Дипломная работа: Основні магнітні явища: діамагнетизм, парамагнетизм, феромагнетизм

Крива намагнічування та форма петлі гістерезисна – найважливіші характеристики феромагнетика, так як вони визначають основні його константи, а отже, і області застосування.

При технічному намагнічуванні розмір домена l в напрямку магнітного поля змінюється на величину λ = ± Δ l/l, яка називається коефіцієнтом лінійної магнітострикції. Величина та знак цього коефіцієнту залежать від природи феромагнетика, кристалографічного напрямку та степені намагніченості.

При намагнічуванні в полях Н > Н_s збільшується і об’єм кристалу. Відносна зміна об’єму називається коефіцієнтом об'ємної магнітострикції парапроцеса λ_s . Зазвичай він невисокий, однак, у деяких сплавів, що називаються інварами, досягає значних величин.

КЛАСИФІКАЦІЯ МАТЕРІАЛІВ ЗА МАГНІТНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ

При розробці магнітних матеріалів з заданими властивостями слід враховувати, що магнітні характеристики M_s , B_s , λ_s , K залежать тільки від хімічного складу феромагнетика, а характеристики μ, Н_с , В_r , Н_s залежать також і від виду термічної обробки, так як являються структурно чутливими.

Легко намагнічуються (мале значення H_s ) хімічно чисті феромагнітні метали та однофазні сплави на їх основі. Кількість кристалічних дефектів в них повинна бути мінімальною.

Для намагнічування є небажаними дислокації та остаточні напруження, для видалення яких в кінці технологічного процесу застосовують термічну обробку – відпал.

Намагнічування феромагнетика проходить тим легше, чим менше К та λ_s . Зменшити їх вплив можна шляхом зміни хімічного складу феромагнетика. Якщо виготовляти сплави з компонентів, що утворюють тверді розчини, один з яких має позитивну, а інший негативну константу магнітної анізотропії, то для деяких сплавів К = 0, наприклад, в сплавах системи Fe – Ni.

МАГНІТНО-М’ЯКІ МАТЕРІАЛИ

Магнітно-м’які матеріали намагнічуються в слабких магнітних полях (Н ≤ 5·10⁴ А/м) внаслідок великої магнітної проникливості (μ_н ≤ 88 мГн/м та μ_mах ≤ 300 мГн/м) та малих втрат на перемагнічування.

Такі матеріали застосовують для сердечників котушок, електромагнітів, трансформаторів, динамо-машин.

Магнітно-м’які матеріали поділяють на низько- та високочастотні.

НИЗЬКОЧАСТОТНІ МАГНІТНО-М’ЯКІ МАТЕРІАЛИ

Низькочастотні магнітні м’які матеріали в свою чергу поділяють на низькочастотні з високою індукцією насичення В_s та низькочастотні з високою магнітною проникливістю μ.

Матеріали з високою індукцією насичення. До них перш за все відносяться залізо, нелеговані та леговані електротехнічні сталі. Завдяки великій магнітній індукції (B_s ≤ 2,15 Тл), малій коерцетивній силі (Н_с ≤ 100 А/м), достатньо високій магнітній проникливості (μ_max ≤ 79 мГн/м) та добрій технологічності – їх застосовують в електротехніці для магнітних полів напруженістю від 10² до 5·10⁴ А/м.

Найбільший вміст домішок містить технічно чисте залізо. При вмісті 0,02 – 0,04 % С та інших домішок в кількості 0,6 % залізо має достатньо добрі магнітні властивості: Н_с = 64 А/м, та μ_max = 9 мГн/м. В процесі виготовлення прокату в залізі виникають внутрішні напруження, а в решітці – велика кількість дислокацій. Це погіршує магнітні властивості. Відпал в вакуумі або в водні видаляє дефекти та напруження. Суттєве покращення магнітних властивостей можна отримати після очистки заліза від вуглецю та домішок електролізом. Нелеговані електротехнічні сталі виготовляють тими ж металургійними способами, що і технічно чисте залізо; вміст вуглецю та домішок допускається в тих же кількостях. Промисловість впускає сталі різного сортаменту, в тому числі тонкий лист:

ПРИКЛАД

Нелегована електротехнічна тонколистова сталь

10895

20895

10864

20864

Перша цифра в марці вказує спосіб виготовлення: гарячекатана сталь (1), холоднокатана сталь (2). Друга цифра 0 вказує на низький вміст кремнію (≤0,03%). Третя цифра визначає основну властивість, яку гарантує завод – виробник, а саме: цифра 8 означає коерцитивну силу Н_с , а її значення (в А/м) показують дві останні цифри.

Нелеговану сталь застосовують в електротехнічній промисловості.

Електричний опір сталі можна підвищити легуванням кремнієм, який не є дефіцитним. Розчиняючись в залізі, кремній утворює легований твердий розчин. При відпалі кремній сприяє росту кристалів і тим самим трохи зменшує Н_с .

Електричний опір продовжує зростати з подальшим збільшенням вмісту кремнію в сталі, але при цьому сильно падають пластичні властивості. Сталі з вмістом кремнію більше 4 % крихкі, погано прокатуються, що ускладнює отримання тонколистового прокату. Для зменшення теплових втрат сердечники з кременистої сталі використовують в вигляді тонких (< 1 мм) листів з про слойкою ізоляції (полімери, оксиди).

ПРИКЛАД

Легована електротехнічна тонколистова сталь

1311