3.2. Магнитомягкие высокочастотные материалы. Магнитомягкие материалы для радиочастот

Магнитомягкие материалы — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Промышленные магнитомягкие материалы имеют значение Hc порядка 0, 4 А/м. Поэтому они намагничиваются до индукции технического насыщения при невысоких напряженностях поля. Намагничивание происходит в основном за счет смещения доменных границ. Для таких материалов необходимо максимально облегчить движение доменных стенок при перемагничивании, уменьшить влияние магнитной анизотропии и магнитострикции. Низкие значения энергии магнитной анизотропии, а у ряда ферритов и низкие значения констант магнитострикции приводят к тому, что намагничивание материала, включающее процессы смещения границ доменов и вращение их вектора намагниченности, не требует значительных полей и энергий. Чтобы облегчить процесс намагничивания, необходимо уменьшить количество дефектов в сплаве (примесей внедрения, дислокаций и др.), мешающих свободному движению доменных стенок.

В случае использования магнитомягких материалов в переменных магнитных полях желательно иметь большое значение электросопротивления магнетика. Диапазон рабочих частот для различных магнитомягких материалов определяется в значительной степени величиной их удельного сопротивления. Чем больше удельное сопротивление материала, тем при более высоких частотах его можно применять.

Магнитомягкие материалы по области применения делят на:

- материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей и

- на магнитомягкие высокочастотные материалы.

К магнитомягким материалам специального назначения относятся магнитострикционные материалы, с помощью которых электромагнитная энергия преобразуется в механическую энергию и термомагнитные сплавы, служащие для компенсации температурных изменений магнитных потоков в магнитных системах приборов. Редактировать

Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей.

Помимо высокой магнитной проницаемости и малой коэрцитивной силы эти магнитомягкие материалы должны обладать большой индукцией насыщения, т.е. пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. В магнитном материале, используемом в переменных полях, должны быть возможно меньшие потери на перемагничивание, которые складываются в основном из потерь на гистерезис и на вихревые токи.

Для уменьшения потерь на вихревые токи для трансформаторов выбирают магнитомягкие материалы с повышенным удельным сопротивлением или собирают магнитопроводы из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. В этом случае магнитные потери будут зависеть от толщины листа (ленты). К листовым и ленточным материалам предъявляется требование высокой пластичности. Магнитные свойства материалов зависят также от частоты магнитного поля. Важным требованием к магнитомягким материалам является обеспечение стабильности их свойств во времени, и по отношению к внешним воздействиям, таким, как температура и механические напряжения. Из всех магнитных характеристик наибольшим изменениям в процессе эксплуатации материала подвержены магнитная проницаемость и коэрцитивная сила.

Высокочастотные магнитомягкие материалы должны выполнять функции магнетиков при частотах свыше нескольких сотен или тысяч герц. По частотному диапазону их можно подразделить на материалы для звуковых, ультразвуковых и низких радиочастот, для высоких радиочастот и для СВЧ.

По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитодиэлектрики и ферриты. При звуковых, ультразвуковых и низких радиочастотах можно использовать тонколистовые рулонные холоднокатаные электротехнические стали и пермаллои.Широко применяются в технике слабых токов смешанные ферриты (например, соединение из цинкового и никелевого ферритов), а также феррогранаты. Для них характерно исключительно высокое электрическое сопротивление и практическое отсутствие скин-эффекта. Феррогранаты применяются при очень высоких частотах (если невелики диэлектрические потери).

В электро- и радиотехнике магнитомягкие материалы применяют для изготовления датчиков магнитного поля, считывающих головок для чтения магнитной записи, сердечников трансформаторов, дросселей, магнитопроводов, полюсных наконечников, телефонных мембран, магнитных экранов и т.д. В микроэлектронике их используют как элементы интегральных схем.

megabook.ru

Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей. Магнитомягкие материалы для высоких и сверхвысоких частот

Магнитный материал, используемый в переменных полях, должен иметь возможно меньшие потери на перемагничивание, которые складываются в основном из потерь на гистерезис и вихревые токи.

Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах выбирают магнитомягкие материалы с повышенным удельным сопротивлением. Обычно магнитопроводы собирают из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. Широкое применение получили ленточные сердечники, навиваемые из тонкой ленты с межвитковой изоляцией из диэлектрического лака. К листовым и ленточным материалам предъявляется требование высокой пластичности, благодаря которой облегчается процесс изготовления изделий из них.

Важным требованием к магнитомягким материалам является обеспечение стабильности их свойств как во времени, так и по отношению к внешним воздействиям, таким, как температура и механические напряжения. Из всех магнитных характеристик наибольшим изменениям в процессе эксплуатации материала подвержены магнитная проницаемость (особенно в слабыз полях) и коэрцитивная сила.

Железо и низкоуглеродистые стали. Основным компонентом большинства магнитных материалов является железо. Само по себе железо в элементарном виде представляет собой типичный магнитомягкий материал, магнитные свойства которого существенно зависят от содержания примесей. Среди элементарных ферромагнетиков железо обладает наибольшей индукцией насыщения ( около 2,2 Тл).

Кремнистая электротехническая сталь (по ГОСТу электротехническая тонколистовая) является основным магнитомягким материалом массового потребления.

Низкокоэрцитивные сплавы. Пермаллои - железоникелевые сплавы, обладающие весьма большой магнитной проницаемостью в области слабых полей и очень маленькой коэрцитивной силой. Пермаллои подразделяют на высоко- и низконикелевые. Высоконикелевые пермаллои содержат 72-80% никеля, а низконикелевые - 40-50% никеля. Магнитные свойства пермаллоев очень чувствительны к внешним механическим напряжениям, зависят от химического состава и наличия инородных примесей в сплаве, а также очень резко изменяются в зависимости от режимов термообработки материала (температуры, скорости нагрева и охлаждения, окружающей среды и т.д.). Термическая обработка высоконикелевых пермаллоев сложнее, чем низконикелевых.

Удельное сопротивление высоконикелевых пермаллоев почти в три раза меньше, чем у низконикелевых, поэтому при повышенных частотах предпочтительнее использовать низконикелевые пермаллои. Кроме того, магнитная проницаемость пермаллоев сильно снижается с увеличением частоты. Это объясняется возникновением в материале заметных вихревых токов из-за небольшого удельного сопротивления.

Под высокочастотными магнитомягкими материалами понимают вещества, которые должны выполнять функции магнетиков при частотах свыше нескольких сотен или тысяч герц. По частотному диапазону применения их в свою очередь можно подразделить на материалы для звуковых, ультразвуковых и низких радиочастот, для высоких радиочастот и для СВЧ.

По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитоэлектрики и ферриты.

Ферриты представляют собой оксидные магнитные материалы, у которых спонтанная намагниченность доменов обусловлена нескомпенсированным антиферромагнетизмом.

Большое удельное сопротивление, превышающее удельное сопротивление железа в 103-1013 раз, а следовательно, и относительно незначительные потери энергии в области повышеных и высоких частот наряду с достаточно высокими магнитными свойствами обеспечивают ферритам широкое применение в радиоэлектронике.

student2.ru

Высокочастотные магнитомягкие материалы — КиберПедия

Под высокочастотными понимают магнитомягкие материалы, которые можно использовать при частотах свыше килогерца.

По диапазону применения различают материалы для звуковых и ультразвуковых частот, низких и высоких радиочастот и для СВЧ.

По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитодиэлектрики и ферриты.

Кроме них при звуковых, ультразвуковых и низких радиочастотах можно использовать тонколистовые рулонные холоднокатаные электротехнические стали толщиной 25–30 мкм и пермаллои толщиной до 2–3 мкм, однако они имеют несколько повышенную коэрцитивную силу и высокую стоимость, а технология сборки магнитных цепей из них весьма сложна.

Магнитодиэлектрики получают путём прессования порошка карбонильного железа, альсифера или молибденового пермаллоя со связкой, образующей между зёрнами сплошную электроизоляционную пленку. В качестве связки применяют формальдегидные смолы, полистирол, стекло и другие диэлектрики. Магнитодиэлектрики отличаются стабильностью магнитной проницаемости во времени и при колебаниях температуры, малыми потерями на гистерезис и вихревые токи, а также имеют линейную зависимость индукции от напряжённости, однако значение их магнитной проницаемости невелико (10–250).

Из магнитодиэлектриков изготавливают сердечники для индуктивных катушек фильтров, генераторов, контуров радиоприёмников и трансформаторов звуковых и ультразвуковых частот. Сердечники на основе карбонильного железа отличаются достаточно высокой стабильностью, малыми потерями на гистерезис и вихревые токи, и используются в широком диапазоне частот. Альсиферовые магнитодиэлектрики самые дешёвые. Магнитодиэлектрики из молибденового пермаллоя имеют наибольшую магнитную проницаемость и наименьшие потери на гистерезис и вихревые токи.

Высокая стабильность магнитных свойств и линейность характеристики намагничивания являются преимуществами магнитодиэлектриков перед другими магнитомягкими материалами.

Ферриты представляют собой соединения окида железа Fe2O3 с оксидами переходных металлов (магнитных и немагнитных) в виде керамики и монокристаллов. По типу кристаллической решётки различают феррошпинели, феррогранаты, гексаферриты и ортоферриты. Магнитные свойства ферритов обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом элементов, составляющих решётку. Их широко применяют в радиоэлектронных изделиях благодаря большому (до 107 Ом·м) удельному сопротивлению. Для ферритов характерна относительно большая диэлектрическая проницаемость ε, зависящая от состава (у марганец-цинковых ферритов значение ε может достигать 1000). С повышением частоты диэлектрическая проницаемость всех марок ферритов уменьшается.

При изготовлении ферритовой керамикиисходную смесь оксидов подвергают тщательному измельчению и перемешиванию в шаровых или вибрационных мельницах тонкого помола. Из полученной массы прессуют брикеты или гранулы, которые затем обжигают с целью ферритизации – образования кристаллитов. Ферритизованный продукт вновь измельчают. Полученный таким образом ферритовый порошок пластифицируют поливиниловым спиртом или парафином и формуют из него изделия методом прессования в стальных прессформах. Отформованные изделия спекают при температуре 1100–1400 °С. В процессе спекания завершаются химические реакции образования кристаллитов, происходит их укрупнение, устраняется пористость, фиксируется форма изделий. Стоимость ферритовой керамики невелика.

Монокристаллы ферритов выращивают газоплазменным методом Вернейля.

Монокристаллы феррогранатов обычно получают кристаллизацией из раствора-расплава с применением оксифторида свинца РbО+PbF2 в качестве растворителя.

Ферриты являются твёрдыми и хрупкими материалами, допускающими только шлифовку и полировку абразивными инструментами из порошка карбида кремния или синтетических алмазов.

Магнитомягкими ферритами являются марганец-цинковые, никель-цинковые, литий-цинковые и магниевые и некоторые другие ферриты, а также иттриевые ферриты – феррогранаты. Маркировка магнитомягких ферритов содержит численное значение начальной магнитной проницаемости μн, затем буквы НМ (низкая частота, марганец-цинковый), НН (низкая частота, никель-цинковый), либо буквы ВЧ (высокая частота) с цифрой, если это феррит СВЧ. Область применения различных марок ферритов зависит от магнитной проницаемости и рабочей частоты. Марганец-цинковые ферриты имеют наибольшие значения магнитной проницаемости (начальной μн – до 15 тысяч, максимальной μм – до 35 тысяч), а также индукции насыщения и температуры Кюри, но значения удельного сопротивления и рабочих частот невелики. Никель-цинковые ферриты отличаются более высоким удельным сопротивлением и лучшими частотными свойствами, но их магнитная проницаемость меньше (для марок НН μн достигает 800, μм – до 1500; для марок ВЧ μн – до 220, μм – до 360). У сверхвысокочастотных ферритов магнитная проницаемость ещё меньше.

Применение ферритов. Магнитомягкие ферриты широко применяются в качестве сердечников контурных катушек постоянной и переменной индуктивности; фильтров в аппаратуре радио- и проводной связи, сердечников импульсных и широкополосных трансформаторов, трансформаторов развертки телевизоров, магнитных модуляторов и усилителей. Из них изготавливают также стержневые магнитные антенны, индуктивные линии задержки и другие детали и узлы электронной аппаратуры. Частотный диапазон применения различных марок ферритов определяется значениями критической fкр и граничной fгp частот. На частотах до 106 Гц применяют марганец-цинковые ферриты (НМ), а на частотах от 105 до 108 Гц – никель-цинковые (НН и ВЧ). На сверхвысоких частотах применяют магний-марганцевые ферриты с большим содержанием окиси магния, литий-цинковые ферриты и ферриты сложного состава (полиферриты), а в инфракрасном диапазоне – феррогранаты иттрия (Y3Fe5O12) с частичным замещением ионов иттрия и железа ионами лантанидов и других металлов.

Марганец-цинковые ферриты с начальной магнитной проницаемостью 5000–15000 в слабых полях во многих случаях эффективно заменяют листовые ферромагнитные материалы – пермаллои и электротехническую сталь. В средних и сильных магнитных полях замена листовых ферромагнетиков ферритами нецелесообразна, поскольку у ферритов меньше индукция насыщения.

Монокристаллы магнитомягких ферритов нашли широкое применение при изготовлении магнитных головок для записи, воспроизведения и стирания аудио- и видеосигналов в магнитофонах. По сравнению с металлическими, ферритовые головки обладают большим удельным сопротивлением (что важно для уменьшения потерь) и большей твёрдостью.

cyberpedia.su

Высокочастотные магнитомягкие материалы

Количество просмотров публикации Высокочастотные магнитомягкие материалы - 295

По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитодиэлектрики и ферриты. Вместе с тем, при звуковых, ультразвуковых и низких радиочастотах можно использовать тонколистовые рулонные холоднокатанные электротехнические стали и пермаллои. Толщина сталей достигает 30-25 мкм, а пермаллой, как мееханически более мягкий сплав, должна быть получен толщиной до 2-3 мкм. Основные магнитные свойства таких тонких магнитных материалов близки к свойствам материалов больших толщин, однако они имеют несколько повышенную коэрцитивную силу и высокую стоимость, а технология сборки магнитных цепей из них весьма сложна.

Магнитодиэлектрики - ϶ᴛᴏ фактически высокочастотные магнитные пластмассы, в которых наполнителем является ферромагнетик, а связующим – электроизоляционный материал органический (К примеру, фенолформальдегидная смола) или неорганический (к примеру жидкое стекло). Магнитная проницаемость магнитодиэлектрика всегда меньше магнитной проницаемости ферромагнетика, составляющего его основу и вычисляется по формуле:

mмд = 1/ (1/mф + V/3)

Наиболее широко применяются магнитодиэлектрики на базе карбонильного железа, альсифера и молибденового пермаллоя.

Ферриты представляют из себяоксидные магнитные материалы, у которых спонтанная намагниченность доменов обусловлена нескомпенсированным антиферромагнетизмом.

Большое удельное сопротивление, превышающее удельное сопротивление железа в 103-1013 раз, а следовательно, и относительно незначительные потери энергии в области повышенных и высоких частот наряду с достаточно высокими магнитными свойствами обеспечивают ферритам широкое применение в радиоэлектронике.

Высокопроницаемые ферриты. В качестве магнитомягких материалов наиболее широко применяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты. Οʜᴎ кристаллизуются в структуре шпинели и представляют из себятвердые растворы замещения, образованные двумя простыми ферритами, один из которых (NiFe2O4 или MnFe2O4) является ферримагнетиком, а другой (ZnFe2O4) - немагнитен.

Для ферритов, используемых в переменных полях, кроме начальной магнитной проницаемости одной из важнейших характеристик является тангенс угла потерь tgd. Благодаря низкой проводимости составляющая потерь на вихревые токи в ферритах практически мала и ею можно пренебречь. В слабых магнитных полях незначительными оказываются и потери на гистерезис. По этой причине значение tgd в ферритах на высоких частотах в основном определяется магнитными потерями, обусловленными релаксациооными и резонансными явлениями.

В ферритах, как и в ферромагнетиках, реверсивная магнитная проницаемость может существенно изменяться под влиянием напряженности постоянного подмагничивающего поля, причем у высокопроницаемых ферритов эта зависимость выражена более резко, чем у высокочастотных ферритов с небольшой начальной магнитной проницаемостью.

Магнитные свойства ферритов зависят от механических напряжений, которые могут возникать при нанесении обмотки, креплении изделий и по другим причинам. Чтобы не было ухудшения магнитных характеристик, ферриты следует оберегать от механических нагрузок.

По электрическим свойствам ферриты относятся к классу полупроводников или даже диэлектриков. Их электропроводность обусловлена процессами электронного обмена между ионами переменной валентности("прыжковый" механизм). Электроны, учавствующие в обмене, можно рассматривать как носители заряда, концентрация которых практически не зависит от температуры.

Для ферритов характерна относительно большая диэлектрическая проницаемость, которая зависит от частоты и состава материала. С повышением частоты диэлектрическая проницаемость ферритов падает. Так, никель-цинковый феррит с начальной проницаемостью 200 на частоте 1 кГц имеет e = 400, а на частоте 10 МГц e = 15. Наиболее высокое значение e присуще марганец-цинковым ферритам, у которых она достигает сотен или тысяч.

Большое влияние на поляризационные свойства ферритов оказывают ионы переменной валентности. С увеличением их концентрации наблюдается возрастание диэлектрической проницаемости материала.

Номер	Название	Марка ферритов
группы	группы	Ni-Zn	Mn-Zn
I	Общего применения	100НН, 400НН, 400НН1, 600НН, 1000НН, 2000НН	1000НМ, 1500НМ, 2000НМ, 3000НМ
II	Термостабильные	7ВН, 20ВН, 30ВН, 50ВН, 100ВН, 150ВН	700НМ, 1000НМ3, 1500НМ1, 1500НМ3, 2000НМ1, 2000НМ3
III	Высокопроницаемые		4000НМ, 6000НМ, 6000НМ1, 10000НМ, 20000НМ
IV	Для телевизионной техники		2500НМС1, 3000НМС
V	Для импульсных трансформаторов	300ННИ, 300ННИ1, 350ННИ, 450ННИ, 1000ННИ, 1100ННИ	1100НМИ
VI	Для перестраиваемых контуров	10ВНП, 35ВНП, 55ВНП, 60ВНП, 65ВНП, 90ВНП,
VII	Для широкополосных трансформаторов	50ВНС, 90ВНС, 200ВНС, 300ВНС

referatwork.ru

3.2. Магнитомягкие высокочастотные материалы

По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитоэлектрики и ферриты. Кроме того, при звуковых, ультразвуковых и низких радиочастотах можно использовать тонколистовые рулонные холоднокатанные электротехнические стали и пермаллои. Толщина сталей достигает 30-25 мкм, а пермаллой, как мееханически более мягкий сплав, может быть получен толщиной до 2-3 мкм. Основные магнитные свойства таких тонких магнитных материалов близки к свойствам материалов больших толщин, однако они имеют несколько повышенную коэрцитивную силу и высокую стоимость, а технология сборки магнитных цепей из них весьма сложна.

3.3. Ферриты.

Как отмечалось выше, ферриты представляют собой оксидные магнитные материалы, у которых спонтанная намагниченность доменов обусловлена нескомпенсированным антиферромагнетизмом.

Номер	Название	Марка ферритов
группы	группы	Ni-Zn	Mn-Zn
I	Общего применения	100НН, 400НН, 400НН1, 600НН, 1000НН, 2000НН	1000НМ, 1500НМ, 2000НМ, 3000НМ
II	Термостабильные	7ВН, 20ВН, 30ВН, 50ВН, 100ВН, 150ВН	700НМ, 1000НМ3, 1500НМ1, 1500НМ3, 2000НМ1, 2000НМ3
III	Высокопроницаемые		4000НМ, 6000НМ, 6000НМ1, 10000НМ, 20000НМ
IV	Для телевизионной техники		2500НМС1, 3000НМС
V	Для импульсных трансформаторов	300ННИ, 300ННИ1, 350ННИ, 450ННИ, 1000ННИ, 1100ННИ	1100НМИ
VI	Для перестраиваемых контуров	10ВНП, 35ВНП, 55ВНП, 60ВНП, 65ВНП, 90ВНП, 150ВНП, 200ВНП, 300ВНП
VII	Для широкополосных трансформаторов	50ВНС, 90ВНС, 200ВНС, 300ВНС
VIII	Для магнитных головок	500НТ, 500НТ1, 1000НТ, 1000НТ1, 2000НТ	500МТ, 1000МТ, 2000МТ, 5000МТ
IX	Для датчиков температуры	1200НН, 1200НН1, 1200НН2, 1200НН3, 800НН
X	Для магнитного экранирования	200ВНРП, 800ВНРП

Табл. 2 Группы и марки магнитомягких ферритов.

Значения начальной магнитной проницаемости и коэрцитивной силы определяются не только составом материала, но и его структурой. Препятствиями, мешающими свободному перемещению доменных границ при воздействии на феррит слабого магнитного поля, являются микроскопические поры, включения побочных фаз, участки с дефектной кристаллической решеткой и др. Устранение этих структурных барьеров, также затрудняющих процесс намагничивания, позволяет существенно повысить магнитную проницаемость материала. Большое влияние на значение начальной магнитной проницаемости ферритов оказывает размер кристаллических зерен. Марганец-цинковые ферриты с крупнозернистой структурой могут обладать начальной магнитной проницаемостью до 20000. Это значение близко к начальной магнитной проницаемости лучших марок пермаллоя.

Магнитные свойства. Для ферритов, используемых в переменных полях, кроме начальной магнитной проницаемости одной из важнейших характеристик является тангенс угла потерь tg. Благодаря низкой проводимости составляющая потерь на вихревые токи в ферритах практически мала и ею можно пренебречь. В слабых магнитных полях незначительными оказываются и потери на гистерезис. Поэтому значение tg в ферритах на высоких частотах в основном определяется магнитными потерями, обусловленными релаксациооными и резонансными явлениями. Для оценки допустимого частотного диапазона, в котором может использоваться данный материал, вводят понятие критической частоты fкр. Обычно под fкр понимают такую частоту, при которой tg достигает значения 0,1.

Электрические свойства. По электрическим свойствам ферриты относятся к классу полупроводников или даже диэлектриков. Их электропроводность обусловлена процессами электронного обмена между ионами переменной валентности("прыжковый" механизм). Электроны, учавствующие в обмене, можно рассматривать как носители заряда, концентрация которых практически не зависит от температуры. Вместе с тем, при повышении температуры экспоненциально увеличивается вероятность перескока электронов между ионами переменной валентности, т.е. возрастает подвижность носителей заряда.

Среди многих факторов, влияющих на электрическое сопротивление ферритов, основным является концентрация в них ионов двухвалентного железа Fe2+. Под влиянием теплового движения слабосвязанные электроны перескакивают от ионов железа Fe2+ к ионам Fe3+ и понижают валентность последних. С увеличением концентрации двухвалентных ионов железа линейно возрастает проводимость материала и одновременно уменьшается энергия активации Э0. Отсюда следует, что при сближении ионов переменной валентности понижается высота энергетических барьеров , которые должны преодолевать электроны при переходе от одного иона к соседнему.

Для ферритов характерна относительно большая диэлектрическая проницаемость, которая зависит от частоты и состава материала. С повышением частоты диэлектрическая проницаемость ферритов падает. Так, никель-цинковый феррит с начальной проницаемостью 200 на частоте 1 кГц имеет  = 400, а на частоте 10 МГц  = 15. Наиболее высокое значение  присуще марганец-цинковым ферритам, у которых она достигает сотен или тысяч.

studfiles.net

5.5. Магнитомягкие материалы.

5.5.1. Требования к магнитомягким материалам.

Магнитомягкие материалы характеризуются способностью намагничиваться до насыщения в слабых полях и малыми потерями на перемагничивание. К ним предъявляются следующие требования:

1. Узкая петля гистерезиса, т.е. малое значение коэрцитивной силы HC и большая величина магнитной проницаемости ;

2. Большая индукция насыщения BS, т.е. при заданной площади поперечного сечения магнитопровода должно обеспечиваться прохождение максимального потока;

3. Минимальные потери мощности при работе в переменных полях, так как потери определяют рабочую температуру изделия, которая не должна превышать допустимого значения.

Материалы, отвечающие перечисленным требованиям, обеспечивают высокий энергетический КПД и необходимую рабочую индукцию при заданной температуре перегрева, что позволяет уменьшить габариты и массу устройств.

5.5.2. Классификация магнитомягких материалов.

Виды магнитомягких материалов представлены на рис.5.20.

5.5.3. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей.

Основные параметры низкочастотных магнитомягких материалов приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Основные параметры НЧ магнитомягких материалов.

Материал	Магнитная проницаемость		HC, А/м	Bδ, Тл	ρ, мкОм·м
Материал	НАЧ	MAX	HC, А/м	Bδ, Тл	ρ, мкОм·м
1. Монокристалл чистейшего Fe	20000	1430000	0,8	–	0,097
2.Низкоуглеродистая сталь	250-400	3000-5000	32-95	2,18	0,1
3.Электролитическое Fe	600	15000	30	2,18	0,1
4. Карбонильное Fe	2000-3000	20000-21500	6,4	2,18	0,1
5. Кремнистая сталь	200-600	3000-8000	10-65	1,95-2,02	0,25-0,6
6. Пермаллои:
низконикелевый	1500-4000	15000-60000	5-32	1-1,6	0,45-0,9
высоконикелевый	7000-100000	50000-300000	0,65-0,5	0,65-1	0,16-0,9
супермаллой	100000	600000-1500000	0,3	0,79	0,6
7. Аморфные сплавы:
80% Fe, 20% B	десятки тысяч	сотни тысяч	3,2	1,6	1,4
80% Fe, 16% P	десятки тысяч	сотни тысяч	4,0	1,49	1,5

Частотный диапазон применения ММ в значительной степени определяется их удельным электрическим сопротивлением. При низком ρ велики потери на вихревые токи, а значит и потери на перемагничивание, возраставшее с увеличением частоты, поэтому, чем больше ρ ММ, тем на более высоких частотах он может использоваться. В постоянных и НЧ (до единиц кГц) полях применяют металлические магнитные материалы: технически чистое Fe, кремнистые электротехнические стали, пермаллои, альсиферы, аморфные сплавы (рис.5.20, табл. 5.1).

Технически чистое Fe – это железо, содержащее ограниченное число примесей (прежде всего углерода, кислорода и серы), которые оказывает особенно сильное влияние на магнитную проницаемость.

Широко применяются следующие виды технически чистого Fe: низкоуглеродистая электротехническая сталь, полученная после горячей или холодной прокатки; электролитическое железо; карбонильное железо, полученное путем разложения пентакарбонила железа Fe(CO)5. Карбонильное Fe, изготавливаемое в виде порошка, применяют в качестве ферромагнитной среды магнитодиэлектриков.

Рассматривая перспективы повышения качества железа, следует отметить, что главнейшая характеристика Fe – Bδ, обусловленная величинами атомных магнитных моментов и обменным взаимодействием, не может быть увеличена. Рост μ в слабых и сильных полях и уменьшение HC можно достичь для Fe с меньшей концентрацией примесей и дефектов (для сравнения в табл.5.1 приведены параметры полученного в лабораторных условиях монокристалла чистейшего железа).

Кремнистые электротехнические стали – это твердый раствор Si в Fe. Легирование технически чистого Fe кремнием позволяет значительно повысить удельное сопротивление. Выпускаются электротехнические стали различной степени легирования (увеличение параметра или усиление свойства в зависимости от степени легирования показано стрелками):

–слаболегированные	(0,8–1,8% Si),
–среднелегированные	(1,8–2,8% Si),
–повышеннолегированные	(2,8–3,8% Si),
–высоколегированные	(3,8–4,8% Si),

Значительного улучшения магнитных свойств кремнистых сталей удалось достичь путем образования магнитной текстуры при холодной прокатке с последующим отжигом. В результате получают текстурованную кремнистую сталь, у которой элементарные кристаллические ячейки ориентированы так, что ребра кубов – осей легкого намагничивания – расположены параллельно направлению прокатки. Такую текстуру называют ребровой. Применение сталей, обладающих магнитной анизотропией, требует такой конструкции магнитопровода, при которой магнитный поток проходит в направлении наилучших магнитных свойств, т.е. в направлении прокатки. В стали с кубической текстурой наилучшие магнитные свойства обеспечиваются при прохождении магнитного потока вдоль, поперек и перпендикулярно направлению прокатки.

Пермаллои – это железоникелевые сплавы, имеющие наибольшую магнитную проницаемость в слабых полях. Поэтому они применяются в РЭА, когда нужно иметь значительные как постоянные, так и переменные магнитные потоки при малых напряженностях поля, что особенно важно в связи с миниатюризацией РЭА (на частотах до нескольких десятков кГц). В табл.5.1 приведены параметры низконикелевых (40–50% Ni), высоконикелевых (72-80% Ni) пермаллоев и супермаллоя (79% Ni, 15% Fe, 5% Mn, 0,5% Mn).

Наряду с основными достоинствами – высоким значением μH и малым значением HC – пермаллоям присущи следующие недостатки:

–большая чувствительность магнитных свойств к механическим напряжениям (особенно у высоконикелевых пермаллоев), что требует специальной защиты;

–высокие магнитные свойства получают лишь в результате отжига готовых изделий после их механической обработки;

–пониженные значения Bδ;

–сравнительно высокая стоимость и дефицитность отдельных компонентов (прежде всего никеля).

В качестве заменителя пермаллоев был разработан тройной сплав альсифер, оптимальный состав которого 9,6% Si, 5,4% Al, остальное – Fe. Этот сплав при точном соблюдении состава в лабораторных условиях имеет μH=35400, у промышленного альсифера μH=6000÷7000. Альсифер применяют в основном в качестве ферромагнитной фазы магнитодиэлектриков.

Магнитомягкие аморфные сплавы, называемые металлостеклами или метглассами, содержат один или несколько переходных металлов – Fe, Со, Ni – в количестве 75–85% и стеклообразователь – В, С, Si, P – в количестве 15–20%, а также легирующие металлы Cr, V, Mn и др.

Аморфные сплавы (см. также п.3.14.1, рис.3.16) формируются в результате такой высокой скорости охлаждения жидкостей, при которой частицы не успевают выстроиться в правильную кристаллическую структуру. Поэтому их получают быстрой закалкой расплавов ("выстреливанием" раскаленного расплава на перемещающуюся холодную подложку). Электромагнитные свойства аморфных сплавов и пермаллоев близки, но первые меньше подвержены влиянию механических напряжений, обладают высокой коррозионной стойкостью, прозрачностью и твердостью при сохранении пластичности. Аморфные сплавы весьма перспективны, из них изготавливают небольшие трансформаторы, магнитофонные головки и др.

studfiles.net

Магнитомягкие материалы. Ферриты - часть 5

Сильная зависимость магнитных свойств пермаллоя от механических напряжений вынуждает принимать специальные меры защиты сердечников, поскольку механические нагрузки неизбежно возникают даже при наложении токовых обмоток. Обычно кольцеобразные ленточные сердечники из пермаллоя помещают в немагнитные защитные каркасы из пластмассы или алюминия. В целях амортизации динамических нагрузок свободное пространство между каркасом и сердечником заполняют каким-либо эластичным веществом.

2.2. Магнитомягкие высокочастотные материалы

2.3. Ферриты.

Большое удельное сопротивление, превышающее удельное сопротивление железа в 103 -1013 раз, а следовательно, и относительно незначительные потери энергии в области повышеных и высоких частот наряду с достаточно высокими магнитными свойствами обеспечивают ферритам широкое применение в радиоэлектронике.

Табл. 2 Группы и марки магнитомягких ферритов.

Высокопроницаемые ферриты. В качестве магнитомягких материалов наиболее широко применяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты. Они кристаллизуются в структуре шпинели и представляют собой твердые растворы замещения, образованные двумя простыми ферритами, один из которых (NiFe2 O4 или MnFe2O4) является ферримагнетиком, а другой (ZnFe2 O4 ) - немагнитен. Основные закономерности изменения магнитных свойств от состава в подобных системах представлены на рис.2 и 3. Чтобы объяснить наблюдаемые закономерности, необходимо принять во внимание, что катионы цинка в структуре шпинели всегда занимают тетраэдрические кислородные междуузлия, а катионы трехвалентного железа могут находиться как в тетра-, так и в октаэдрических промежутках. Состав твердого раствора с учетом распределения

катионов по кислородным междуузлиям можно охарактеризовать следующей формулой:

(Zn2+x Fe3+1-x )[Ni2+1-x Fe3+1+x ]O4

где стрелки условно указывают направление магнитных моментов ионов в соответствующих подрешетках. Отсюда видно, что вхождение цинка в кристаллическую решетку сопровождается вытеснением железа в октаэдрические позиции. Соответственно уменьшается намагниченность тетраэдрической (А) подрешетки и снижается степень компенсации магнитных моментов катионов, находящихся в различных подрешетках (А и В). В результате возникает очень интересный эффект: увеличение концентрации немагнитного компонента приводит к увеличению намагниченности насыщения (а следовательно, и Вs ) твердого раствора (рис.2). Однако разбавление твердого раствора немагнитным ферритом вызывает ослабление основного обменного взаимодействия типа А-О-В, что выражается в монотонном снижении температуры Кюри (Тк ) при увеличении мольной доли ZnFe2 O4 в составе феррошпинели. Быстрый спад индукции насыщения в области х > 0,5 объясняется тем, что магнитные моменты небольшого количества ионов в тетраэдрической подрешетке уже не в состоянии ориентировать антипараллельно себе магнитные моменты всех катионов, находящихся в В-подрешетке. Иными словами, обменное взаимодействие типа А-О-В становится настолько слабым, что не может подавить конкурирующее взаимодействие типа В-О-В, которое также является отрицательным и стремится вызвать антипараллельную ориентацию магнитных моментов катионов в В-подрешетке.

Ослабление обменного взаимодействия между катионами при увеличении содержания немагнитного компонента приводит к уменьшению констант кристаллографической анизотропии и магнитострикции. Благодаря этому облегчается перемагничивание ферримагнетика в слабых полях, т.е. возрастает начальная магнитная проницаемость. Наглядное представление о зависимости начальной магнитной проницаемости от состава твердой фазы дает рис.3. Максимальному значению проницаемости отвечает точка в треугольнике составов с ориентировочными координатами 50% Fe2 O3 , 15% NiO и 35% ZnO. Этой точке соответствует твердый раствор Ni1-x Znx Fe2 O4 с х»0,7. Из сопоставления рис.2 и 3 можно сделать вывод, что ферриты с высокой начальной магнитной проницаемостью должны обладать невысокой температурой Кюри. Аналогичные закономерности наблюдаются для марганец-цинковых ферритов.

Магнитные свойства. Для ферритов, используемых в переменных полях, кроме начальной магнитной проницаемости одной из важнейших характеристик является тангенс угла потерь tgd. Благодаря низкой проводимости составляющая потерь на вихревые токи в ферритах практически мала и ею можно пренебречь. В слабых магнитных полях незначительными оказываются и потери на гистерезис. Поэтому значение tgd в ферритах на высоких частотах в основном определяется магнитными потерями, обусловленными релаксациооными и резонансными явлениями. Для оценки допустимого частотного диапазона, в котором может использоваться данный материал, вводят понятие критической частоты fкр . Обычно под fкр понимают такую частоту, при которой tgd достигает значения 0,1.

Инерционность смещения доменных границ, проявляющихся на высоких частотах, приводит не только к росту магнитных потерь, но и к снижению магнитной проницаемости ферритов. Частоту fгр , при которой начальная магнитная проницаемость уменьшается до 0,7 от ее значения в постоянном магнитном поле, называют граничной . Как правило, fкр < fгр . Для сравнительной оценки качества магнитомягких ферритов при заданных значениях H и f удобной характеристикой является относительный тангенс угла потерь, под которым понимают отношение tgd/mн .

Сравнение магнитных свойств ферритов с одинаковой начальной магнитной проницаемостью показывает, что в области частот до 1 МГц марганец-цинковые ферриты имеют существенно меньший относительный тангенс угла потерь, чем никель-цинковые ферриты. Это объясняется очень малыми потерями на гистерезис у марганец-цинковых ферритов в слабых полях. Дополнительным преимуществом высокопроницаемых марганец-цинковых ферритов является повышенная индукция насыщения и более высокая температура Кюри. В то же время никель-цинковые ферриты обладают более высоким удельным сопротивлением и лучшими частотными свойствами.

mirznanii.com

3.2. Магнитомягкие высокочастотные материалы. Магнитомягкие материалы для радиочастот

Магнитомягкие материалы — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей.

Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей. Магнитомягкие материалы для высоких и сверхвысоких частот

Высокочастотные магнитомягкие материалы — КиберПедия

Высокочастотные магнитомягкие материалы

3.2. Магнитомягкие высокочастотные материалы

3.3. Ферриты.

5.5. Магнитомягкие материалы.

5.5.1. Требования к магнитомягким материалам.

5.5.2. Классификация магнитомягких материалов.

5.5.3. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей.

Магнитомягкие материалы. Ферриты - часть 5

Видеоматериалы

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше

Соответствует ли вода и воздух установленным нормативам?

С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей

Столичный Водоканал готовится к зиме

Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе

Актуальные темы

Формирование энергосберегающего поведения граждан

Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год

НАУЧИМСЯ ЭКОНОМИТЬ В БЫТУ

Рубрикатор

Пользователю

Доп.информация

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30