Магнитомягкие материалы

Наиболее часто применяют  ферритовые сердечники с замкнутой  магнитной цепью. Такие магнитопроводы бывают либо монолитными,

Рисунок 10 – Конструкция броневого ферритового сердечника

Рисунок 11 – Общий вид магнитной видеоголовки (указаны приблизительные размеры в мм)

в виде единого тела (например, кольцевой сердечник), либо составными — из двух хорошо пришлифованных друг к другу частей, зазор между  которыми по возможности мал. Составные  магнитопроводы распространены шире монолитных, так как намотка проволоки на последние вызывает определенные трудности. В качестве примера на рисунке 10 показана конструкция составного сердечника закрытого (броневого) типа. Он состоит из двух одинаковых чашек и стержня – подстроечника, входящего в центральное отверстие. Перемещением подстроечника можно регулировать индуктивность катушки.

Монокристаллы магнитомягких  ферритов находят довольно широкое  применение при изготовлении магнитных  головок записи и воспроизведении сигналов звукового и видеодиапазонов в магнитофонах. По сравнению с металлическими ферритовые головки обладают высоким удельным сопротивлением (что важно для уменьшения потерь) и большей твердостью. Из–за высокой скорости движения магнитной ленты при видеозаписи к материалу головки предъявляются повышенные требования в отношении износоустойчивости.

Конструкция головки для  магнитной записи показана на рисунке 11. Сердечник головки состоит из двух половин, склеенных стеклом, между которыми создается рабочий зазор 0,5—0,7мкм. Такие сердечники изготавливают из монокристаллов марганец – цинковых ферритов, выращиваемых газопламенным методом Вернейля. [2]

 

2.2 Магнитодиэлектрики

 

Магнитодиэлектрики представляют собой прессованный магнитный материал, состоящий из частиц ферромагнита, изолированных друг от друга диэлектриком. Магнитодиэлектрик должен иметь малые потери и отличаться достаточной стабильностью магнитной проницаемости во времени и при колебаниях температуры.

Суммарные потери мощности в магнитодиэлектрике определяются потерями на гистерезис (г), последействие (п), вихревые токи (т) и диэлектрическими потерями (д) в электроизоляционной связке: , которые вызывают увеличение активного сопротивления индуктивной катушки с сердечником из магнитодиэлектрика.

Потери магнитодиэлектрика в значительной степени зависят  от размеров частиц порошка ферромагнетика и характера изоляции между зернами.

Для уменьшения потерь, особенно обусловленных вихревыми токами, необходимо применять возможно более мелкий порошок ферромагнетика с тщательной изоляцией отдельных зерен.

Магнитодиэлектрики характеризуются  относительно невысокой магнитной  проницаемостью ( = 10 ÷ 250), которая существенно меньше магнитной проницаемости монолитных ферромагнетиков. Это различие объясняется двумя основными причинами. Во–первых, из–за разобщенности ферромагнитных частиц на их концах при намагничивании образца возникают свободные полюсы, создающие внутреннее поле, направленное навстречу внешнему. Во–вторых, в пределах малой частицы энергетически невыгодно образование многодоменной структуры. Поэтому слабо выражен механизм намагничивания за счет смещения доменных границ, определяющий значение .

Из–за сильного влияния внутреннего размагничивающего фактора магнитодиэлектрики имеют близкую к линейной зависимость индукции от напряженности внешнего магнитного поля и характеризуются весьма незначительными потерями на гистерезис (рисунок 12). По этой же причине магнитная проницаемость магнитодиэлектриков практически неуправляема внешним магнитным полем. Рисунок 13 дает наглядное представление о различии в магнитных свойствах некоторых типовых магнитодиэлектриков и высокочастотных ферритов.

Прессованные сердечники применяют в индуктивных катушках фильтров, генераторов, частотомеров, контуров радиоприемников и т. д. Такие катушки должны иметь малый  объем при высокой индуктивности и обладать большой добротностью:

где ω — угловая частота; L — индуктивность; — активное сопротивление катушки.

Рисунок 12 – Гистерезисные циклы для магнитодиэлектриков на основе алъсифера (1) и молибденового пермаллоя (2)

Рисунок 13 – Зависимость реверсивной магнитной проницаемости ферритов ВЧ и типовых магнитодиэлектриков от напряженности подмагничивающего поля

Введение сердечника в  катушку увеличивает ее индуктивность  в большей мере, чем возрастает активное сопротивление, зависящее  от потерь в сердечнике, в связи  с чем добротность катушки  повышается.

Индуктивные катушки с  сердечником из магнитодиэлектрика могут обладать переменной индуктивностью, обеспечивающей возможность настройки  контуров посредством перемещения  подвижных сердечников (подстроечников).

Используемое в качестве магнитной основы сердечников карбонильное железо получают путем разложения пентакарбонила железа в среде аммиака. Такой порошок характеризуется высокой степенью дисперсности, его частицы имеют сфероидальную форму и средний размер от 1 до 5 мкм в зависимости от температуры разложения.

Сердечники на основе карбонильного  железа отличаются достаточно высокой стабильностью, малыми потерями, положительным температурным коэффициентом магнитной проницаемости и могут быть использованы в широком диапазоне частот.

Магнитодиэлектрики на основе молибденового пермаллоя имеют  наибольшую начальную магнитную  проницаемость; потери на гистерезис и вихревые токи для этих магнитодиэлектриков при равных значениях µ меньше, чем у альсиферовых сердечников, а стабильность параметров выше. Обычные пермаллои весьма пластичны и плохо размалываются в порошок. Для придания сплавам необходимой хрупкости в их состав вводят небольшое количество серы. Верхний предел рабочих температур магнитодиэлектриков в лучшем случае достигает 100— 120°С. Временное изменение начальной магнитной проницаемости составляет от 0,2 до 2% в год. Высокая стабильность магнитных свойств является важным преимуществом магнитодиэлектриков перед другими магнитомягкими материалами. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Применение магнитомягких материалов

 

Магнитомягкие материалы  применяются в сердечниках трансформаторов, дросселей, генераторов, электродвигателей  и т. д. Используемые в указанных  целях материалы должны обладать максимально возможной магнитной  мягкостью. Говоря конкретно, требуется, чтобы их магнитная восприимчивость  была как можно выше, а коэрцитивная сила — как можно меньше. С  экономической точки зрения желательно, кроме того, чтобы эти материалы были по возможности дешевыми. Однако удовлетворить сразу всем перечисленным требованиям трудно, поэтому при выборе материала приходится в первую очередь принимать во внимание лишь самые необходимые свойства. В этом смысле материалы для сердечников можно разделить на два класса. К первому относятся материалы, используемые в приборах и устройствах, работающих при больших токах или напряжениях, а ко второму — при малых. Рассмотрим трансформаторы, генераторы и электродвигатели, относящиеся к первому классу. Масса подобных крупных устройств достигает десятков тонн, а размеры довольно велики, поэтому от материалов магнитных сердечников требуется в данном случае, чтобы их намагниченность насыщения и максимальная магнитная восприимчивость были высокими, а стоимость относительно низкой. Сказанное позволяет понять, почему в качестве материала для сердечников этих устройств применяют пластины из кремнистой стали, главным компонентом которой является железо. Напротив, для небольших трансформаторов и дросселей, используемых в электронных схемах, важнее оказывается уже не стоимость материала, а его магнитные свойства, поэтому в подобных случаях применяют такие относительно дорогие сплавы, как пермаллой, супермаллой, а также ферриты и другие окисные магнетики. [6]

 

Электротехническую  сталь отжигают (увеличиваются кристаллические  зерна), вследствие чего увеличивается  коэффициент полезного действия, но при этом производство остается относительно дешевым. Другими словами  достигается положительный экономический  эффект (результаты деятельности предприятия (продукт в стоимостном выражении) превышают затраты)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. Колесов, С.Н. Материаловедение и технология конструкционных  материалов/ С.Н. Колесов, И.С. Колесов; - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2007. - 535 с.

2. Пасынков, В.В. Материалы электронной техники/ В.В. Пасынков, В.С. Сорокин; – 3-е изд. – СПб.: Изд–во «Лань», 2001. – 368 с.

3. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение/ Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов; - 2-е изд., исправ. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 384 c. 

4. Журавлева, Л.В. Электроматериаловедение/ Л.В. Журавлева; - М.: ПрофОбрИздат, 2001. – 312 с.

5. Преображенский А.А. Магнитные материалы и элементы/ А.А. Преображенский, Е.Г. Бишард; - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1986. - 352 с.

6. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения/ С. Тикадзуми; - М.: Мир, 1987. - 419 с.