства и КПД колебательного контура) катушек индуктивности.

Магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа изготовляются прессованием порошка карбонильного железа с бакелитом (бакелитовый лак, применяется для пропитки гетинакса), аминолпастом или другим связывающим. Промышленностью выпускается два класса карбонильного железа: Р (марки Р-10, Р-20, Р-100 и Р-100Ф) - для радиоаппаратуры (f_мах до 100 МГц) и Пс - для проводной связи (f_мах до 20 МГц).

Альсиферы получают прессованием порошка из сплава альсифер (Al (513)% + кремний (910)% + Fe) с бакелитом или аминопластом. Они отличаются хорошими электромагнитными свойствами и невысокой стоимостью. Важной особенностью альсифера является то, что его температурный коэффициент магнитной проницаемости в зависимости от содержания кремния и алюминия может быть <0, >0 или =0. Большинство альсиферов имеет отрицательный температурный коэффициент магнитной проницаемости, что позволяет использовать их для температурной компенсации параметров катушек индуктивности.

Марки : ТЧ-90, ТЧ-60, ТЧК-55 (f_крит.=70 кГц),

Компенсированный: ВЧ-32 (f_крит.=200 кГц), ВЧ-22 (f_крит.=700 кГц), ВЧК-22

mмах=3000035000 f =50  100 кГц.

Ферриты представляют собой спеченную смесь оксида железа (III гр.табл. Менделеева) с оксидами одного или нескольких двухвалентных металлов.

Ферриты являются полупроводниками и обладают электронной проводимостью. Их удельное сопротивление может достигать 1*10¹⁰ Ом*см, что и обусловливает малые потери на вихревые токи в переменных полях высокой частоты. Однако с увеличением частоты потери увеличиваются, а магнитная проницаемость ферритов уменьшается. Многие ферриты обладают сравнительно большой коэрцитивной силой и малой остаточной индукцией, поэтому их не используют в сильных магнитных полях. Свойства магнитомягких ферритов существенно зависят от: частоты, напряженности магнитного поля и температуры.

Условные обозначения

старые обозначения ВЧ

НН - никель цинковые для слабых магнитных полей НМ - цинко-марганцевые низкочастотные до 1 МГц ВН - литий-цинковые высокочастотные до 100 МГц, термостабильные (напр. 150ВН используют для изготовления магнитн.антенн) СЧ - сверхвысокочастотные(старые обозн.) ВТ - с прямоугольной петлей гистерезиса(старые обозн.)

Цифры, стоящие впереди буквенных обозначений указывают среднее значение начальной магнитной проницаемости.

4000НМ - марганец - цинковый феррит с _нач.=4000.

Недостаток ферритов - хрупкость и резко выраженная зависимость магнитных свойств от Т°К. Ферриты являются магнитными полупроводниками.

БА - бариевый феррит с анизотропной структурой.