Магнитомягкие материалы

Используются для постоянного и НЧ магнитного поля.

Они отличаются высокой магнитной проницаемостью, большой индукцией насыщения и малой коэрцитивной силой. График зависимости магнитной индукции от напряжённости магнитного поля:

Рисунок 50

Индукция насыщения – точка, в которой все домены ориентированы по полю. Её величина показывает, какой магнитный поток может протекать через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. Чем больше В, тем больше магнитный поток и тем меньше геометрические размеры магнитной системы.

Наличие петли гистерезиса определяет величину потерь энергии при перемагничивании. Таким образом, магнитомягкие материалы – материалы, способные пропускать большой магнитный поток через малую площадь с относительно небольшими потерями при перемагничивании.

Типичные представители: железо и низкоуглеродистые стали. Они являются основными компонентами большинства магнитных систем.

Магнитные свойства железа существенно зависит от количества и состава примесей и от структуры материала.

Железо обладает самой большой индукцией насыщения – 2,2Тл.

Особо чистое железо с концентрацией примесей менее 0,05% может быть получено двумя способами:

1.Электролиз из раствора сернокислого или хлористого железа, в результате которого получается порошок, в дальнейшем подвергается вакуумной плавке.

2.Переработка пентакарбонила железа Fe(CO)₅. Под действием температуры он разлагается по схеме:

Fe(CO)₅Fe+5CO_(г)

В результате получается карбонильное железо, представляющее собой мелкодисперсный порошок, удобный для изготовления прессованных деталей (сердечников).

Примеси относительно слабо влияют на магнитные свойства железа, если их концентрация ниже предела растворимости. Следовательно, вредными примесями являются те, которые плохо растворяются в железе: С, O, N, S. Из-за плохой растворимости при охлаждении расплава они выделяются в виде фаз, затрудняющих смещение доменных границ, что мешает намагничиванию до насыщения.

Помимо примесей на магнитные свойства влияет структура вещества, то есть размер кристаллитов, их взаимная ориентация, число границ зёрен в единице объёма и т.д.

Чистое железо обычно применяется только для магнитопроводов постоянного тока (для постоянных магнитов), так как оно имеет хорошую проводимость, и переменные поля возбуждают в нём сильные вихревые токи, что говорит о больших потерях в таком магнитопроводе.

Кремнистая электротехническая сталь

Находит гораздо большее применение, чем железо. Представляет собой основной магнитомягкий материал массового потребления, то есть все магнитопроводы трансформаторов делаются из неё.

Введением в состав стали кремния, добиваются повышения удельного сопротивления и, соответственно, снижения потерь на вихревые токи. Кроме того, введение кремния в железо способствует выделению из него углерода и кислорода. При этом углерод выделяется в виде графита, в кислород – в виде оксида кремния.

В результате, такая операция приводит к увеличению максимальной магнитной проницаемости и к снижению потерь на перемагничивание. Наилучший эффект достигается при содержании кремния 6,8%, однако в промышленно выпускаемых марках стали, редко превышает 5%, так как введение кремния приводит к охрупчиванию сталей.

Кремнистая сталь обладает магнитной анизотропией. Поэтому механическая обработка в виде прокатки стали существенно улучшает магнитные характеристики стали.

Рисунок 51

Прокатанная сталь называется структурированной. Применяется для изготовления ленточных магнитопроводов трансформаторов. Кроме того, использование лент или пластин необходимо для снижения потерь на вихревые токи. Поверхности этих лент обычно покрывают изоляцией, и при наборе пачки мы получаем относительно тонкие металлические слои, изолированные друг от друга, что препятствует возникновению сильных вихревых токов. Толщина ленты определяет частоту, на которой может быть использован данный магнитопровод: чем тоньше, тем выше частота.

Дата добавления: 2014-01-05