Материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей

Это металлы и сплавы железа с никелем; кобальтом; никелем и кобальтом. Они обладают исключительно высокими свойствами, которые ещё больше повышаются при легировании Mo, Cr, Si, Cu, V, Ti.

Технически чистое железо применяется для постоянных магнитных полей.

Электротехническая сталь содержит до 0, 4% углерода, легируется кремнием от 0, 8 до 4, 8%. Применяется для изготовления магнитопроводов электрических машин и трансформаторов.

Пермендюры (железокобальтовые сплавы). Сплавы имеют высокую m, B _S = 2, 4л, технологичны, пластичны.

Пермаллои (железоникелевые сплавы). Эти дорогие сплавы используются для малогабаритных изделий.

Альсифер. Дешёвый заменитель пермаллоев (сплав Fe, 9, 6%Si, 5, 4 %Al).

 

5.3.2. Магнитомягкие материалы для высокочастотных магнитных полей.

При повышении частоты перемагничивания до десятков мегагерц (ВЧ) возрастают потери на вихревые токи. Для их уменьшения увеличивают удельное электрическое сопротивление материала.

Магнитомягкие ферриты — материалы обладающие большим электрическим сопротивлением и максимальной скоростью перемагничивания. Промышленные магнитомягкие ферриты представляют собой в основном поликристаллические материалы, синтезируемые по керамической технологии. В состав ферритов входят комплексные оксиды металлов (Mq, Zn, Cu, Ni, Mn), содержащие группу Fe₂O₃. В разных частотных диапазонах применяются разные по химическому составу ферриты. Из ферритов изготовляют сердечники маломощных трансформаторов, катушек индуктивности, деталей микродвигателей и др.

Магнитодиэлетрики — композиционные материалы, получаемые путём прессования порошка ферромагнетика (железо, пермаллой, альсифер 70%) в вязком, адгезивном диэлектрике (бакелитовой смоле, полистироле, жидком стекле — 30%). Магнитодиэлектрики выгодный материал с точки зрения технологии изготовления и стоимости, позволяют получать изделия высоких классов точности и чистоты поверхности. Магнитодиэлектрики применяют для прессования сердечников катушек индуктивности высокого качества.

Для изготовления гибких и эластичных деталей применяют ферроэласты — магнитодиэлектрики, в которых связующим является каучук, полиэтилен или полихлорвинил. Их применяют для покрытия жил кабелей с целью увеличения индуктивности и уменьшения затухания сигнала в кабеле.

Параметры магнитомягких материалов приведены в табл. 5.1.

 

Таблица 5.1

Материал	m Н	m max	Н С, A/м	B S, Тл	r, Ом× м
Технически чистое железо	(0, 4 ¸ 2)× 103	(0, 35 ¸ 2)× 104	6¸ 100	2, 2	0, 1× 10-6
Электротехнические стали	(0, 2 ¸ 0, 6)× 103	(0, 3 ¸ 0, 8)× 104	10¸ 65	1, 9¸ 2	(0, 25 ¸ 0, 6)× 10-6
Низконикелевый пермаллой	(1, 5 ¸ 4)× 103	(1, 5 ¸ 6)× 104	5¸ 32	1¸ 1, 6	(0, 5 ¸ 1)× 10-6
Высоконикелевый пермаллой	(7 ¸ 100)× 103	(5 ¸ 30)× 104	0, 65¸ 5	0, 65¸ 1, 05	(0, 2 ¸ 0, 8)× 10-6
Супермаллой	100× 103	150 × 104	0, 3	0, 8	0, 6× 10-6
Альсиферы	3, 5× 103	1, 2× 105	1, 8	0, 33	10-6
Ферриты	–	10¸ × 104	0, 2× 103	0, 15¸ 0, 5	10-3× ¸ 10-6
Магнитодиэлектрики	–	10¸ 250	102× ¸ 103	< 0, 5	> 10-6

 

5.4. Магнитотвёрдые материалы.

Магнитотвёрдые материалы применяются там, где используется явление гистерезиса и для изготовления постоянных магнитов.

Свойства МТМ характеризуются участком размагничивания петли гистерезиса (рис.5.5, кривая 1). Намагниченный МТМ создаёт в воздушном зазоре магнитный поток.

В соответствии с законом полного тока

Для постоянного магнита можно написать ,

где Н — напряжённость поля в теле магнита;

l — длина средней линии магнита;

Н_D — напряжённость поля в воздушном зазоре;

l_D — длина магнитной линии в зазоре.

Из этого выражения имеем

, .

 

Рис.5.5. Кривая размагничивания (1) и магнитной энергии (2) в воздушном зазоре.

 

Таким образом, положительным значениям индукции в магните соответствуют отрицательные значения напряжённости, что свидетельствует о том, что поле вектора напряжённости направлено внутри магнита навстречу полю вектора магнитной индукции. Зависимость представляет собой уравнение прямой линии, проходящей через начало координат и точку А кривой размагничивания 1 (рис.5.5.). При малых величинах зазора абсолютное значение углового коэффициента невелико, угол a мал и индукция в воздушном зазоре магнита приобретает значения близкие к индукции насыщения B _r. Увеличение зазора l _D ведёт к увеличению угла a, повороту прямой ОА против часовой стрелки. При этом индукция в зазоре будет уменьшаться.

Удельная магнитная энергия в зазоре между полюсами магнита

имеет вид кривой 2 (рис.5.5). Кривая W(H) имеет максимум в точке В, определив которую можно определить оптимальную форму магнита и величину его воздушного зазора.

В основе классификации МТМ лежат различия в химическом составе, природе высококоэрцитивного состояния и технологии изготовления. В соответствии с этой классификацией МТМ делятся на следующие группы:

– углеродистые стали закаливаемые на мартенсит;

– дисперсионно-твердеющие сплавы;

– диффузно-твердеющие сплавы (Fe – Al – Ni);

– сплавы с благородными металлами (Pt, Aq);

– сплавы кобальта с редкоземельными (РЗМ) металлами;

– магнитотвёрдые ферриты бария, стронция, кобальта;

– композиционные материалы.