Контрольная по математике Дизайн Конспект лекций по электротехнике Теоретическая механика Электротехнические материалы Атомная энергетика Энергетический реактор

Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

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.

Пермаллои- железоникелевые сплавы с высокой проницаемостью в слабых полях. По составу выделяют низконикелевые (40-50% Ni) и высоконикелевые (72-80 %Ni)).

Магнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения в слабых полях, обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на перемагничивание. Условно к магнитомягким относят материалы с Нс>800 А/м.

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.

Материалы с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД), применяемые для изготовления запоминающих устройств (ЗУ). Емкость отдельного устройства (чипа) на ЦМД может составлять 105 бит. Чем меньше Нс, тем выше быстродействие ЦМД-устройства. Обычно Нс должна быть не больше 10 А/м.

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

Электрические свойства магнитных материалов

Каждый реальный магнитный материал разделен по всему объему на множество замкнутых областей - доменов, в каждом из которых самопроизвольная намагниченность однородна и направлена по одной из осей легкой намагниченности.

Возникновение магнитных свойств у ферромагнетиков связано с их доменным строением. Домены - это области самопроизвольной намагниченности, возникающие даже в отсутствие внешнего магнитного поля, в которых магнитные моменты атомов ориентированы параллельно.

Намагниченность любого вещества в магнитном поле J можно определить как отношение суммарного магнитного момента M материала к единичному объему V:

Диамагнетики - вещества, в которых в "чистом" виде проявляется диамагнитный эффект, являющийся результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи.

В переменных полях площадь петли гистерезиса увеличивается за счет потерь на гистерезис Рг, потерь на вихревые токи Рв и дополнительных потерь Рд. Такая петля называется динамической, а суммарные потери полными или суммарными.

В технике используется несколько десятков видов магнитной проницаемости в зависимости от конкретных применений магнитного материала.

Если образец был размагничен, то зависимость индукции от напряженности внешнего магнитного поля называется кривой намагничивания.

Магнитотвердые материалы

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

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 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 чистого аргона.

 
На главную