Аморфные магнитные материалы

В 1960 г. профессор Дювез с группой сотрудников Калифорнийского технологического института наблюдали аморфное состояние в закаленном из расплава эвтектическом сплаве Аu-Si, что положило начало изучению аморфных металлов, получаемых по технологии закалки из жидкого состояния. Скорость охлаждения, обеспечивающая достижение аморфного состояния металла, должна быть более 10^{6 о}С в секунду. Получают их методом непрерывного литья на вращающийся барабан, погруженный в хладоагент. Этим методом получают в основном ленты толщиной 20 – 30 мкм и шириной 10 – 20 мм, а также тонкие проволоки. В 1970 г. начался бум: число научных публикаций по аморфным металлам росло в геометрической прогрессии, появились многочисленные разработки аморфных сплавов, были открыты многие их интересные свойства. Так, в 1974 г. были обнаружены сверхвысокая коррозионная стойкость (т.к. в них нет зёрен и, соответственно, нет границ зёрен) и высокая магнитная проницаемость аморфных сплавов.

Разработано большое число аморфных сплавовна основе железа, никеля, титана, меди и других металлов, как правило, с аморфизирующими добавками, затрудняющими кристаллизацию. Состав и механические свойства некоторых аморфных сплавов представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Механические свойства некоторых аморфных сплавов.

Состав сплава, % (ат.)	Твёрдость НV, МПа	σ0,2, МПа	σв, МПа
Cu57Zr43
Ti50Be40Zr10			-
Ti60Co30Si10			-
Fe80B20			-
Fe72Cr8P13C7
Fe60Ni20P13C7
Fe60Cr8Mo5B27	-	-

В аморфных веществах, так же как и в кристаллических, существует ферро- и ферримагнетизм. Магнитомягкие аморфные сплавы, представляют собой сплавы железа, кобальта или никеля с другим металлом или металлоидом. В качестве примера аморфных ферримагнетиков можно указать на аморфные пленочные сплавы на основе редкоземельных металлов с Fе и Со. Предполагается, что они являются простыми ферромагнетиками, типа показанного на рис. 4.6 и 4.7.

Рис.4.6. Простой аморфный Рис.7. Неупорядоченный аморфный

ферромагнетик. ферромагнетик.

Измеряя намагниченность вдоль оси в направлении длины аморфной ленты (в дальнейшем для краткости просто «ось ленты»), можно наблюдать явление магнитного насыщения и петлю гистерезиса, точно такие же, как и в обычных кристаллических ферромагнетиках. Отсюда следует, что в аморфных металлических лентах внутренняя намагниченность разбита на части — магнитные домены. Предполагают, что намагничивание аморфных металлов происходит путем перемещения границ магнитных доменов и вращения вектора спонтанной намагниченности. Магнитные свойства аморфного сплава Fe₃Co₇₂P₁₆B₆Al₃ выше, чем у высоконикелевых пермаллоев.

Примеры использования аморфных магнитных сплавов приведены в табл. 6. Таблица 6.

Примеры применения аморфных магнитных материалов

Свойство	Применение
Высокая магнитострикция	Магнитострикционные вибраторы, линии задержки, датчики для пониженных температур, элементы рычажных систем
Магнитная проницаемость и низкие потери	Мощные трансформаторы, преобразователи, строчные трансформаторы, дроссели
Магнитная проницаемость и прямоугольная петля гистерезиса	Магнитные усилители, магнитные фазовращатели, магнитные модуляторы
Магнитная проницаемость и коррозионная стойкость	Магнитные сепараторы, фильтры
Высокая магнитная проницаемость	Магнитные головки, магнитные экраны, магнетометры, сигнальные устройства
Температурная зависимость магнитной проницаемости	Термочувствительные элементы, регуляторы температур

Магнитодиэлектрики – это композиционные материалы, в которых дисперсионной средой служат диэлектрики (полимеры, стекло, керамика), а дисперсной фазой – порошкообразные ферромагнетики (альсиферы, карбонильное железо, аморфные магнитные сплавы и др.). Благодаря тому, что карбонильное железо имеет положительный температурный коэффициент магнитной проницаемости ТКμ, а альсифер – отрицательный, удаётся создавать из их смеси материалы с необходимым уровнем и знаком ТКμ. Магнитодиэлектрики не обладают электропроводимостью, поэтому в них нет вихревых токов и их можно использовать при повышенных и высоких частотах. Используя в качестве дисперсионной среды (связующего) эластомеры или высокопластифицированные полимеры удаётся изготавливать эластичные магнитные материалы, применяемые, в частности, для защиты от электромагнитных излучении (ЭМИ).

Магнитотвёрдые металлические материалы

Магнитотвёрдыми принято называть такие материалы, коэрцитивная сила которых находится в пределах 5^.10³ – 5^.10⁶ А/м, максимальная магнитная энергия W_L = (ВН/2)_макс = 0,5 – 100 кДж/м³, энергетическое произведение (ВН)_макс = 1 – 200 кДж/м³. Магнитная проницаемость μ ниже, чем у магнитомягких материалов и тем меньше, чем больше Н_с.

Наиболее простыми и доступными магнитотвёрдыми материалами являются легированные стали, закалённые на мартенсит. После мартенситной закалки сплавы выдерживают 5 - 12 часов в кипящей воде для достижения структурной стабилизации. Эти стали легируют элементами W, Cr, Mo, Co. Максимальная магнитная энергия W_L таких материалов лежит в области 1 – 4 кДж/м³. Магнитные свойства этих материалов не высоки, зато они дёшевы и легко обрабатываются на металлорежущих станках.

Магнитотвёрдые материалы с повышенными значениями коэрцитивной силы и магнитной энергии представляют собой сплавы алюминия, никеля и железа (Al-Ni-Fe альни), Al-Ni- Fe-Si – альниси, Al-Ni-Fe-Co – альнико. В настоящее время каждый такой сплав имеет свою марку. Наибольшее применение имеют сплавы ЮНДК-4, ЮНДК-15, ЮНДК-24. Это – 80% всех магнитотвёрдых материалов, выпускаемых в России. Коэрцитивная сила этих материалов составляет (4 – 15)^.10⁴ А/м, а магнитная энергия W_L = (3,6 – 40 кДж/м³). На свойства этих сплавов большое влияние оказывает режим термообработки.

Более высокими значениями коэрцитивной силы, достигающей 2^.10⁵ А/м и максимальной магнитной энергии до 30 кДж/м³ обладают бариевые ВаО^.6Fe₂O₃ и кобальтовые СоFe₂O₄ ферриты.

Наибольшей коэрцитивной силой и удельной магнитной энергией обладают платинокобальтовые сплавы и интерметаллические соединения кобальта с редкоземельными металлами (РЗМ): церием Се, самарием Sm, празеодимом Pr, лантаном La и иттрием Y. Коэрцитивная сила этих материалов лежит в пределах 2,4 – 23,2 МА/м, а магнитная энергия ВН достигает рекордной величины в 300 кДж/м³.

Дата добавления: 2014-12-26