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

3411

Перша цифра в марці визначає вид прокату та структуру: гарячекатана ізотропна (1), холоднокатана ізотропна (2), холоднокатана анізотропна з кристалографічною текстурою напрямку [100] (3). Друга цифра в марці вказує на вміст Si (в %): 0 – вміст < 0,4 %; 1 – (0,4 – 08%); 2 – (0,8 – 1,8%); 3 – (1,8 – 2,8%); 4 – (2,8 – 3,8 %); 5 – (3,8 – 4,8 %). Третя цифра вказує втрати на гістерезис та теплові втрати при певному значенні В та f. Четверта цифра – код числового значення нормує мого параметра. Чим цифра більша, тим менші питомі втрати.

Після технологічних операцій, необхідних для виготовлення деталей магнітопроводу (різка, штампова та ін.), магнітні властивості сталей погіршуються, тобто зростає коерцитивна сила, а відповідно, і втрати на гістерезис. Для відновлення магнітних властивостей приміняють відпал при температурі нижче температур фазового перетворення (880 – 900⁰ С) в середовищі, що захищає від окислення та навуглецьовування. Леговані електротехнічні сталі застосовують в електротехнічних виробах, розрахованих на роботу при частотах до f ≤ 400 Гц. Сталі з більш низьким вмістом кремнію використовують для сердечників, які працюють при частотах до 100 Гц та напруженості поля Н ≤ 5·10⁴ А/м. Сталі з підвищеним вмістом кремнію використовують при частотах до 400 Гц, але в слабших полях (Н > 10² А/м).

Більш високим значенням індукції (≤ 3 Тл) володіють феромагнетики, які мають високе значення атомного магнітного моменту (рідкоземельні метали).

Матеріали з високою магнітною проникливістю. Для досягнення великих значень індукції в дуже слабких магнітних полях (Н ≤ 10² А/м) застосовують сплави, які відрізняються високою початковою проникливістю. Це сплави Fe – Ni (пермалой) та Fe – Al – Si (альсифер).

Сплави пермалої з вмістом 45 – 83 % Ni характеризуються високою магнітною проникливістю, що забезпечує їх намагнічування в слабких полях. Підвищений питомий електричний опір в порівнянні з чистими металами Fe та Ni дозволяє використовувати їх в радіотехніці та телефонії при частотах до 25 кГц. Мала Н_с < 16 А/м зменшує втрати на гістерезис при перемагнічуванні. За значенням індукції насичення сплави з підвищеним вмістом нікелю поступаються залізу та сталі. Великою перевагою пермалоїв є їх висока пластичність, що забезпечує технологію отримання напівфабрикатів: тонких листів, стрічок та проволоки, що використовуються при виготовленні сердечників.

Магнітні властивості пермалоїв змінюються під дією навіть слабких напружень. При стискаючих напруженнях всього 5 МПа магнітна проникливість зменшується в 5 разів, а коерцитивна сила зростає в два рази. Тому остаточно виготовлені деталі потрібно піддавати термічній обробці та в процесі збирання необхідно застерігатись від ударів, сильного затягування або здавлювання обмоткою.ТО пермалоїв проводиться для видалення домішок, остаточних напружень та укрупнення зерна. Вона заключається в повільному нагрівів їх до температури 1100 – 1500⁰ С в середовищі, яке захищає матеріал від окислення (вакуум, водень); витримці при цій температурі 3 – 6 год. В залежності від розміру та ваги; повільному охолодженні до 600^о С (100^о С/год.) та подальшому швидкому охолодженні (400^о С/год.), при якому не відбувається упорядкування твердого розчину.

Всі пермалойні сплави можна розділити на дві групи: низьконікелеві з вмістом 45 – 50 % Ni, які мають високу магнітну проникливість при відносно високій індукції насичення, та високонікелеві з вмістом 79 – 83 % Ni з надзвичайно високою магнітною проникливістю але меншою індукцією насичення. Для покращення електромагнітних та технологічних властивостей ці сплави часто додатково легують.

Альсифери – сплави системи Fe – Al – Si не містять дорогих або дефіцитних легуючих елементів. Сплав оптимального складу 9,6 % Si та 5,4 % Al має наступні властивості: μ_н = 44 мГн/м; μ_max = 146 мГн/м; Н_с = 1,76 А/м; ρ = 0,81 мкОм·м. Практичному застосуванню таких сплавів заважають високі твердість та крихкість, що робить їх абсолютно недеформівними. Альсифери мають добрі ливарні властивості, тому їх застосовують для виготовлення фасонних тонкостінних відливок. Ці сплави використовують також для отримання тонких порошків при виготовленні магнітодіелектриків.

ЛЕКЦІЯ №2

1. Високочастотні магнітно-м’які матеріали

2. Матеріали з особливими магнітними властивостями

ВИСОКОЧАСТОТНІ МАГНІТНО-М’ЯКІ МАТЕРІАЛИ

При високих частотах зростають теплові втрати, погіршуються магнітні властивості феромагнетика – зменшенням магнітної проникливості.

Одним з ефективних способів пониження теплових втрат є застосування матеріалів з високим електричним опором – діелектриків. До таких матеріалів відносяться ферити, які відіграють важливу роль в сучасній електроніці. Ферити виготовляють спіканням оксидів. Питомий електричний опір їх досягає 10¹² Ом·м, що визначає можливість використання їх в області високих радіочастот та надвисоких частот.

За своїми магнітними властивостями при невисоких частотах вони поступаються феромагнітним металам та сплавам на їх основі. Їх магнітна проникливість μ^/ невисока та змінюється в широкому інтервалі значень – від декількох тисяч до декількох одиниць; мала індукція насичення, відносно висока коерцитивна сила, невисоку температури точки Кюрі Θ ≤ 300^о C обмежують їх робочу температуру та погіршують температурну стабільність властивостей.

До недоліків феритів відносять їх високу чутливість до остаточних напружень, в тому числі теплового та магнітострикційного походження. Вони володіють всіма властивостями кераміки: тверді, крихкі, при спіканні дають велику усадку. Обробляти їх можна лише алмазним інструментом. Властивості феритів залежать від різних технологічних факторів (розмір та однорідність порошків оксидів, питомі навантаження при пресуванні, температура спікання, режим охолодженні та ін.). Все ускладнює отримання феритів з заданими властивостями та такими, що повторюються.

Ферити спікають з подвійних оксидів типу FeO·Fe₂ O₃ . Для підвищення електроопору іон заліза Fe²⁺ в оксиді замінюють двовалентними іонами Zn, Mn, Ni, Mg. Кристалічна решітка таких оксидів – шпінель (кубічна).

Магнітні властивості феритів визначаються їх хімічним складом, а також залежать від умов експлуатації та, в першу чергу, від частоти перемагнічування.

Ферити для пристроїв, які застосовуються на радіочастотах. До них відносяться Mn – Zn та Ni – Zn ферити.

На першому місці в марці стоїть число, яке відповідає μ (відносна проникливість). На другому – букви, які визначають частотний діапазон: Н – низькочастотні, ВЧ – високочастотні. На третьому – буква, що означає легуючий елемент: Н – нікель-цинковий, М – марганцево-цинковий ферит. Для високочастотних феритів легуючий елемент не вказується, наприклад, 30ВЧ2 – μ = 30, високочастотний, різновидність друга.

Ферити Mn – Zn мають високу магнітну проникливість, але відносно невисокий питомий електроопір, що обмежує їх використання при високих частотах (< 3 МГц). Їх поділяють на 3 групи:

1 ферити першої групи не містять спеціальних добавок та використовуються в діапазоні частот до 1 МГц, коли не ставляться підвищені вимоги до температурної стабільності початкової магнітної проникливості;

2 ферити другої групи містять присадки оксидів кобальту та інших металів, які вводять для покращення температурної стабільності початкової магнітної проникливості, та призначені для використання в слабких та середніх полях на частотах до 3 МГц.

Ферити Ni – Zn відрізняються високим питомим електроопором, малими втратами, тому їх використовують прибільш високих частотах (< 200 МГц) та поділяють на три групи:

1 ферити першої групи не містять спеціальних присадок та застосовуються для роботи в слабких та середніх полях на частотах до 2 МГц;

2 ферити другої групи містять 50 % Fe₂ O₃ , значну кількість (1 – 8 %) інших оксидів. Такі ферити застосовуються для роботи на частотах до 55 МГц;

3 ферити третьої групи містять надлишок Fe₂ O₃ (54 – 59 %), а також присадки кобальту та інших оксидів (до 1 %), які вводять для покращення властивостей такі ферити призначені для використання в слабких полях на частотах до 200 МГц.

Ферити для пристроїв, які застосовуються на високих частотах (< 800 МГц).