Магнитные материалы

Материалы с ППГ характеризуются  коэффициентом прямоугольности  kпу петли гистерезиса.

kпу = Br/Bmax .

Большим значением kпу обладают железоникелевые и железокобальтовые сплавы, легированные медью и некоторыми другими металлами. Эти сплавы обладают кристаллографической или магнитной текстурой. Наиболее высокую прямоугольность (до 0,98) имеют железоникелькобальтовые сердечники из лент микронной толщины.

Более широко распространены ферриты с ППГ, сердечники из которых  более технологичны и дешевле. Прямоугольность  петли гистерезиса достигается  выбором определенного химического  состава и условиями спекания феррита. Для сердечников с ППГ  чаще применяются магний-марганцевые и литиевые ферриты.

Ферромагниты для устройств СВЧ используются в диапазоне длин волн от 1м до 1 мм. Электромагнитная энергия на таких частотах передается по волноводам, коаксиальным и полосковым линиям передачи. Ферритовый сердечник - вкладыш, помещенный внутрь волновода, изменяет структуру поля и скорость распространения волны. На этих частотах в ферритах используется магнитооптический эффект Фарадея, эффект ферромагнитного резонанса и зависимость магнитной проницаемости от величины внешнего поля.

Магнитооптический эффект Фарадея  заключается в повороте плоскости  поляризации высокочастотных колебаний  в феррите за счет внешнего поля. Это позволяет изменять угол поворота плоскости поляризации и направлять энергию в разные каналы.

Ферромагнитный резонанс наблюдается при совпадении частоты внешнего поля с собственно частотой прецессии электронов, которой можно управлять с помощью постоянного подмагничивающего поля. При резонансе, волна распространяющаяся в прямом направлении, проходит без затухания, а в обратном - с затуханием. В результате получается высокочастотный вентиль. Это явление используется в антенных переключателях, в фазовращателях, модуляторах и т.д.

Для каждого диапазона  длин волн используется определенная разновидность феррита. Например, для  диапазона длин волн 0,8 - 2 см используются некоторые никель-цинковые ферриты, для диапазона 5 см и более используют ферриты с добавками хрома (феррохроматы) или алюминия (ферроалюмиты); феррогранат используется в диапазоне волн несколько десятков сантиметров.

Ферриты СВЧ маркируются  буквами СЧ, впереди которых стоит  цифра, указывающая длину волны  в см. Цифра после букв СЧ указывает различие по свойствам.

В магнитострикционных материалах используется явление магнитострикции  и магнитоупругий эффект - изменение магнитных свойств материала под влиянием механических воздействий. К магнитострикционным материалам относится никель, пермендюр (сплавы FeCo), альферы (сплавы FeAl), никелевый и никель-кобальтовые ферриты и др. Магнитострикционные ферриты имеют малые потери на вихревые токи по сравнению с никелем и металлическими сплавами, не подвержены действию химических агрессивных сред.

С помощью керамической технологии можно изготовить преобразователи  любых форм и размеров. Магнитострикционные  материалы применяются для изготовления сердечников электромеханических  преобразователей для электроакустической и ультразвуковой технике, сердечника электромеханических и магнитострикционных фильтров, резонаторов и линий задержек.

5. Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы  обладают высокой коэрцитивной силой  и большой площадью петли гистерезиса.

Магнитотвердые материалы  по способу изготовления подразделяются на следующие группы:

литые сплавы на основе Fe-Ni-Al и Fe-Ni-Al-Co, легированные медью, титаном, ниобием и др. элементами;

порошковые материалы, из которых постоянные магниты, получают прессованием порошков с последующей  термообработкой;

прочие магнитные материалы (например, сплавы на основе редкоземельных металлов, устаревшие материалы, пластически деформируемые сплавы, эластичные магниты и др.).

По применению магнитотвердые материалы подразделяют на материалы, применяемые для изготовления постоянных магнитов и для длительного хранения информации (например, для звукозаписи).

Для получения высокой  коэрцитивной силы в магнитном материале, необходимо затруднить процесс перемагничивания. Это достигается в материалах с большим количеством внутренних механических напряжений, дефектов кристаллической  структуры и высокой магнитострикции, которые препятствуют смещению доменных границ. Кроме того большая коэрцетивная сила возникает в материале из однодоменных частиц, разделенных немагнитной фазой. Такие структуры получаются после определенной термообработки.

Магнитные свойства магнитотвердых материалов зависят от кристаллографической и магнитной текстур. Магнитная  текстура создается путем охлаждения высококоэрцетивных сплавов в сильном магнитном поле. При этом сильно магнитная фаза ориентируется осями легкого намагничивания вдоль направления поля. Кристаллографическую текстуру создают методом направленной кристаллизации сплава, залитого в форму, при особых условиях охлаждения. Литые сплавы тверды и хрупки. После литья их можно подвергать только шлифовке.

Для получения магнитов со строго выдержанными размерами используют методы порошковой металлургии. Магниты  из порошковых материалов подразделяют на металлокерамические, металлопластические, оксидные и из микропорошков.

Металлокерамические магниты  получают прессованием металлических  порошков без связывающего материала  и спеканием их при высокой  температуре. По магнитным свойствам они немного уступают литым, но дороже последних.

Металлопластические магниты изготавливают прессованием металлических порошков вместе с изолирующей связкой и подвергают нагреву до невысокой температуры, необходимой для полимеризации связывающего вещества. Имеют пониженные магнитные свойства, но обладают большим электрическим сопротивлением, малой плотностью и относительно дешевы. Оксидные магниты чаще всего изготавливают на основе ферритов бария и кобальта.

Магниты из феррита бария  имеют высокую коэрцитивную силу, но малую остаточную индукцию, обладают большим удельным электрическим  сопротивлением, дешевы, обладают высокой  твердостью и хрупкостью и большой  зависимостью магнитных свойств  от температуры.

Кобальтовые магниты характеризуются  большой температурной стабильностью, однако их стоимость выше, чем бариевых.

Сплавы на основе редкоземельных металлов представляют собой интерметаллические соединения редкоземельного элемента (самария, церия и др.) с кобальтом. Они обладают наивысшими магнитными свойствами, полученными в настоящее  время. Требуют защиты от окисления.

К числу магнитотвердых материалов относятся магнитные ленты для  видео-звукозаписи, для записи, хранения, ввода информации в ЭВМ и магнитные  диски. Материалы для магнитной  записи должны обладать высокой коэрцитивной силой, высокой остаточной намагниченностью, стабильностью параметров при изменении  температуры.

Большинство магнитных лент изготавливают на основе полиэтилентерефталата (лавсана), обладающего высокой механической прочностью. На поверхность основы наносят магнитный порошок, однодоменные частицы которого имеют вытянутую  игольчатую форму длиной около 1 мкм  при диаметре порядка 0,1 мкм и  ориентированы вдоль направления  поля при записи. Чем равномерней  толщина магнитного слоя и мельче частицы, тем меньше шумовой фон  при воспроизведении записи.

В качестве магнитного слоя используют оксиды g - Fe2O3, CrO2, чистое железо или ферромагнитные сплавы. Ленты на основе CrO2 обладают большой коэрцитивной силой и повышенной чувствительностью на высоких частотах. Использование магнитного слоя из чередующихся окислов g - Fe2O3 и CrO2 улучшают воспроизводимость низкочастотной части спектра. Наилучшими магнитными свойствами обладают ленты с рабочим слоем из мельчайших частиц химически чистого железа или ферромагнитных сплавов.