s
Sesiya.ru

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Информация о работе

Тема
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Тип Лекции
Предмет Металловедение
Количество страниц 7
Язык работы Русский язык
Дата загрузки 2014-12-30 18:54:02
Размер файла 57.7 кб
Количество скачиваний 25
Скидка 15%

Поможем подготовить работу любой сложности

Заполнение заявки не обязывает Вас к заказу


Скачать файл с работой

Помогла работа? Поделись ссылкой

1. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
1.1. Классификация магнитных материалов. Намагниченность. Природа магнетизма. Гистерезис. Температурные зависимости магнитных материалов.

Классификация магнитных материалов может выполняться по следующим признакам:
1. По химическому составу:
- металлы,
- сплавы,
- неметаллы:• на базе углерода,• оксиды,• керметы,• контактолы,
- пасты;

2. По значению удельного сопротивления (проводимости):
- сверхпроводники,
- криопроводники,
- материалы высокого сопротивления,
- материалы высокой проводимости.
-
3. По назначению:
- тугоплавкие материалы,
- припои (легкоплавкие),
- благородные,
- термопары,
- контактные,
- резистивные,
- конструкционные.

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
Основное свойство – намагниченность.
Рисунок 61.
Рисунок 63.
Классификация магнитный материалов:
1. Диамагнетики. Собственный магнитный момент вещества направлен против воздействия внешнего магнитного поля. Характерны для всех веществ, но часто маскируется другими магнитными состояниями.
Рисунок 62.
Si, Ge. Cu, Ag. O3, H2.
2. Парамагнетики. Вещества с нескомпенсированными магнитными моментами под действием магнитного поля. Примеры: Al, Na. NO2, CaO.
3. Ферромагнетики. Вещества с сильной магнитной упорядоченностью соответствующей параллельному расположению магнитных моментов атомов (спинов) в доменах структуры. Примеры: Fe, Ni, Co. Упорядоченность спинов исчезает выше точки Кюри.
4. Антиферромагнетики. Магнитные моменты соседних атомов направлены встречно и компенсируют друг друга. Упорядоченность исчезает выше точки Нееля. Примеры: FeO, NiO, FeCl2.
5. Ферримагнетики. Обладают нескомпенсированным антиферромагнетизмом (спины соседних атомов не равны). Пример: все ферриты.
Ферромагнетики и ферримагнетики – сильные магнитные материалы.
Магнитными свойства могут обладать и аморфные материалы.
Структура сильномагнитных материалов доменная. Домены – области самопроизвольной намагниченности. Внутри каждого домена магнитные моменты атомов сонаправлены, а магнитные моменты доменов направлены хаотически. Границы доменов обычно совпадают с границами кристаллов. Главная роль возникновения ферромагнитного состояния – у сил обменного взаимодействия между атомами, имеющих квантовый характер, являющиеся электростатическими. Энергия, возникающая в результате обмена электронами между атомами называется обменной энергией или интегралом обменной энергии.
Рисунок 64.
Рисунок 65.
а – межатомное расстояние;
d – диаметр свободных электронных оболочек.
Критерии ферромагнетизма: наличие незаполненных электронных оболочек электронов атомов, диаметр которых мал по сравнению с межатомным расстоянием. Доменные границы называют стенками Блоха, магнитный момент атомов на них меняется плавно, т.е. границы доменов плавные. Ширина перехода: 100-1000 межатомных расстояний. Размер доменов: 10^-1, 10^-6 см^3. Гранулы ферромагнетика можно ввести в полимер. Результатом являются цилиндрические магнитные домены.
Рисунок 66.
Применение: магнитные ленты и магнитные диски.
В переменном магнитном поле у сильномагнитных материалов наблюдается гистерезис.
Рисунок 67.
Bl – остаточная магнитная индукция (зависит от частоты).
Hc – коэрцитивная сила (удерживающая).

Магнитострикционная деформация.
Изменение формы и размеров ферромагнетика при переходе через точку Кюри.

Виды магнитной проницаемости:
Рисунок 68.
1. Начальная магнитная проницаемость.

1.2. Потери в магнитных материалах.
Потери в магнитных материалах.
Рассматриваются только на переменном токе.
1. Потери на гистерезис. Определяются площадью петли гистерезиса.
Рисунок 69.
2. Потери на вихревые токи.
D – толщина листа магнитопровода.
F – частота рабочая.
B – магнитная индукция.
Ро – удельное сопротивление.
А – плотность.
3. Прочие потери.
В основном, потери на магнитную вязкость. Связана с временем релаксации тау, в течении которого создается или падает намагниченность.
Магнитотвердые материалы называются сверхвязкими, их время релаксации: от нескольких минут до нескольких лет.
Рисунок 70.

1.3. Магнитомягкие магнитные материалы: железо, никель, кобальт и их сплавы, магнитомягкие ферриты: параметры, технологии получения и область применения.
Технически чистое железо (низкоуглеродистая электротехническая сталь) содержит менее 0.05% углерода и минимальное количество примесей других элементов. Получается прямым восстановлением чистых руд, а также с применением электролитического или карбонильного процессов.

Низкоуглеродистая электротехническая сталь (другое название "армко-железо") обладает высокими значениями магнитной проницаемости и индукции насыщения, низкой коэрцитивной силой. Однако из-за малого удельного электрического сопротивления имеет повышенные потери на вихревые токи и применяется поэтому только в устройствах постоянного тока - полюсных наконечниках электромагнитов, магнитопроводах реле, экранирующих корпусах и др.; является основным компонентом при изготовлении многих магнитных материалов. Промышленностью выпускается также в виде электролитического и карбонильного железа; последнее получается в виде листов и готовых изделий из порошка путем конденсации газообразного пентакарбонила железа FeCo5. В таблице отражены основные магнитные характеристики железа.

На магнитные свойства железа влияют:

химический состав;
структура;
размер зерна;
искажения кристаллической решетки;
механические напряжения.
Магнитные свойства железа улучшаются:

при выращивании крупного зерна;
в результате многократных переплавок в вакууме.

Внутренние напряжения в деталях снимаются отжигом.
Электротехнические стали

Электротехнические стали - сплавы железа с 0.5-5% кремния, которые образуют с железом твердый раствор.

Кремний переводит углерод из формы цементита в графит, действует как раскислитель, связывая вредные газы, прежде всего кислород; способствует росту зерен, уменьшению констант магнитной анизотропии и магнитострикции; увеличивает удельное сопротивление, то есть уменьшает потери на вихревые токи. При содержании Si>5% ухудшаются механические свойства, повышаются твердость, хрупкость. Основные вредные примеси: углерод, сера, кислород, марганец.

Свойства стали существенно улучшаются при создании магнитной текстуры, создаваемой холодной прокаткой и отжигом, при этом потери уменьшаются приблизительно в два раза.

Магнитомягкие ферриты - химические соединения окисла железа Fe2O3 с окислами других металлов. Наиболее широко применяются ферриты со структурой шпинели, отвечающими формуле MeFe2O4, где Me - какой-либо двухвалентный катион.

Самопроизвольная намагниченность ферритов обусловлена спиновыми магнитными моментами трехвалентных ионов железа и двухвалентных ионов металла, между которыми существует косвенное обменное взаимодействие через ионы кислорода. Синтез ферритов производится по керамической технологии и может быть осуществлен по трем различным технологическим схемам: 1 - из механической смеси оксидов или карбонатов; 2 - термическим разложением твердой смеси солей, полученной выпариванием из водного раствора; 3 - из совместно сочетаемых гидроксидов, карбонатов, оксилатов. Наиболее распространенный - первый способ.
Магнитомягкие ферриты применяются:
- для магнитопроводов, работающих в слабых, сильных магнитных полях до 100 МГц и в импульсном режиме;
- для изготовления магнитных усилителей, сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, статоров и роторов высокочастотных двигателей, термомагнитных компенсаторов и так далее.
Механические свойства как и у керамики - твердость, хрупкость, недопустимость обработки резанием. При спекании - усадка от 10 до 20%. Хорошо шлифуются и полируются абразивными материалами, режутся алмазным инструментом.
Наиболее широко в качестве магнитомягких ферритов применяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты, представляющие собой твердые растворы замещения, образованные простыми ферритами NiFe2O4 и MnFe2O4, являющиеся ферромагнетиками, с немагнитным ZnFe2O4.
В переменных полях для оценки допустимого частотного диапазона ферриты кроме характеризуются tgб- тангенсом угла магнитных потерь. Для ферритов потерями на вихревые токи и гистерезис в области слабых полей можно пренебречь.
p(po) ферритов в зависимости от химического состава и термической обработки изменяется от 10 до 108 Ом . м. Основной недостаток ферритов по сравнению с металлическими магнитными материалами - малое значение их магнитной проницаемости. Некоторые типы изделий из магнитомягких ферритов показаны на рисунке.


1.4. Магнитотвердые магнитные материалы: сплавы, металлокерамика, магнитотвердые ферриты: основные свойства, технологии изготовления и область применения.
Магнитотвердые материалы применяются в основном для изготовления постоянных магнитов многих устройств в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике. По сравнению с электромагнитами постоянного тока имеют ряд преимуществ, главные из которых: повышенная работотоспособность; экономия материалов и потребления энергии; экономическая и техническая выгода применения.

Для получения высокой коэрцитивной силы в магнитных материалах кроме выбора химического состава используют технологии, оптимизирующие кристаллическую структуру и затрудняющие процесс перемагничивания - это закалка сталей на мартенсит, дисперсионное твердение сплавов, создание высоких внутренних механических напряжений, посторонних включений при высокой магнитострикции и других. В результате затрудняются процессы смещения доменных границ. У высококоэрцитивных сплавов магнитная текстура создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле.
Сплавы на основе железа - никеля - алюминия применяют в основном легированные медью и кобальтом. Высококобальтовые сплавы с содержанием Со более 15% используют обычно с магнитной и кристаллической текстурой. Намагничивание этих сплавов происходит главным образом за счет процессов вращения векторов намагничивания. Эти сплавы отличаются высокой твердостью и хрупкостью, поэтому магниты из них изготавливают методом литья. Обрабатывается шлифовкой, в том числе с применением алмазного инструмента, ультразвука и др. Самые дешевые бескобальтовые сплавы ЮНД и другие, но магнитные свойства у них относительно низки. ЮНДК-15 и ЮНДК-18 магнитноизотропные сплавы с относительно высокими магнитными свойствами. Сплавы ЮНД с 24% Со имеют высокие магнитные свойства в направлении магнитной текстуры, полученной при термомагнитной обработке. ЮНДК-35Т5БА обладают наибольшей энергией Wmax (Wmax=35-40 кДж/м3). ЮНДК-40Т8 - титанистый сплав, применяемый в сильно разомкнутых системах. Имеет наиболее высокую коэрцитивную силу.
Металлокерамические магниты

Получают методами порошковой металлургии из сплавов Fe-Ni-Al-Co и из деформируемых сплавов Cu-Ni-Co, Cu-Ni-Fe, Fe-Co-Mo, Pt-Co и Ag-Mn-Al. Механическая прочность в 3-6 раз выше, чем у литых магнитов, но пористость в 3-5% снижает Wmax и на 10-20%.
Магнитотвердые ферриты

Применяются главным образом феррит бария BaO*6Fe2O3, феррит кобальта CoO*Fe2O3 и феррит стронция SrO*6Fe2O3. Высокая Нс этих материалов связана с малым размером кристаллических зерен и сильной магнитокристаллической анизотропией. Магниты из ферритов можно использовать при высоких частотах, что связано с высоким удельным сопротивлением. У бариевых ферритов, например =104-107 Ом .м. Промышленность выпускает бариевые изотропные (БИ) и бариевые анизотропные (БА) магниты, получаемые прессованием в магнитном поле. Анизотропные магниты обладают более высокими магнитными свойствами (Wmax,Hc). По сравнению с литыми бариевые магниты имеют много большую Нс и малую Bs, отличаются высокой стабильностью при воздействии магнитных полей, различных механических воздействий, структурного старения. Стоимость магнитов из ферритов почти в 10 раз меньше, чем у магнитов из сплава ЮНДК-24. Недостатки - большая хрупкость и твердость, сильная зависимость магнитных свойств от температуры.
Сплавы на основе редкоземельных металлов (РЗМ)

Сплавы на основе РЗМ обладают очень высокими значениями Нс и Wmax. Наибольший интерес представляют соединения RCo5 и R2Co17, где R- редкоземельный металл. Для бинарных соединений этой группы Wmax = 190 кДж/м3, для тройных сплавов типа R2(Co1-xFex), где x < 0.6 на основе самария чистого аргона.

и празеодима Wmax= 240 кДж/м3 (теоретическое значение).

Магниты из этих сплавов получаются наиболее часто жидкофазным спеканием из порошков. Например, магниты на основе SmCo5 спекаются после прессования при температуре 1100 оС в течение 30 минут в атмосфере Современные и перспективные магнитные материалы.
Лабораторные работы
Исследование свойств магнитных материалов. Катушки индуктивности.
Исследование свойств магнитных материалов. Трансформаторы.

2. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
2.1. Особенности выбора конструкционных материалов. Эксплуатационные свойства конструкционных материалов

3. КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ.
3.1. Понятие элемента и компонента. Классификация компонентов электронной техники. Условно-графическое обозначение на электрических схемах. Маркировка электронных компонентов
3.2. Особенности технологии изготовления, установки и замены дискретных и интегральных компонентов
Лабораторные работы
Исследование пассивных ЭРЭ: резисторы.
Исследование пассивных ЭРЭ: конденсаторы.
Исследование пассивных ЭРЭ: катушки индуктивности.
Исследование пассивных ЭРЭ: трансформаторы.

© Copyright 2012-2020, Все права защищены.