Альсиферы

Пермаллои

Это железоникелевые сплавы, обладающие большой магнитной проницаемостью по сравнению с железом, с очень малой коэрцитивной силой, при меньшей индукции насыщения.

Делятся на высоконикелевые (содержание Ni – 72…80%) и низконикелевые (содержание Ni – 40…50%).

Очень лёгкое намагничивание в слабых магнитных полях объясняется отсутствием магнитной анизотропии. Слабая анизотропия облегчает поворот магнитных моментов доменов, так как и железо и никель – ферромагнетики.

Свойства пермаллоев очень чувствительны к внешним механическим воздействиям и к изменению состава. Кроме того, их свойства сильно зависят от режимов термообработки (скоростей нагрева и охлаждения, а не только от температуры). Поэтому применение пермаллоев, как правило, не считается желательным, так как с ними сложно работать. Кроме того, из-за высокого содержания никеля они дороже, но пригодны для изготовления очень тонких лент (из-за пластичности никеля).

Влияние примесей:

Mo, Cr увеличивают удельное сопротивление и магнитную проницаемость, уменьшает чувствительность к механической деформации и индукции насыщения.

Cu увеличивает постоянство магнитной проницаемости, температурную стабильность, удельное сопротивление, улучшает обрабатываемость.

Si, Mn увеличивают удельное сопротивление.

Маркировка состоит из букв: Н (никель), К (кобальт), М (марганец), Х (хром), С (кремний), Д (медь), У (с улучшенными свойствами), П (сплав обладает прямоугольной петлей гистерезиса). Число в маркировке – процент никеля. Например, 80НХС.

Это тройные сплавы Fe, Si и Al.

Оптимальный состав: 9,5% Si, 5,6% Al, остальное – железо.

Очень твёрдый сплав и одновременно очень хрупкий, вследствие чего не может быть подвергнут никакой механической обработке, за исключением лёгкой шлифовки. Он может быть отлит в деталь. Этот способ накладывает ограничение на размер, толщина проката не может быть менее 2мм, что ограничивает применение. Тем не менее, по магнитным свойствам этот материал не уступает высоконикелевым пермаллоям, при этом он значительно дешевле.

Все вышерассмотренные магнитомягкие материалы низкочастотные, так как они ко всему прочему являются хорошими проводниками. С повышением частоты увеличиваются потери на гистерезис и вихревые токи. Поэтому для ВЧ материалов главным является большое значение удельного сопротивления.

К магнитомягким ВЧ материалам относятся ферриты – оксидные магнитные материалы с нескомпенсированным антиферромагнетизмом (с общей химической формулой МеFe₂O₄). Они имеют удельное сопротивление гораздо большее, чем сопротивление чистого железа: от 10³ до 10¹³ раз больше. Следовательно, у этих материалов мы имеем низкие потери на высоких частотах.

Ферриты применяют в двух вариантах: либо в виде керамики (феррокерамики), либо в виде монокристаллов.

Керамические ферриты получают почти так же, как любую керамику. Единственное отличие заключается в том, что исходные компоненты должны быть очень тонко измельчены, для чего применяются водные шаровые мельницы и в технологический процесс вводится операция ферритизации продукта, то есть образование непосредственно феррита в результате термической обработки (спекание исходных компонентов). Как и всякая керамика, феррокерамика представляет собой твёрдый хрупкий материал, не допускающий применения операций резания, допускающий обработку только в виде мягкой шлифовки.

Большинство ферритов являются диэлектриками.

Керамические ферриты в настоящий момент дёшевы и поэтому находят широкое применение.

В качестве магнитомягких материалов применяются никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты. Они представляют собой твёрдые растворы замещения, образованные двумя простыми ферритами, один из которых либо NiFe₂O₄, либо MnFe₂O₄, является сильно магнитным, а второй ZnFe₂O₄ – немагнитный.

Для ферритов, используемых с переменных полях кроме начальной магнитной проницаемости, одной из важнейших характеристик является tgδ. Потери на вихревые токи стремятся к нулю, ими можно пренебречь. В слабых магнитных полях незначительными оказываются и потери на гистерезис, поэтому именно по значению tgδ и определяют возможность использования феррита в данном частотном диапазоне.

Критическая частота – это частота, выше которой использование феррита не рекомендовано, так как, tgδ = 0,1.

До частот в 1 МГц предпочтительнее использовать марганец-цинковые ферриты, так как они имеют значительно меньший tgδ, большую индукцию насыщения и термическую стабильность. В то же время, никель-цинковые ферриты обладают более высокими удельными сопротивлениями и лучшими частотными свойствами.

Наиболее распространённая маркировка феррита представляет собой: на первом месте стоит численное значение начальное магнитной проницаемости, затем буква, обозначающая частотный диапазон Н (до 50МГц), ВЧ (50-600МГц), далее буквы, определяющие состав М – марганец-цинковый, Н – никель-цинковый. Например, 600НН – никель-цинковый феррит, низкочастотный, с начальной магнитной проницаемостью 600.

Применение. Магнитомягкие материалы с начальной магнитной проницаемостью от 400 до 20000 не редко с успехом заменяют листовые ферромагнитные материалы и электротехническую сталь. В средних и сильных полях замена листовых ферромагнетиков ферритами нецелесообразна, так как у них меньшая индукция насыщения и, следовательно, размеры и масса магнитной системы увеличиваются. Применяются в качестве сердечников контурных катушек постоянной и переменной индуктивности, фильтров, сердечников импульсных и широкополосных трансформаторов, стержневых магнитных антенн, сердечников магнитных линий задержек (в основном это феррокерамика).

Монокристаллические магнитомягкие ферриты в основном находят применение при изготовлении магнитных головок записи, воспроизведения различных сигналов. Выращиваются газоплазменным методом Вернейля.

Магнитодиэлектрики

Получают методом прессования порошкообразного ферромагнетика с изолирующей (в электрическом смысле) органической или неорганической связкой.

В качестве магнитной основы применяют порошки карбонильного железа, альсифера или молибденового пермаллоя. В качестве связки используется фенолформальдегидные смолы, полистирол, стекло и другие.

Магнитная основа должна обладать как можно лучшими магнитными характеристиками, а связка должна образовывать тонкие, желательно одинаковой толщины, слои между кристаллитами ферромагнетика.

В результате получается материал с относительно невысокой магнитной проницаемостью (не более 250), с плохими механическими свойствами (хрупкий). При чём малая магнитная проницаемость объясняется разобщением частиц ферромагнетика.

Для магнитодиэлектриков характерны следующие положительные свойства: из-за сильного размагничивающего фактора они имеют близкую к линейной зависимость магнитной индукции от напряжённости внешнего магнитного поля, так как у них практически нет петли гистерезиса, следовательно, малые потери на гистерезис. По этой же причине магнитная проницаемость практически не зависит от внешнего магнитного поля, вследствие этого индуктивность катушки, в которую вставлен стержень из магнитодиэлектрика, растёт быстрее, чем активное сопротивление. Следовательно, имеет место очень высокая добротность.

Область применения: катушки фильтров генераторов, частотомеров, контуров радиоприёмников.

Дата добавления: 2014-01-05