Сплавы на основе редкоземельных металлов (РЗМ)

Сплавы на основе РЗМ обладают очень высокими значениями Нс и Wmax. Наибольший интерес представляет соединение Rco₅и R₂C₁₇, где R — редкоземельный металл. Для бинарных соединений этой группы Wmax≈l90 кДж/м³ для тройных сплавов на основе самария и празеодима Wmax≈240 кДж/м' (теоретическое значение). Магниты из этих сплавов получаются наиболее часто жидкофазным спеканием из порошков. Например, магниты на основе SmCo₅ спекаются после прессования при температуре 1100°С в течение 30 мин в атмосфере чистого аргона.

Контрольные вопросы к разделу

«Магнитные материалы»

1. Что такое абсолютная магнитная проницаемость?

а) это отношение индукции насыщения к остаточной индукции;

б) это отношение индукции насыщения к коэрцитивной силе;

*в) это отношение магнитной индукции к напряженности магнитного поля;

2. Для ферромагнетиков магнитная проницаемость:

*а) всегда больше 1;

б) всегда меньше 1;

в) может быть как больше, так и меньше 1;

3. В каких единицах измеряется m?

а) Гн/м;

*б) безразмерная величина;

в) Гн/Эрстед;

4. Как зависит начальная магнитная проницаемость ферритов от частоты магнитного поля?

а) не зависит от нее;

б) линейно возрастает;

*в) остается постоянной до некоторого значения, а затем падает;

5. Уменьшение m с ростом частоты обусловлено:

а) исчезновением доменной структуры;

б) увеличением потерь на токи Фуко;

*в) инерционностью процессов перемагничивания;

6. Какую температуру называют ТКюри?

а) температуру, при которой значение m минимально;

*б) температуру перехода вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное;

в) температуру перехода ферромагнетика из твердого состояния в жидкое;

7. Что такое tg угла магнитных потерь?

а) отношение индуктивного сопротивления к емкости;

б) отношение сопротивления активной составляющей к индуктивной составляющей;

*в) отношение сопротивления индуктивной составляющей к активной составляющей;

8. Что понимают под углом магнитных потерь?

а) это угол, дополняющий угол сдвига фаз в емкостной цепи до 90°;

б) это угол между током и напряжением в индуктивной цепи;

*в) это угол, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением в индуктивной цепи до 90°;

9. В каких единицах измеряют tg угла магнитных потерь в системе СИ?

а) 1/град;

б) радиан;

*в) безразмерная величина;

10. Ферриты представляют собой:

а) сплав железа с другими металлами;

*б) смесь окислов железа с окислами других металлов;

в) непрерывный ряд твердых растворов железа;

11. По величине какого параметра ГОСТ проводит классификацию материалов на магнитомягкие и магнитотвердые?

а) по коэффициенту упругости материала;

*б) по величине коэрцитивной силы;

в) по величине магнитной проницаемости;

12. Основной кривой намагничивания называют графически представленную зависимость:

а) магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля;

б) магнитной проницаемости от температуры;

*в) магнитной индукции от напряженности магнитного поля;

13. Обратимое смещение стенок домена происходит на участке:

а) 1 и 2;

*б) только на участке 1;

в) 1,2 и 3;

г) только в области 3;

рис.1.

14. Начальная и максимальная магнитная проницаемость материала определяется соответственно в области:

а) 1 и 3;

*б) 1 и 2;

в) 2 и 3;

рис.2.

15. Остаточная индукция – это:

*а) индукция магнитного поля при Н = 0 ранее намагниченного материала;

б) индукция магнитного поля в области насыщения;

в) индукция магнитного поля в области слабых полей;

16. Коэрцитивная сила – это:

а) индукция магнитного поля при Н = 0;

б) напряженность магнитного поля в области насыщения;

*в) напряженность магнитного поля, которую необходимо создать, чтобы уменьшить индукцию до нуля;

17. Интенсивность процессов намагничивания определяется:

а) коэрцитивной силой;

б) остаточной индукцией;

*в) магнитной проницаемостью;

18. Потери на гистерезис в магнитных материалах обусловлены:

*а) перестройкой доменных структур;

б) наличием активного сопротивления;

в) наличием индуктивного сопротивления;

19. Потери на вихревые токи определяются главным образом:

а) размерами доменов;

*б) активным сопротивлением;

в) ориентацией доменов в пространстве;

20. На высоких частотах преобладающими потерями в магнитных материалах являются:

а) потери на гистерезис;

*б) потери на вихревые токи;

в) потери на магнитную вязкость;

21. Магнитотвердые материалы – это материалы:

а) с малой площадью петли гистерезиса;

*б) с высоким значением коэрцитивной силы;

в) с высоким значением магнитной проницаемости;

22. Для магнитотвердых материалов типичны внутренние напряжения и большое количество дефектов, которые:

*а) затрудняют перемещение доменных границ;

б) увеличивают удельную проводимость материала;

в) увеличивают объем доменов;

23. Постоянные магниты обычно изготавливают из:

*а) мартенситных сталей;

б) пермаллоев;

в) сплавов на основе алюминия, никеля и кобальта;

24. Какие ферриты используются в качестве магнитотвердых материалов?

а) литиевые;

б) марганцевые;

*в) бариевые;

25. Магнитомягкие материалы должны иметь:

*а) большое значение магнитной проницаемости и малое значение коэрцитивной силы;

б) малое значение магнитной проницаемости и малое значение коэрцитивной силы;

в) большое значение магнитной проницаемости и большое значение коэрцитивной силы;

26. Магнитомягкие материалы, используемые в области высоких частот, должны обладать:

а) низким значением удельного электрического сопротивления;

*б) высоким значением удельного электрического сопротивления;

в) низким значением остаточной индукции и коэрцитивной силы;

27. Добавка кремния в электротехническую сталь:

а) уменьшает коэрцитивную силу;

б) уменьшает магнитную проницаемость;

*в) уменьшает потери на токи Фуко

28. Пермаллои – это:

*а) сплав железа и никеля;

б) химическое соединение железа с углеродом;

в) электротехническая сталь с добавкой кремния;

29. Главное преимущество ферритов по сравнению с другими магнитомягкими материалами является:

а) высокое значение магнитной проницаемости;

б) высокое значение коэрцитивной силы;

*в) высокое значение удельного сопротивления;

30. Где находят применение ферриты с ППГ?

*а) в запоминающих устройствах;

б) в сердечниках понижающих и повышающих малогабаритных трансформаторов;

в) при изготовлении магнитной пленки для записи и воспроизведения звука.

Задачи и упражнения к разделу “Магнитные материалы“

1.На рис. 3 приведена кривая зависимости начальной маг­нитной проницаемости от температуры для никель-цинкового фер­рита. Постройте кривую зависимости температурного коэффициента начальной магнитной проницаемости и найдите значение температу­ры Кюри для этих материалов.

Консультация:

Эта задача решается методом графического дифференцирования, суть которого состоит в следующем:

TKμ = (Δμ/ΔT)=(1/m)(Dm/DT) = [(μ₂ - μ₁)/(T₂ – T₁)]

Для выбранной температуры, например Т находим значение m . Далее в т. А проводим касательную и на ней строим прямоугольный треугольник любых размеров. Из него определяем Δμ = μ₂ - μ₁ и ΔТ = Т₂ - Т₁. Полученные значения подставляем в формулу и находим TKM . Аналогичные вычисления повторяем как минимум для 5 значений температур, включая и точку максимума. Не ошибитесь при определении знака ТКμ.

2.На рис. 4 дана кривая намагничивания железа. Построй­те эту кривую, отложив по осям координат величины в единицах СИ. Постройте кривую зависимости магнитной проницаемости от напряженности поля и определите значения начальной и максималь­ной магнитной проницаемости.

Консультация:

Для ответа на этот вопрос изучите параграфы 9.4 (Л1) и 28.2 (Л2). Из них Вы узнаете единицу измерения магнитных характеристик в системе СИ, а также физический смысл и определения начальной и максимальной магнитной проницаемости.

3.Чему равна магнитная проницаемость стали, если извест­но, что при помещении стального бруска в магнитное поле напря­женностью 3000 А/м в нем возникает индукция 1,5 Тл? Дайте оп­ределение магнитной проницаемости материалов.

Консультация:

Для ответа на этот вопрос п.3 необходимо изучить пар. 9.4, пар 10.2 (Л1), пар 28.2 (Л2). Ответ: 431

4.Какой ферромагнитный материал можно было бы использовать (укажите его марку, свойства и значение начальной магнитной проницаемости m) для изготовления кольцевого сердечника катушки индуктивности с Lo = 2×10⁷ нГ, W = 185, имеющего следующие геометрические размеры: h = 1 см, d_н = 4 см, d_BH = 3 см в первом случае и d_ВН = 2 см во втором?

Расчет ведется по формулам:

3десь d_Н и d_BH - наружный и внутренний диаметры сер­дечника; h - его высота, Lo и W - индуктивность и число витков катушки.

Консультация:

Задача не требует дополнительных консультаций, однако помните, что при собеседовании Вам зададут ряд вопросов, связанных со свойствами и применением найденного Вами материала.

5.На рис. 5 дана кривая намагничивания стали. Постройте кривую зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля, определите начальную и максимальную проницае­мость.

рис. 5.

Консультация:

Для ответа на п. 3 изучите параграфы 9.4(Л1) и 28.2(Л2), а также нужно знать ед. измерения магнитных характеристик в системе СИ (обратитесь к программе НСИ), а также определения и физический смысл параметров начальной и максимальной магнитной проницаемости.

6.Какую марку пермаллоя (см. табл. 1) надо взять для сердечника, работающего при частоте 100 Гц, чтобы потери на вихревые токи были минимальны? Считать, что коэффициент x для всех марок пермаллоя обратно пропорционален r. Дайте харак­теристику свойств этого материала.

Таблица 1

Консультация:

Математические вычисления в этой задаче просты: необходимо найти минимальные значения отношения (В max 2) к удельному электрическому сопротивлению. Более подробно читайте на стр. 312-312(Л1), стр. 284-285(Л2). Главное в этой задаче уяснить как зависят потери на вихевых токах от удельного электрическго сопротивления материала и частоты магнитного поля, а также знать свойства и область применения пермаллоя.

7.Используя данные табл. 2, оцените максимальное значе­ние индукции ферритов и пермаллоевых сердечников с ППГ. На ос­нове каких приведенных материалов можно изготовить запоминаю­щие устройства, обладающие большим быстродействием?

Таблица 2

Консультация:

При решении задачи изучите параграф 4.6(Л1), воспользуйтесь соотношением (4.20) на стр. 113(Л1).

8.Определите тангенс угла суммарных магнитных потерь в сердечнике, выполненном из магнитодиэлектрика на основе альсифера при частоте f = 10 5 Гц, напряженности магнитного поля Н = 0,I А/М и 900 А/М, если коэффициент магнитных потерь на гистерезис b_B = 1,210 ^-3 А/М, на вихревые токи гистерезис b_B = 70 × 10^-9 Гц, на магнитное последействие b_n = 12 × I0^-3. Расчет проведи­те по формулам:

в слабых магнитных полях

Консультация:

Для решения задачи изучите параграф 9.6 (Л1) или 30.2 (Л2).

Обратите внимание на определение слабых магнитных полей! Изучите свойства магнитодиэлектриков, области их применения.

Ответ: 8.32·10^-3

9.При напряжении магнитного поля Н=400 кА/м магнитотвердый сплав ЮНДК35Т5 имеет магнитную индукцию B=1Tл. Определить магнитную проницаемость и магнитную восприимчивость сплава. Какие компоненты входят в его состав и какова область его применения ?

Консультация:

Эти магнитные материалы относятся к магнитотвердым материалам. Более подробно читайте на стр. 351 - 352 (Л1) или стр. 319 - 322 (Л2). Для вычислений используйте соотношения 9.3 на стр. 297 (Л1).

10.Для магнитных экранов применяются материалы с большой постоянной затухания электромагнитной волны = . Рассчитайте постоянную затухания (а) и глубину проникновения электромагнитного поля ( ) для чистого железа при f= 10 Гц и сравните ее с соответствующим значением, полученным для кремнистой стали , удельное сопротивление которой = =6·10^-5 (Ом·м) и =3000. Назовите материалы, применяемые для экранирования линий высокой частоты.

Консультация:

Как следует из формулы, эти материалы должны обладать высокой магнитной проницаемостью и большей электропроводностью. В частности используется чистое железо, сплав Fe – Ni и др. Смотрите материалы справочников.

11.На рис. 6 изображена петля гистерезиса ферромагнит­ного сердечника. Рассчитать магнитную проницаемость в точках 1,2,3,4.

рис. 6.

Консультация:

На рис. II изображена петля гистерезиса ферромагнитного сердечника. Рассчитать магнитную проницаемость в точках 1,2,3,4.