Магнитные материалы

Магнитные материалы в основном играют роль концентраторов, проводников и источников магнитного потока. Они используются для производства генераторов и двигателей, трансформаторов, аппаратов, электромагнитов и т.п.

В общем случае все магнитные материалы подразделяются на две большие группы: магнитомягкие и магнитотвердые. Первые в основном применяются как проводники магнитного потока, а вторые — как источники магнитного поля.

Основными характеристиками магнитных материалов являются: коэрцитивная сила Нс, индукция насыщения Востаточная индукция Вг, максимальная напряженность магнитного поля //тах и магнитная проницаемость ра. Эти характеристики могут быть определены по кривой (петле) магнитного гистерезиса для магнитного материала (рис. 14.1).

Магнитную проницаемость ра можно определить в любой точке кривой по выражению

Следует отметить, что магнитная проницаемость бывает абсолютной ра и относительной р. В технике наиболее часто используют величину относительной магнитной проницаемости, которую можно определять

Типичная кривая гистерезиса

Рис. 14.1. Типичная кривая гистерезиса

для различных точек основной кривой намагничивания и при различных воздействиях, получая начальную, амплитудную, дифференциальную и др. значения ц соответственно.

У магнитомягких материалов коэрцитивная сила Нс (Нс < 4 кА/м) малая величина, а у магнитотвердых — большая с > 4 кА/м), поэтому магнитомягкие материалы применяют прежде всего для работы в переменных магнитных полях (или, говорят, «в динамических режимах»), а магнитотвердые — в статическом режиме.

Магнитомягкие материалы обычно подразделяют на группы:

технически чистое железо (менее 0,1 % углерода и других примесей в составе);

электротехнические листовые стали (менее 0,05 % углерода и 0,7— 4,8 % кремния в составе);

сплавы с высокой начальной магнитной проницаемостью ц;

сплавы с постоянной магнитной проницаемостью ц;

сплавы с большой индукцией насыщения 5у;

сплавы со специальными свойствами;

ферриты.

Технически чистое железо бывает двух типов — электролитическое и карбонильное. Электролитическое железо применяется в постоянных полях, когда требуется большая индукция насыщения 5у. Карбонильное

железо используется для изготовления магнитопроводов в высокочастотной электротехнике. Технически чистое железо в других устройствах практически не применяется из-за относительно низкого удельного электрического сопротивления р.

Листовые электротехнические стали подразделяются по способу прокатки (горячекатаные и холоднокатаные) и используются только в виде тонких (до 0,05 мм) листов, поверхность которых покрывается электроизоляционным лаком.

В зависимости от содержания кремния в стали меняется область применения — для электрических машин, работающих в постоянном магнитном поле, или для машин переменного тока, а также для изготовления магнитопроводов трансформаторов.

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях имеют в своем составе помимо железа другие элементы — никель, молибден, хром, марганец, кремний, алюминий. Наиболее известными материалами этой группы являются пермаллои — сплавы железа с никелем. Классический пермаллой имеет состав 78,5 % N1 и 21,5 % Ре. Сплав супермаллой имеет приблизительный состав 79 % N1, 15 % Ре, 5 % Мо и 0,5 % Мп. К этой же группе материалов относятся альфенол (сплав железа с 15 % А1) и альсифер (сплав железа с 10 % 81 и 5 % А1) и др. Сплавы применяются для изготовления магнитопроводов малогабаритных трансформаторов, реле, магнитных экранов и т.п.

Самым известным материалом с постоянной магнитной проницаемостью р является сплав, называемый перминвар (45 % ГД, 30 % Ре, 20 % Со), и имеющий р = 450. К этим же материалам может быть отнесен и пермаллой, легированный 2—3 % серебра.

Наибольшей индукцией насыщения В^. (до 2,4 Тл) наряду кремнистыми электротехническими сталями отличаются сплавы железа с кобальтом, легированные ванадием (49—70 % Со, 2 % ?п). Такие сплавы носят название пермендюр. Они достаточно дорогие, и применяются только в специализированной аппаратуре (осциллографы, репродукторы, мембраны и др.).

Ферриты различных типов обычно применяются для изготовления магнитопроводов и работают в очень широком диапазоне частот. Достоинством ферритов является то, что изменением состава и структуры можно управлять их свойствами.

В настоящее время активно применяются аморфные магнитомягкие сплавы для магнитных компонентов и устройств электротехники и электроники. Материалы характеризуются высокой магнитной проницаемостью р, малым значением коэрцитивной силу Пс, высокой индукцией насыщения высоким электрическим сопротивлением, твердостью, износостойкостью коррозионной и радиационной стойкостью.

Таблица 14.11

Свойства аморфных сплавов

Тип сплава

Итах’ 104

Нс> А/м

В,, Тл

р, Ом • м

Т °с

1 раб’

Применение

На основе железа

4—15

3—15

1,3—1,61

1,2—1,3

от -60 до+125

Силовые трансформаторы, дроссели, строчные трансформаторы

Железоникелевые

15—20

4—14

1,15—1,5

1,3

Ог -60 до +130

Силовые

трансформаторы,

высокочастотные

магнитные

усилители,

фазовращатели

Железокобальтовые

5—80

0,33—12

0,48—1,5

0,73—1,6

от -60 до+125

Силовые и

высокочастотные

силовые

трансформаторы, высокочастотные магнитные усилители, ключи, экраны

В зависимости от химического состава эти сплавы разделяют на три группы:

на основе железа (аморфные стали);

железоникелевые;

железокобальтовые.

Некоторые свойства сплавов приведены в табл. 14.11.

К основным недостаткам аморфных магнитомягких сплавов относится недостаточная термическая и временная стабильность, меньшие значения индукции насыщения Ву и температуры Кюри, чем у кристаллических сплавов.

Магнитотвердые материалы имеют не только большую коэрцитивную силу Нс, но и высокие значения остаточной индукции. Среди этих материалов надо выделять:

легированные мартенситные стали. Они имеют названия в соответствии с названиями легирующей присадки: хромовые (до 3 % Сг), вольфрамовые (до 8 % ?) и кобальтовые (до 15% Со). Используются для изготовления наименее ответственных постоянных магнитов;

сплавы типа альни. Это сплавы железа с никелем (20—30 %) и алюминием (11—13 %). Могут быть также добавки меди и титана. Из них изготавливаются постоянные магниты литьем или методами порошковой металлургии, так как они очень тверды и хрупки;

сплавы типа альнико. Здесь в состав сплавов входят еще кобальт, медь, титан и ниобий. Эти сплавы дороже сплавов альни, но из них можно изготавливать постоянные магниты меньшей массы с теми же магнитными свойствами;

магнитотвердые ферриты. Коэрцитивная сила у них может достигать 240 кА/м, а остаточная индукция Вг невелика. Они изготавливаются короткими по оси магнита, но имеют большую площадь.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >