|
Контрольные вопросы
1. Дайте классификацию магнитным материалов.
2. Какими основными параметрами определяются свойства магнитные материалы к электрическому току?
3. Какие вещества имеют высокую магнитность, их свойства и применение?
Литература
1. Богородицкий Н.П., Посынков В.В., Фареев Б.М. Электротехническиематериалы.
Л. Энергоатомиздат, 1985.
2. Kаmolоv Sh.M., Аxmеdоv А.Sh. Elеktrоtеxnikа mаtеriаllаri. O’qituvchi, Tоshkеnt. 1994.
3. Kаmolоv Sh.M., Аxmеdоv А.Sh. Dielеktriklаr. O’qituvchi, Tоshkеnt. 1990.
4. Казанцев А.П. Электротехнические материалы. – Минск. Дизайн ПРО,
1998.
Тема №17.Свойства магнитных материалов. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы.
План занятия
Магнитомягкие материалы
Ферромагнитные материалы
Ферриты
Магнитотвердые материалы
Опорные слова и термины
Электротехническая сталь, горячекатаную и холоднокатаную стали, пермаллои, магнитомягкие ферриты, магнитотвёрдые ферриты, легированные мартенситные стали
Магнитомягкие материалы
Магнитомягкие материалы, обладая высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис, используются в качестве сердечников трансформаторов, в электромагнитах, в измерительных приборах и везде, где необходимо при наименьших затратах достигнуть наибольшей индукции. В настоящее время выпускается много разновидностей магнитомягких материалов, мы рассмотрим электротехническую сталь и пермаллои.
Электротехническая сталь является основным магнитомягким материалом массового потребления. Если в железо добавить кремний, то изменяются следующие свойства:
а) увеличивается удельное сопротивление (следовательно, снижаются потери на вихревые токи). Удельное сопротивление при увеличении кремния до 5 % увеличивается от 0,1·10-6 до 0,6·10-6 ;
б) увеличиваются начальная магнитная проницаемость µн (при Н = 0) и максимальная магнитная проницаемость µmax;
в) уменьшается коэрцитивная сила (следовательно, уменьшаются потери на гистерезис);
г) ухудшаются механические свойства, увеличивается хрупкость (при содержании кремния выше 5 % она становится непригодной для штамповки).
Ферромагнитные материалы характеризуются также магнитной анизотропией, выражающейся в различной легкости намагничивания вдоль различных осей. Анизотропия может усиливаться во время обработки стали.
Различают горячекатаную и холоднокатаную стали. При горячей прокатке происходит лишь слабая ориентация зёрен в направлении проката, сталь имеет незначительную анизотропию. При прокатке в холодном состоянии магнитные свойства в направлении проката улучшаются, но ухудшаются в поперечном направлении проката. Такую сталь нужно использовать так, чтобы магнитный поток проходил по направлению проката, так как сталь имеет резкую анизотропию.
Электротехническая сталь делится на марки: Э-1312, Э-2011 и т. д. Эти марки расшифровываются следующим образом:
– буква Э – электротехническая сталь;
– первая цифра: 1 – горячекатаная изотропная,
2 – холоднокатаная изотропная,
3 – холоднокатаная анизотропная;
– вторая цифра – примерное содержание кремния в процентах;
– третья и четвертая цифры – характеризует сталь по некоторым электрическим и магнитным свойствам (гарантируется значение в определенном диапазоне).
В настоящее время холоднокатаная сталь нашла более широкое применение, чем горячекатаная.
Пермаллои – это железоникелевые сплавы, обладающие большой начальной магнитной проницаемостью в области слабых полей и узким гистерезисным циклом.
Пермаллои используются для изготовления сердечников дросселей, реле, измерительных трансформаторов и т.д. Различают высоконикелевые (72–80 % Ni) и низконикелевые (40–50 % Ni) пермаллои. В сплавы, кроме железа и никеля, также входят добавки молибдена, хрома, меди, марганца, кремния и т. д. Содержание никеля зависит от того, для каких целей будет использоваться пермаллой. Если сердечник предназначен для работы на высоких частотах, то предпочтительнее использовать низконикелевые пермаллои, так как у них удельное сопротивление почти в три раза больше, чем у высоконикелевых пермаллоев.
У высоконикелевых пермаллоев выше значения магнитной проницаемости: µн и µmax. Они применяются для сердечников малогабаритных трансформаторов и реле. Стоимость высоконикелевых пермаллоев больше чем низконикелевых, поскольку никель дорог.
Ферриты
Ферриты представляют собой системы из окислов железа и окислов двухвалентных и реже одновалентных металлов, соответствующие общей формуле , где Ме – символ двухвалентного металла (никель, цинк, марганец, кобальт, барий и т.д., иногда одновалентный литий). Ферриты имеют кубическую кристаллическую решетку, подобную решетке шпинели, встречающейся в природе.
Технология изготовления ферритов оказывает существенное влияние на свойства готовых изделий. В промышленности в основном используется метод смешивания оксидов металлов. Исходные оксиды взвешивают, тонко измельчают и тщательно перемешивают в шаровых или вибрационных мельницах. Затем осуществляют предварительный обжиг при температуре ниже температуры окончательного обжига. После этого следует второй помол. Для улучшения пластичности в порошок добавляют пластификаторы (поливиниловый спирт, парафин и др.). Из полученной массы прессуют под большим давлением изделия требуемой формы и обжигают при температуре 1 100–1 400 оС в окислительной среде (обычно в воздухе). При этом про-исходит спекание и образование твёрдых растворов ферритов. Усадка ферритов при обжиге может достигать 20 %. Ферритовые изделия отличаются высокой твердостью и хрупкостью. Их можно шлифовать и полировать, резать можно только инструментом из синтетических алмазов.
Магнитомягкие ферриты. В настоящее время основное применение нашли следующие группы смешанных ферритов:
– марганец-цинковые;
– никель-цинковые;
– литий-цинковые.
Максимальная индукция феррита составляет 0,3 Тл, поэтому в сильных магнитных полях их применять нецелесообразно. Но у них большое магнитное сопротивление (в 106 – 1011 раз больше электротехнической стали), поэтому они нашли широкое применение при повышенных и высоких частотах. Они используются для изготовления сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, статоров и роторов высокочастотных электродвигателей и т. д.
Обозначение ферритов:
– первая цифра означает численное значение начальной магнитной проницаемости µн;
– первые буквы: Н – ферриты для низких частот (от 0,2 до 20 МГц), ВЧ – ферриты для высоких частот (от 20 до 300 МГц);
– следующие буквы обозначают состав материала: М – марганец-цинковые, Н – никель-цинковые и т. д.
Примеры обозначения: 1 000 НН, 6 000 НМ, 150 ВЧ.
Ферриты, как и электротехническая сталь, имеют точку Кюри, при которой разрушается доменная структура. Точка Кюри для магнитомягких ферритов лежит в диапазоне 70 – 400 оС.
Магнитотвёрдые ферриты применяются для магнитов в электродинамических громкоговорителях, для микродвигателей, измерительных приборов. Известны кобальтовые и бариевые ферриты.
Кобальтовые ферриты применяются ограниченно из-за дефицитности и дороговизны кобальта, а также недостаточно высоких магнитных свойств по сравнению с более дешёвыми бариевыми ферритами.
Бариевые магниты дешевы, имеют большое удельное сопротивление, устойчивы к действию внешних размагничивающих полей. Но они отличаются большой хрупкостью и не способны к обычным видам механической обработки. Кроме того, они имеют необратимое изменение магнитных свойств после охлаждения их от комнатной до низких температур (-60 оС) и последующего нагревания до первоначальной температуры.
Do'stlaringiz bilan baham: |
