IV. ФЕРРОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫерромагнитные материалы

 

 

Материалы, способные сильно намагничиваться в слабых магнитных полях, называют ферромагнитными (ферромагнетиками). Магнитная восприимчивость ферромагнетиков (отношение намагниченности материала к напряжённости магнитного поля) имеет большие положительные значения (до сотен тысяч и миллионов). К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт и их сплавы, а также ферриты. Из них изготовляют магнитопроводы трансформаторов, сердечники катушек индуктивности, постоянные магниты, экраны и т.п.

Основные характеристики ферромагнетиков определяются по кривым намагничивания по индукции (зависимостям магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н). Начальная кривая намагничивания по индукции – кривая, выражающая зависимость В от Н в процессе намагничивания предварительно термически размагниченного магнитного материала при последовательном возрастании напряженности магнитного поля (ГОСТ 19693–74). При циклическом намагничивании кривая намагничивания образует петлю гистерезиса. Петля гистерезиса по индукции – замкнутая кривая, выражающая зависимость индукции материала от амплитуды напряженности поля при периодическом достаточно медленном изменении напряженности поля (ГОСТ 19693 – 74). На рис. 41.1 показано семейство симметричных петель гистерезиса, полученных при различных максимальных значениях напряженности поля Нm.

 

 

 

Рис.41.1. Семейство симметричных петель гистерезиса по индукции.

Кривая, представляющая собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, которые получаются при последовательном возрастании максимального значения Нm, называется основной кривой намагничивания по индукции (ГОСТ 19693 – 74). Эта кривая является важнейшей характеристикой материала, удовлетворяет требованиям хорошей воспроизводимости и широко используется для характеристики намагничивания материала в постоянных полях. В справочниках обычно приводят предельные симметричные петли гистерезиса, которые получают при условии насыщения материала.

Индукция насыщения ВS – значение индукции, соответствующее насыщению, т.е. такому состоянию материала, при котором магнитная индукция не изменяется при изменении напряженности магнитного поля. Основная единица индукции – тесла (Тл). Остаточная индукция Вr – индукция, которая остаётся в материале после снятия внешнего магнитного поля. Коэрцитивная сила по индукции Нс – величина, равная напряженности магнитного поля, необходимого для изменения индукции от Вr до нуля. Основная единица напряженности поля – ампер на метр (А/м).

Абсолютная магнитная проницаемость – величина, характеризующая магнитные свойства вещества и равная отношению модулей магнитной индукции и напряженности магнитного поля (ГОСТ 19880 – 74). Относительная магнитная проницаемость (или просто магнитная проницаемость) – отношение абсолютной магнитной проницаемости к магнитной постоянной, т.е. m=mа /mо, где mо=4*10-7 Гн/м=1,257 мкГн/м.

Начальная магнитная проницаемость mн – значение магнитной проницаемости на начальной или основной кривой намагничивания по индуктивности при стремлении напряженности магнитного поля к нулю, деленное на магнитную постоянную (ГОСТ 19693–47). Практически определяется по наклону касательной к основной кривой намагничивания (рис. 1.1).

Петля гистерезиса по индукции, полученная при намагничивании вещества переменным магнитным полем, называется динамической. Такая петля гистерезиса характеризует затраты энергии в течение одного цикла перемагничивания. В общем случае она шире, чем петля гистерезиса при перемагничивании постоянным полем, так как отражает потери не только на гистерезис, но и на вихревые токи, а также дополнительные потери. Кривая, представляющая собой геометрическое место вершин динамических петель гистерезиса, полученных при последовательном возрастании амплитуды напряженности магнитного поля, называется динамической кривой намагничивания, магнитная проницаемость, определяемая по этой кривой, - динамической кривой намагничивания, магнитная проницаемость, определяемая по этой кривой, - динамической магнитной проницаемостью mД.

 

 

 

 

Рис. 41.2. Частная петля гистерезиса по индукции.

Обратимая магнитная проницаемость mrev(mr) – предел отношения изменения магнитной индукции к удвоенной амплитуде изменения напряженности магнитного поля в данной точке начальной кривой намагничивания (петли гистерезиса) по индукции, деленный на магнитную постоянную (ГОСТ 19693 – 74). Практически определяется по наклону частной пели гистерезиса (рис. 41.2).

Температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости (ТКМП или ТКm) - отношение производной от начальной магнитной проницаемости по температуре к начальной магнитной проницаемости. Практически определяется как относительное изменение начальной магнитной проницаемости при изменении температуры на 1°С.

Удельные магнитные потери – мощность, поглощаемая в единице массы магнитного вещества и рассеиваемая в виде тепла при воздействии на вещество переменного магнитного поля. Удельные магнитные потери тем больше, чем больше площадь динамической петли гистерезиса и частота перемагничивания, а также чем меньше удельное электрическое сопротивление вещества. Часто характеризуют потери в магнитном веществе тангенсом угла общих потерь tgδ. Для ограниченного диапазона частот слабых магнитных полей (напряженность поля менее 0,1 коэрцитивной силы) при tgδ <<1 зависимость tgδ от напряженности поля и частоты имеет следующий вид:

,

где δf, δh и δП – коэффициенты потерь на вихревые токи, гистерезис и последействие соответственно. При повышении частоты f и напряженности магнитного поля Нm начиная с некоторых значений коэффициенты потерь возрастают. Поэтому вводится понятие критической частоты fкр, при которой резко увеличивается tgδ. Обычно пользуются понятиями fкр/ при tgδ=0,1 и fкр// при tgδ=0,02. Чем выше начальная магнитная проницаемость вещества, тем меньше граничная частота.

Магнитотвёрдые материалы характеризуются высокой коэрцитивной силой (более 4 кА/м) и применяются для изготовления постоянных магнитов. К магнитотвёрдым материалам относятся некоторые углеродистые стали, вольфрамовая, хромистая и кобальтовая стали, сплавы альни, альниси, альнико и магнико, а также ферриты кобальта и бария.

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

1. Металлические магнитные материалы (железо и его сплавы) применяются в основном в диапазоне звуковых частот. Наиболее высокочастотный металлический магнитный материал – пермаллой производится в виде лент толщиной до 0,01 мм. Достоинство лучших металлических магнитных материалов – высокая магнитная проницаемость (до 100000) на низких частотах.

Сталь электротехническая представляет собой сплавы железа и кремния (до 4,8 %) и изготовляется в виде листов и лент толщиной от 0,05 до1 мм. Цифры марок стали обозначают: первая – класс по структурному состоянию и виду прокатки (1 – горячекатаная, 2 – холоднокатаная изотропная, 3 – холоднокатаная анизотропная); вторая – массовая доля кремния (0 – не более0,4 %, нелегированная, 1 – 0,4…0,8 %, 3 – 1,8…2,8 %, 4 – 2,8…3,8 %, 5 – 3,8…4,8 %); третья – группу по основной нормируемой характеристике (0 – удельные потери при В = 1,7 Тл и частоте 50 Гц; 1 – удельные потери при В = 1,5 Тл и частоте 50 Гц; 2 – удельные потери при В = 1 Тл и частоте 400 Гц для горячекатаной и при В = 1,5 Тл и частоте 400 Гц для холоднокатаной анизотропной; 6 – магнитная индукция в средних магнитных полях при Н=0,4 А/м; 7 – магнитная индукция в средних магнитных полях при Н=10 А/м); четвёртая – порядковый номер стали (ГОСТ 21427.0 – 75).

Основные параметры электротехнических сталей некоторых марок приведены в табл.4.1 1.12.

 

 

Таблица 4.11.12. Основные параметры электротехнических сталей

Марка Магнитная проницаемость Коэрцитивная сила, А/см Магнитная индукция при Н=20А/см, Тл Удельная электрическое сопротивление, Ом∙мм2
новое обозначение старое обозначения Нач. Макс.
Э31 0,44 1,52 0,52
Э41 0,36 1,49 0,6
Э42 0,32 1,49 0,6
Э45 0,2 7,7 0,55
Э46 8,8∙10-4* 0,55
Э48 1,3∙10-4* 0,55
Э310 0,2 1,81*2 0,5
Э320 0,12 1,73

* При Н=8 мА/см и толщине листа 0,35 мм.

*2 При Н=10 А/м

 

Стали марок 1411, 1511, 1512 широко применяются для изготовления магнитопроводов дросселей и трансформаторов, работающих в диапазоне звуковых частот. На более высоких частотах применяют сталь 1521, изготовляемую в виде листов толщиной 0,1…0,35 мм и отличающуюся меньшими удельными потерями. Наиболее высокими магнитными свойствами обладают холоднокатаные стали марок 3411, 3412, 3413, которые, кроме того, характеризуются улучшенными магнитными свойствами вдоль проката. Эти стали выпускаются в виде листов и лент. Электротехнические стали очень чувствительны к механическим воздействиям. Поэтому после механической обработки (резка, штамповка и т.п.) их подвергают ожигу.

Пермаллой – магнитомягкий сплав на основе никеля и железа с высокой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях (при напряжённости поля менее 0,1 коэрцитивной силы) на низких частотах. С увеличением содержания никеля магнитная проницаемость пермаллоя повышается, однако возрастают удельные потери и уменьшается индукция насыщения. При повышении частоты, а также напряженности подмагничивающего (постоянного) поля магнитная проницаемость пермаллоев резко уменьшается. Пермаллои очень чувствительны к механическим воздействиям. При изготовлении деталей из пермаллоя следует избегать ударов, рихтовки и т.п. Во избежание деформаций, приводящих к ухудшению магнитных свойств магнитопровода из пермаллоя, его пластины должны быть сжаты слабо, а обмотка не должна сдавливать магнитопровод.

Пермаллои выпускаются в виде холоднокатаных лент толщиной 0,02…2,5 мм, горячекатаных листов толщиной 3…22 мм и горячекатаных прутков диаметром 8…100 мм и поставляются в термически не обработанном состоянии. После изготовления деталей их термически обрабатывают для улучшения магнитных свойств Основные параметры пермаллоев приведены в табл. 4.21.13.

 

Таблица 4.21.13. Основные параметры пермаллоев

Марка* Магнитная проницаемость Коэрцитивная сила, А/м Индукция насыщения, Тл Удельное электрическое сопротивление, Ом×мм2
начальная максимальная
45Н 50Н 50Н-У 38НС 42НС 50НХС 76НХД 77НМД 78НХ 79НМ 79НМА 70НМ-У 80НМ 80НХС 81НМА 1700…2800 1800…3000 3000…4000 2500…3000 2500…3000 1500…3000 (10…18)103 (40…90)103 (10…12)103 (20…22)103 (18…50)103 (20…30)103 (10…12)104 (18…35)104 (50…70)103 (16…25)103 (20…35)103 (30…40)103 (20…25)103 (20…25)103 (15…20)103 (5…15)104 (15…25)104 (30…35)103 (7…15)104 (8…30)104 (10…22)104 (3…4,5)105 (7…17)104   16…32 10…24 10…14 10…24 1,6…5,6 0,64…1 1,2…2,4 0,8…4,8 1,2…2,4 0,48…0,72 1,2…4,0 0,4…0,8 1,5 1,5 1,5 0,95 1,0 1,0 0,75   1,07 0,75 0,75 0,73   0,65 0,5 0,45 0,45 0,45 0,9 0,85 0,9 0,57   0,16 0,55 0,56 0,55   0,63 0,8

*Цифры и буквы марок пермаллоя обозначают: цифры и буква Н в начале – процентное содержание никеля, У в конце – улучшенные свойства, остальные буквы – основные легирующие материалы (Д – медь, М – молибден или марганец, С – кремний, Х – хром).

 

Пермаллои с малым содержанием никеля марок 45Н и 50Н применяются для изготовления магнитопроводов малогабаритных трансформаторов, дросселей и других намоточных узлов, работающих в слабых постоянных магнитных полях. Легированные пермаллои марок 38НС, 42НС 50НХС отличаются повышенным удельным электрическим сопротивлением и поэтому применяются для изготовления магнитопроводов трансформаторов, катушек индуктивности и других намоточных узлов, работающих при повышенных и высоких частотах.

Пермаллои с высоким содержанием никеля обладают сравнительно малым удельным электрическим сопротивлением и поэтому используются только для изготовления магнитных экранов и магнитопроводов, работающих в постоянных магнитных полях. Легированные высоконикелевые пермаллои также имеют повышенное удельное электрическое сопротивление. При повышенных требованиях к температурной стабильности применяют пермаллой марки 76НХД, а при высоких – пермаллой марки 77НМД. Выпускаются также пермаллои с прямоугольной петлёй гистерезиса, которые используются в импульсных и вычислительных устройствах. В конце обозначения этих пермаллоев стоит буква П.

2. Магнитодиэлектрики – это пластические массы, в которых связующими 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, а недостаток – сравнительно малая начальная магнитная проницаемость, что ограничивает возможности повышения добротности катушек индуктивности.

Электромагнитные параметры магнитодиэлектриков определяют на образцах кольцевой формы. По этим параметрам оценивается качество материалов и кольцевых сердечников.

Магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа изготовляются прессованием порошка карбонильного железа с бакелитом, аминопластом или другими связующими. Карбонильное железо — это тонкодисперсный порошок, состоящий из частиц сферической формы Ø1—8 мкм. Карбонильное железо получают термическим разложением пентакарбонила железа Fe(CO)5 — соединения оксида углерода с железом. При термическом разложении паров пентакарбонила железа выделяются частицы чистого железа. В результате загрязнения частиц карбонильного железа оксидом углерода полученный порошок подвергают термической обработке в среде водорода. Карбонильное железо в таком виде обладает высокими магнитными характеристиками: μн = 2500 - 3000; μм = 20000 - 21 000; Нс = 4,5 - 6,2 А/м.

Промышленностью выпускается два класса карбонильного железа: Р (марки Р-10 , Р-20, Р-100 и Р-100Ф) – для радиоаппаратуры и Пс – для проводной связи. Кроме того, из карбонильного железа класса Р отжигом в водороде получают восстановленное карбонильное железо (ВКЖ), которое отличается повышенной магнитной проницаемостью и повышенными потерями. Детали из ВКЖ имеют характерный металлический блеск.

Основные параметры карбонильного железа приведены в табл.4.3 1.14. Диапазон рабочих температур карбонильного железа – от -60 до +100 °С; тангенс угла потерь изменяется линейно до частоты 100 МГц (для класса Р) и до частоты 50 МГц (для класса Пс), а также при изменении напряженности магнитного поля до 2400 А/м.

 

 

Таблица 4.31.14. Электромагнитные параметры магнитодиэлектриков на основе карбонильного железа (ГОСТ 13610 – 79)

Марка* Начальная магнитная проницаемость Коэффициенты потерь ТКМП в диапазоне температур от -60 до +100°С, %/°С Максимальная рабочая частота, МГц
dh×106, м/А df×109, 1/Гц dП×104
Р-10 Р-20 Р-100 Р-100Ф Пс ВКЖ 12…15 12…15 10…12 10…12 11…13 3…5 1,5…2,5 1,2…1,9 1…2 £1,5 2…3,5 2…3 0,5…1,2 1…2,8 £3,5 1,5…2,5 0,5…1 0,5…1 0,5…1,5 £0,2 0,0025…0,018 0,002…0,015 0,005…0,01 0,003…0,015 0,0025…0,011 0,025…0,035 0,2

*Цвета маркировки: для Р-10 – белый, для Р-20 – красный, для Р-100 – синий, для Р-100Ф – зеленый, для Пс- желтый.

 

Альсифер получают прессованием порошка из сплава альсифер (алюминий – кремний - железо) с бакелитом или аминопластом. Он отличается 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 меньше, больше нуля или равен ему. Большинство альсиферов имеет отрицательный температурный коэффициент магнитной проницаемости, что позволяет использовать их для температурной компенсации параметров катушек индуктивности. Наименьшими значениями ТКМП характеризуется компенсированный альсифер, в обозначении марок которого содержится буква К.

Альсиферы представляют собой нековкие хрупкие сплавы, состоящие из 5,5-13% алюминия, 9—10% кремния, остальное - железо. Промышленные сорта альсифера имеют следующие характеристики: μн = 6000-7000; μм = 30000 = 35 000; Нс = 2,2 А/м; r= 0,8 мкОм×м.

 

Таблица 4.41.15 . Электромагнитные параметры магнитодиэлектриков на основе альсиферов

Марка* Начальная магнитная прони цаемость Коэффициенты потерь ТКМП в диапазоне температур 20 – 70°С, %/°С tgd на частоте 100 кГц при Hm=8А/м Критическая частота*2 при Hm=8 А/м, кГц
dh×104, м/А df×109, 1/Гц dП×103
ТЧ-90 ТЧ-60 ТЧК-55 ВЧ-32 ВЧ-22 ВЧК-22 79…91 53…63 48…58 28…33 19…24 19…24 1,1 0,81 0,81 0,38 0,25 0,25     1,2 £ -|0,06| £ -|0,04| -0,015¼0,005 £ -|0,025| £ -|0,02| -0,005¼0,005 0,0849 0,0277 0,01 0,01 0,0047 0,0047

*Цвета маркировки: для ТЧ-90 – синий, для ТЧ-60 – черный, для ТЧК-55 – красный, для ВЧ-32 – белый, для ВЧ-22 – зелёный, для ВЧК-22 – желтый.

*2При tgd=0,02.

Основные параметры альсиферов приведены в табл.4.4 1.15. Диапазон рабочих температур магнитодиэлектриков на основе альсифера – от –60 до +120°С, пределы линейности tgd: по частоте – 0,5 МГц для марки ТЧ-90, 1МГц для ТЧ-60, 2МГц для ВЧ-32 и 20МГц для ВЧ-22; по напряженности поля – 240 А/м для марки ТЧ-90, 400 А/м для ТЧ-60, 800 А/м для ВЧ-32 и 1200 А/м для ВЧ-22.

3. Ферриты представляют собой спеченную смесь оксида железа Fе2Оз с оксидами одного или нескольких двухвалентных металлов ZnO; NiO. Название феррит определяется названием двухвалентного или (реже) одновалентного металла, оксид которого входит в состав феррита. Так, если в состав феррита входит оксид цинка ZnO, то феррит называется ферритом цинка, если оксид никеля NiO — ферритом никеля и т. д. Ферриты, в состав которых кроме оксида железа Fe2O3 входит только один оксид другого металла, называются простыми. Химическая формула простого феррита в общем виде записывается так:

MeO ´ Fe2O3 или MeFe2O4,

где Me — обозначение металла, оксид которого входит в состав феррита.

Химические формулы ферритов цинка и никеля записываются так: ZnFe2O4 или NiFe2O4

Не все простые ферриты обладают магнитными свойствами. Так, ферриты цинка и кадмия CdFe2O4 являются немагнитными веществами. Наличие или отсутствие магнитных свойств у простых ферритов определяется их составом и распределением ионов в кристаллической решетке. Перечисленные выше простые ферриты имеют кубическую решетку типа шпинели. Такая решетка представляет собой плотную упаковку двухвалентных отрицательно заряженных ионов кислорода, между которыми распределены положительно заряженные ионы металлов, окруженные четырьмя или шестью ионами кислорода. Ионы металлов в кубической решетке шпинели могут распределяться, образуя нормальную либо обращенную шпинель. Ферриты цинка и кадмия, кристаллизующиеся в нормальную шпинель, не обладают магнитными свойствами, а ферриты, кристаллизующиеся в обращенную шпинель, обладают магнитными свойствами.

Наилучшими магнитными характеристиками обладают сложные или смешанные ферриты, представляющие собой твердые растворы одного простого феррита в другом. В этом случае могут быть использованы и немагнитные ферриты в сочетании с магнитными простыми ферритами. Например, твердый раствор двух простых ферритов цинка и никеля образует смешанный Никель-цинковый феррит, химическую формулу которого записывают так:

NixZn(1-x)•Fe2O3

В приведенной формуле х обозначает молярную долю оксида никеля в материале, a (1-x) — молярную долю оксида цинка, причем сумма этих долей равна единице.

Ферриты тверды, хрупки и по механическим свойствам подобны керамике. Порошкообразные оксиды металлов, взятые в определенном соотношении, измельчают в мельницах. Из этой смеси тонкопомолотых порошков прессуют брикеты, которые подвергают первоначальному обжигу в печи. Спекшиеся брикеты размалывают и в полученный тонкодисперсный порошок вводят какой-либо пластификатор, например раствор поливинилового спирта. Из полученной массы прессуют ферритовые изделия (сердечники, кольца), которые обжигают при 1000—1400 °С. Полученные твердые хрупкие изделия (преимущественно черного цвета) можно обрабатывать только шлифованием. Плотность ферритов значительно меньше плотности металлических магнитных материалов и составляет 3,7…5,8 г/см3. Ферриты хорошо шлифуются и полируются абразивными материалами. Их можно склеивать, например, клеем БФ-4. Ферриты являются полупроводниками и обладают электронной проводимостью. Их удельное электрическое сопротивление может быть очень большим (до 1010 Ом. см), что обусловливает малые потери на вихревые токи в переменных полях высокой частоты. Однако с ростом 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.

Наиболее широко применяют в РЭА смешанные магнитно-мягкие ферриты: никель-цинковые, марганец-цинковые, литий-цинковые. Условные обозначения ферритов: НН — никель-цинковые; НМ — марганец-цинковые; ВЧ — литий-цинковые высокочастотные; СЧ — сверхвысокочастотные; ВТ — с прямоугольной гистерезисной петлей. Цифры, стоящие впереди буквенных обозначений, указывают среднее значение начальной магнитной проницаемости. В марках сверхвысокочастотных ферритов эти цифры обозначают среднюю длину волны (см), в марках ферритов с прямоугольной гистерезисной петлей — коэрцитивную силу (А/м). Например: 4000НМ - марганец-цинковый феррит с начальной магнитной проницаемостью, равной 4000; 150ВЧ — высокочастотный феррит с начальной магнитной проницаемостью 150.

Магнитные характеристики широко применяемых магнитно-мягких ферритов приведены в табл. 18.

Таблица 4.518.Основные характеристики магнитно-мягких ферритов

Марка феррита   Начальная магнитная проницаемость (среднее значение) Коэрцитивная сила, А/м Удельное электрическое сопротивление, Ом×м Граничная частота, МГц Температура Кюри, °С
6000НМ       0,1   0,01    
4000НМ       0,5   0,7    
З000НМ       0,5   0,8    
2000НМ       0,5   1,5    
1000НМ       0.5   1,6    
1000НН         0,4    
600НН       102   1,2    
400НН       103   2,0    
200НН       103   3,0    
150ВЧ       106      
100ВЧ       104      
50ВЧ2       106      
10ВЧ1       108      

* Граничной называют частоту, при превышении которой начинается резкое падение магнитной проницаемости и увеличение потерь энергии в феррите.

Дополнительными характеристиками ферритов являются: КТР = (5-12)×10-6 1/°С; пористость 1-15%.

Из рис. 4.36 следует, что приведенные здесь ферриты по сравнению с металлическими магнитно-мягкими материалами обладают малой индукцией насыщения, поэтому в сильных полях их применять не рационально. Имеются ферриты, например НМС, которые обладают большой индук­цией насыщения. Из табл. 18 видно, что Ччем меньше начальная магнитная проницаемость феррита, тем в более широком диапазоне частот он может быть использован.

 

 

Рис 4.346. Кривые намагничивания марганец-цинковых (НМ) от никель-цинковых (НН) ферритов: 1 –4000 НМ, 2 – 3000 НМ, 3 – 2000 НМ, 4 – 1000 НМ, 5 – 2000 НН, 6 – 600 НН, 7 – 400 НН, 8 – 200 НН

 

 

Достоинствами ферритов являются стабильность магнитных характеристик в широком диапазоне частот, малые потери на вихревые токи, малый коэффициент затухания электромагнитной волны, а также простота изготовления ферритовых деталей. Как все магнитные материалы, ферриты сохраняют свои магнитные свойства только до температуры Кюри ТК. У различных по составу ферритов значения Тк колеблются в широких пределах: от 70 до 500 °С. В радиоаппаратуре СВЧ металлические магнитные материалы и низкочастотные ферриты (никель-цинковый и др.) не могут применяться из-за малого удельного электрического сопротивления, которое приводит к большим потерям на вихревые токи. В технике СВЧ применяют поликри­сталлические и монокристаллические ферриты. К поликристаллическим относятся литиевый (10СЧ9), магниевые, никелевые и другие ферриты. Эта группа ферритов обладает большим удельным электрическим сопротивлением (108 — 1010 Ом×-м) и стабильностью магнитных характеристик в диапазоне СВЧ. Широкое применение в технике СВЧ получили ферриты-гранаты, отличающиеся повышенным удельным электрическим сопротивлением и малыми диэлектрическими потерями.

Современные магнитомягкие ферриты делят на шесть групп, различающихся электромагнитными параметрами и назначением (см. табл. 1.16). Термостабильные высокочастотные ферриты (марки 150ВН, 100ВН, 50ВН, 30ВН, 20ВН) могут использоваться в слабых магнитных полях при частоте до 100МГц. Они отличаются малыми потерями и малым ТКМП в широком диапазоне температур, поэтому наиболее часто применяются в высококачественных катушках индуктивности, а первых двух марок – также для магнитных антенн. Термостабильные низкочастотные ферриты (марки 2000НМ1, 1500НМ1, 2000НМ3, 1500НМ3, 1000НМ3, 700НМ) характеризуются сравнительно малыми потерями на низких частотах.

Ферриты марок 2000НН, 1000НН, 600НН, 400НН, 400НН1, 100НН характеризуются низкой стоимостью, поэтому широко используются при невысоких требованиях к стабильности. Ферриты последних четырех марок применяются в катушках колебательных контуров и магнитных антеннах при частотах до нескольких мегагерц. Ферриты марок 2000НМ и 1000НМ превосходят никелево-цинковые с такими же значениями магнитной проницаемости, однако дороже. Марганцево-цинковые ферриты с большими значениями магнитной проницаемости (3000 и более) рекомендуется применять в магнитопроводах вместо тонколистового пермаллоя (толщиной 0,1…0,02 мм и меньше).

Ферриты с высокой индукцией предназначены для работы в сильных переменных магнитных полях. Они могут использоваться, в частности, для магнитопроводов импульсных трансформаторов источников вторичного электропитания.

Малыми потерями в сильных полях характеризуются ферриты марок 300ВПН, 200ВПН, 10ВПН и другие из этой группы. Их основное назначение – сердечники катушек колебательных контуров, перестраиваемых подмагничиванием сердечника, и катушек магнитных модуляторов. В слабых полях tgd и ТКМП этих ферритов значительно больше, чем ферритов группы ВПС, которые целесообразно использовать для сердечников высокочастотных широкополосных трансформаторов.

Для изготовления постоянных магнитов используют магнитно-твердые ферриты, наибольшее применение из которых получили ферриты бария BaO×-6Fe2O3. В отличие от магнитно-мягких бариевые ферриты имеют не кубическую, а гексагональную кристаллическую структуру, обладающую магнитной анизотропией, которая увеличивает коэрцитивную силу этих ферритов. По своей структуре ферриты бария представляют собой поли­кристаллические материалы, состоящие из множества кристаллических ча­стиц, ориентированных произвольно, что определяет однородность свойств феррита во всех направлениях. Эти ферриты являются изотропными (марка БИ).

Если же в процессе прессования магнитов порошкообразную массу подвергнуть воздействию внешнего магнитного поля большой напряжен­ности (Н»800 кА/м), кристаллические частицы будут ориентированы в одном направлении. Изготовленные таким образом бариевые магниты являются анизотропными (марка БА), которые после обжига в печах и на­магничивания обладают более высокими магнитными характеристиками по сравнению с изотропными. Магниты, изготовленные из бариевых фер­ритов, обладают большим удельным электрическим сопротивлением (103—106Ом× • м). Для лучшего использования бариевым магнитам придают форму, при которой их длина мала по сравнению с сечением.

Бариевые ферриты отличаются хорошей стабильностью своих характеристик, но чувствительны к резкому изменению температуры. Их изгото­вляют из недефицитных порошкообразных материалов — оксидов железа Fe2O3 и углекислого бария BaCO3 методами керамической технологии. Магниты из бариевых ферритов значительно дешевле магнитов из железо-никельалюминиевых сплавов и других металлических материалов.

Недостатками всех ферритов являются хрупкость, а также резко выра­женная зависимость магнитных свойств от температуры и механических воздействий. Ферриты являются магнитными полупроводниками, и, следо­вательно, с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, что вызывает увеличение потерь на вихревые токи. Широко применяемые бариевые ферриты приведены в табл. 4.619.

 

Таблица 4.619. Основные характеристики магнитно-твердых бариевых ферритов  
Марка феррита Остаточная магнитная индукция, Тл Коэрцитивная сила, кА/м Максимальная магнитная энергия, кДж/м Удельное электриче­ское сопротивление, мкОм×- м Температура Кюри, °СС
6БИ240   0.19       103 - 106      
7БИЗОО   0,20       103 - 106      
16БА190   0.30       103 - 106      
15БАЗОО   0,30       103 - 106      
18БА220 22БА220   0,33 0,36       103 - 10Q6 103 - 106    
24БА210   0,37       103 - 106      
25БА150   0,38       103 - 106      
28БА170   - 0,38       103 - 106      
28БА190   0,39       103 - 106      
 

 

V. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ, ЗАДАЧИ и УПРАЖНЕНИЯ

1. Как можно классифицировать проводниковые материалы?

2. Какие металлические сплавы высокого сопротивления нашли применение в электронной технике и для каких целей?

3. В чем отличие мягких и твёрдых припоев?

4. Сформулируйте правило Маттиссена для сплавов.

5.Что такое кермет?

6.Определить температурный коэффициент линейного расширения al и удлинение нихромовой проволоки, если при повышении температуры от 20 до 1000°С электрическое сопротивление проволоки изменяется от 50 до 56.6 Ом. Длина проволоки в холодном состоянии l=50 м. Температурный коэффициент удельного сопротивления нихрома принять равным 15×10 -5 °К-1 .(Ответ: al=1.5×10 -5 °К-1, Dl=0.735 м).

7. Определите, в каком из материалов - константане или никеле – влияние примесей сильнее сказывается на относительном изменении удельной проводимости.

8. Как и почему изменяется удельное сопротивление металлических сплавов при механических воздействиях ( сжатие, растяжение, изгиб)?

9. От чего зависят потери энергии в магнитных материалах?

10. В чем преимущества и недостатки магнитодиэлектриков и ферритов?

 






Дата добавления: 2020-12-11; просмотров: 263; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.099 сек.