Электрофизические свойства проводниковых материалов

Магнитные материалы. Основные характеристики, применение

• По составу, свойствам, назначению и применению различают три группы магнитных материалов:
• - магнитомягкие материалы (МММ);
• - магнитотвердые материалы (МТМ);
• - материалы специального назначения (МСН).
• Основой для деления материалов на магнитомягкие и магнитотвердые является значение коэрцитивной силы Нс.
• Для МММ Нс = (0,4...800) А/м, а для МТМ – (4...800) кА/м.
• Материалы специального назначения выделены в отдельную группу в связи с их особыми свойствами и областями применения. К ним относятся материалы для записи и хранения информации, ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты СВЧ, магнитострикционные и термомагнитные материалы.

Магнитомягкие материалы

• Магнитомягкие материалы подразделяются на низкочастотные НЧ и высокочастотные ВЧ.
• НЧ - низкоуглеродистые стали, кремнистые стали, низкокоэрцитивные стали (пермаллои Fe-Ni, Fe-Ni-Co-Mo, … ).
• ВЧ – магнитодиэлектрики, ВЧ и СВЧ ферриты.
• МММ должны удовлетворять требованиям, согласно которым материал должен:
• - легко намагничиваться и размагничиваться;
• - обладать узкой петлей гистерезиса, т.е. малой Нс и большими μнач и μmax;
• - иметь высокую индукцию насыщения Bs, т.е. обеспечивать прохождение максимального магнитного потока через единичное сечение магнитопровода, что уменьшает его габариты и вес;
• - обеспечивать малые потери при работе в переменных полях, что снижает температуру нагрева изделия, габариты и вес, повышает КПД и рабочую индукцию;
• - удовлетворять дополнительным требованиям, связанным с механическими свойствами, стабильностью во времени и при разных температурах, низкой стоимостью.

• Наиболее широко применяемыми магнитомягкими материалами являются:
• - технически чистое железо и его разновидности;
• - листовая электротехническая сталь;
• - сплавы Fe-Ni с различным содержанием Ni, называемые пермаллоями;
• - сплавы Fe-Si-А1, называемые альсиферами;
• - магнитомягкие ферриты.
• Технически чистое железо. Наиболее употребляемыми являются низкоуглеродистая сталь и карбонильное железо.
• Кремнистые стали представляют собой твердый раствор кремния в железе. Введение Si (до 5%) производят с целью повышения ρv. При этом возрастает μ и уменьшается Нс.
• На основе кремнистых сталей изготавливают электротехнические стали, которые обладают высокой индукцией, малыми значениями Нс и потерями на гистерезис поэтому их широко применяют для изготовления статоров и роторов электрических машин, сердечников силовых трансформаторов, магнитопроводов различных аппаратов и устройств.

• Низкокоэрцитивные сплавы – пермаллои - являются сплавами Fe и Ni с легирующими добавками хрома, кобальта, кремния, меди, марганца, которые повышают ρv и μmax, улучшают механические свойства и температурную стабильность.
• Основные области их применения — это измерительные приборы, сердечники малогабаритных силовых и импульсных трансформаторов и дросселей, магнитные экраны, магнитные усилители и бесконтактные реле, катушки индуктивности и т.д.
• Недостатками пермаллоев являются высокая чувствительность к механическим воздействиям, низкое значение ρv и зависимость μ от частоты.
• Альсиферы - тройные сплавы Al-Si-Fe, обладающие хорошими магнитными свойствами. Однако они отличаются высокой хрупкостью, твердостью и теряют свойства при механической обработке. Поэтому детали из них изготавливают литьем.
• Альсиферы используют в виде порошков для изготовления ВЧ сердечников методом прессования.

• Ферриты (оксиферы) представляют собой системы из оксидов железа и оксидов двухвалентных, а иногда и одновалентных металлов. Общая формула ферритов MeOFe2O3, где Me - символ двухвалентного металла.
• Ферриты обладают достаточно высокими магнитными свойствами, имеют высокое значение ρv, поскольку это смесь оксидов, имеют малые потери и широко применяются на повышенных и высоких частотах.
• По составу ферриты делятся на марганец-цинковые (MnO·Zn·Fe2·O3), никель- цинковые (NiO·Zn·Fe2·O3), литий-цинковые (Li2O·Zn·Fe2·O3).
• По свойствам и применению ферриты делятся на:
• - магнитомягкие низкочастотные ферриты с fгр = 0,2...20 МГц и высокочастотные c fгр = 20...300 МГц;
• - магнитотвердые ферриты;
• - ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ);
• - ферриты СВЧ.