Ферромагнетики (стр. 7 из 8)

Феромагнітні матеріали поділяються на двох груп: магнітно-м'які і магнітно-тверді.

а) Магнітно-м'які матеріали (таблиця №1) застосовуються в якості магнитопроводів (сердечників) у пристроях і приладах , де магнітний потік постійний (полюсні башмаки і сердечники вимірювального механізму) або перемінний (наприклад, магнитопровід трансформатора). Вони мають низьке значення коерцитивной сили Hc (нижче 400А/м), високою магнітною проникністю і малими утратами від гистерезиса. До цієї групи матеріалів відносяться : технічне залізо і низкоуглеродистые стали, листові електротехнічні сталі, железоникелевые сплави з високою проникністю (пермаллои) і оксидні ферромагнетики - феррити й оксифери.

Технічне залізо зі змістом вуглецю до 0,04%, вуглеродні сталі і чавун широко застосовуються для магнитопроводів, що працюють в умовах постійних магнітних полів . Технічне залізо має високу індукцію насичення (до 2,2 Тл), високою магнітною проникністю і низкою коерцитивной силою.

Електротехнічні сталі - це сплави заліза з кремнієм (1-4%). Шляхом зміни змісту кремнію і застосуванням різних технологічних прийомів виходять сталі із широким діапазоном магнітних властивостей. Кремній поліпшує властивості технічного заліза: збільшуються початкової і максимальна магнітні проникності, зменшується коерцитивная сила, зменшуються втрати енергії від гистерезиса, збільшується питомий електричний опір, що важливо для зменшення так званих вихрових струмів , що виникають при циклічно змінюється магнітному полі і що нагрівають магнитопровод.

Сталі, з низьким змістом кремнію, мають низьку магнітну проникність, велику індукцію насичення і великих питомих втрат, вони застосовуються в установках і приладах ланцюгів постійного струму або перемінного струму низької частоти. Сталі з високим змістом кремнію застосовуються в тих випадках, коли потрібно мати високу магнітну проникність у слабких і середніх полях і малі утрати від гистерезиса і вихрових струмів , унаслідок чого вони можуть застосуються для магнитопроводов, що працюють при підвищеній частоті струму .

Розглянемо деякі види магніто-м'яких матеріалів, що найбільше часто застосовуються в промисловості.

Пермаллои - це сплави різного процентного вмісту заліза і нікелю, а деякі з них , крім того, молібдену, хрому, кремнію, алюмінію. Пермаллои мають високу магнітну проникність, у 10-15 разів більшу, ніж у листової електротехнічної сталі. У цих сплавах індукція насичення досягається при малих напряженностях полючи (від десятих часток до декількох сотень амперів на метр). Одні з них мають низьку індукцію насичення Bs (близько 0,6 -0,8 Тл), інші - відносно високу (1,3 - 1,6 Тл). До першої групи відносяться высоконикелевые пермаллои, що наприклад містить 79% нікелю і 3,8% молібдену, у якого Мн=22000; Мmax=120000; Bs=0,75Тл. До другої групи відносяться низконикелевые пермаллои, що наприклад містять 45% нікелю, у якого Мн=2500; Мmax=23000; Bs=1,5Тл.

У пермаллоів із прямокутною петлею гистерезиса (мал. 6) ступінь прямокутности петлі характеризується відношенням залишкової індукції Br до максимальної індукції Bmax, під якою розуміють індукцію при напруженості поля, у 5-10 разів перевищуючу коерцитивну силу. Це відношення досягає 0,85-0,99. Коерцитивна сила таких пермаллоів лежить у межах від 1 до 30 А/м.

Магнітні властивості пермаллоів у сильному ступені залежать від технології їхнього виготовлення.

У таблиці приведені дані про магнітні властивості деяких магніто-м'яких матеріалах. Такі матеріали намагнічуються у відносно слабких магнітних полях і мають високі значення початкової µн і максимальної µmax магнітних проникностей, малим значенням коерцитивної сили Hc . Значення Bmax - максимальної магнітної індукції - відповідає намагніченості насичення ферромагнетиків.

Магнітні властивості деяких магніто-м'яких матеріалів

Ферромагнетик	Вmax Tл	µн	µmax	Нс А/м	Властивості
Альсифер	1,1	20000	117000	1,8	Відрізняється механічною твердістю і крихкістю. Володіє малої коер-ою силою і високими значеннями магнітних проникностей. Питомий ел. опір 0,6 мком·м. Йде на виготовлення магнитопро-д, корпусів приладів .
Пермаллои високо - нікелеві	0,70-0,75	14000-50000	60000-300000	0,8-4,8	Сплав, що володіє високою магнітною проникністю і невеликою коер-ою силою. Застосовується для виготовлення сердечників слабкострумових транс-ів звукового діапазону, дроселів і т.д.
Електротехнічна сталь	2	200-600	3000-8000	9,6-64,0	Сталь електротехнічна (тран-а) використовується для виготовлення сердечників транс-ов, дроселів, эл. машин і т.д.
Ферриты нікель-цинкові і марганець-цинкові	0,18-0,40	100-6000	3000-10000	8-120
Залізо (технічно чисте , хв. у домішок)	2,16	250	7000	64
Магнитопроводы ГАММАМЕТ® 412А	1,12	600 000	1,2	Область застосування: магнітні підсилювачі, імпульсні трансформатори, дроселі насичення, магнітні ключі. Температура Кюрі 610 °C Щільність: 7400 кг/м3 Питоме электросопротивление: 1,25•10-6 Ом•м

У таблиці приведені дані про магнітні властивості деяких магніто-м'яких матеріалах. Такі матеріали намагнічуються у відносно слабких магнітних полях і мають високі значення початкової µн і максимальної µmax магнітних проникностей, малим значенням коэрцитивной сили Hc . Значення Bmax - максимальної магнітної індукції - відповідає намагніченості насичення ферромагнетиків

б) Магнітно-тверді матеріали (таблиця №2) призначені для виготовлення постійних магнітів усілякого призначення. Ці матеріали характеризуються великий коерцитивною силою і великою залишковою індукцією.

До магнітно-твердих матеріалів відносяться : вуглеродні, вольфрамові, хромисті і кобальтові сталі; їхній коерцитивная сила 5000-8000 А/м, залишкова індукція 0,8 - 1Тл. Вони мають ковкість, піддаються прокатці, механічній обробці і випускаються промисловістю у виді смуг або аркушів.

До магнітно-твердих матеріалів, що володіють кращими магнітними властивостям, відносяться сплави: альни, альниси, альнико й ін. Вони характеризуються коэрцитивной силою Hc =20 000*60 000 А/м і залишковою індукцією Br=0,4*0,7 Тл.

Магнітні властивості деяких магніто-твердих матеріалів

У таблиці приведені основні дані про магнітні властивості деяких магніто-твердих матеріалів. Ці матеріали намагнічуються в порівняно сильних магнітних полях і мають великі значення коерцитивної сили Hc, великою залишковою магнітною індукцією Br, великими значеннями щільності енергії магнітного поля ω=Br ּHc і порівняно малими значеннями магнітної проникності.

Ферромагнетик	Нс, А/м	Вr, Tл	ωmax, Дж/м3	Властивості
Альни-3	40000	0,5	7200	Сплави мають великі значення коэрцитивной сили і залишковою індукцією. Щільність 6900 кг/м3 (альни) і 7100 кг/м3 (альнико). Застосовуються для виготовлення литих постійних магнітів.
Альнико-15	48000	0,75	12000
Альнико-18	52000	0,90	19400
Магнико	40000	1,23	32250	Высококоерцитивний сплав, щільністю 7000кг/м3. Сплав використовується для виготовлення постійних магнітів. Магніти з магнико при рівномірній магнітній енергії в 4 рази легше магнітів зі сплаву альни.

Експериментальне вивчення властивостей ферромагнетиків.

Великий внесок в експериментальне вивчення властивостей ферромагнетиков вніс А. Г. Столетов. Запропонований ним експериментальний метод полягав у вимірі магнітного потоку Фm у феромагнітних кільцях за допомогою балістичного гальванометра.

Тороід, первинна обмотка якого складалася з N1 витків, мав сердечник з досліджуваного матеріалу (наприклад, відпаленого заліза). Вторинна обмотка з N2 витків була замкнута на балістичний гальванометр G (мал. А). Обмотка N1 включалася в ланцюг акумуляторної батареї Б. Напруга , прикладена до цієї обмотки, а, отже, і силу струму І1 у ній можна було змінювати за допомогою потенціометра R1. Напрямок струму змінювалося за допомогою комутатора К.