Чем больше величина Kп , тем прямоугольнее гистерезисная петля. Для

магнитных материалов, применяемых, в автоматике и запоминающих уст­ройствах ЭВМ, Кп = 0,7 -0,9.

Рис. 7. Кривая размагничи­вания 1 и кривая удельной магнитной энергии 2 разомкну­того магнита

Удельная объемная энергия - W _м (Дж/м³) — характеристика, применяемая для оценки свойств магнитно-твердых материалов,— выражается формулой:

W_м == (В_d Н_d /2)м,

где В_d - индукция, со­ответствующая максимальному значе­нию удельной объемной энергии, Тл;

Н_d — напряженность магнитного поля, соответствующая максимальному значе­нию удельной объемной энергии, А/м.

Кривые 1 размагничивания и 2 удельной магнитной энергии разомкнутого магнита изображены на рис. 7. Кривая 1 показывает, что при неко­тором значении индукции В_d и соответствующей напряженности магнитно­го поля Нd удельная объемная энергия постоянного магнита достигает максимального значения W_M .. Это наибольшая энергия, создаваемая по­стоянным магнитом, в воздушном зазоре между его полюсами, отнесенная к единице объема магнита. Чем больше числовое значение W_M, тем лучше магнитно-твердый материал и, следовательно, тем лучше изготовленный из него постоянный магнит.

Классификация магнитных материалов

Согласно поведению в магнитном поле все магнитные материалы де­лятся на две основные группы — магнитно-мягкие и магнитно-твердые.

Магнитно-мягкие материалы характеризуются большими значениями начальной и максимальной магнитной, проницаемости и малы­ми значениями коэрцитивной силы (Нc < 4000 А/м) и легко намагничи­ваются и размагничиваются. Кроме того, они отличаются малыми потеря­ми на гистерезис, т.е. им соответствует узкая гистерезисная петля (рис. 8, а, б).

а). г).

Рис. 8. Петли гистерезиса для магнитно-мягкого (?а, б) и магнитно-твердого (в, г) материалов

Итак, магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса (рис. 8,а,б) (рис.164), они обладают малым запасом магнитной энергии и легко перемагничиваются, магнитная проницаемость в слабых и сильных полях велика. Магнитомягкие материалы характеризуются высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой (Н_с < 4 кА/м) и малыми потерями на гистерезис. Их можно разделить на 3 группы:

1. металлические магнитные материалы (железо и его сплавы) применяются в основном в звуковом диапазоне частот. Наиболее высокочастотный металлический магнитный материал - пермаллой;

2. магнитодиэлектрики;

3. ферриты.

Магнитные характеристики магнитно-мягких материалов зависят от их химической чистоты и степени искажения кристаллической структуры. Чем меньше различных примесей в магнитно-мягком материале, тем выше его характеристики, т. е. больше µ _н и µ _м, но меньше Н_с и потери на гистере­зис. Поэтому при производстве магнитно-мягких материалов стараются удалить из них наиболее вредные примеси — углерод, фосфор, серу, кисло­род, азот и различные оксиды. Одновременно стремятся не искажать кри­сталлическую структуру материала и не вызывать в нем внутренних напряжений. Из магнитомягких материалов изготавливают сердечники дросселей и трансформаторов электронных узлов.

Магнитно-твердые м а т е р и а л ы обладают большими коэрци­тивной силой (Н_с > 4000 А/м) и остаточной индукцией (В_r > 0,1 Тл). Им соответствует широкая гистерезисная петля (рис. 44, в), т. е. они с боль­шим трудом намагничиваются. Будучи намагниченными, магнитно-твердые материалы могут долго сохранять магнитную энергию, т. е. слу­жить источником постоянного магнитного поля, поэтому их применяют главным образом для изготовления различных постоянных магнитов.

Магнитотвердые материалы применяются для изготовления постоянных магнитов. К магнитотвердым материалам относятся некоторые углеродистые стали, вольфрамовая, хромистая и кобальтовая стали, сплавы альни (алюминий + никель), альниси (Al+Ni+Si) (алюминий+никель+кремний), альнико (Al+Ni+Co) (алюминий+никель+кобальт) и магнико (Ма+Ni+Co) (магний+никель+кобальт), а также ферриты кобальта и бария.

Магнитотвердые материалы имеют широкую петлю гистерезиса

(рис. 8, в,г) (рис. 165) и большой запас магнитной энергии.

По составу все магнитные материалы делятся на металлические, неме­таллические и магнитодиэлектрики.

К металлическим магнитным материалам относят чистые металлы (же­лезо, кобальт, никель) и магнитные сплавы некоторых металлов;

К неме­таллическим — ферриты, получаемые из порошкообразной смеси оксидов железа и других металлов. Отпрессованные ферритовые изделия (напри­мер, сердечники) подвергают термической обработке (обжигу при 1300—1500 °С). В результате этого, они превращаются в твердые моно­литные магнитные детали. Ферриты, так же как и металлические мате­риалы, могут быть магнитно-мягкими и магнитно-твердыми.

Магнитодиэлектрики представляют собой композиционные материалы, состоящие из 60—80% порошкообразного магнитного материала и 40—20% диэлектри­ка.

Ферриты и магнитодиэлектрики отличаются от металлических маг­нитных материалов большим удельным электрическим сопротивлением

(р = 10² — 10⁸ Ом • м), что резко снижает потери на вихревые токи. Это позволяет широко использовать их в технике высоких частот. Кроме того, многие ферриты обладают стабильностью своих магнитных характеристик в широком диапазоне частот, включая СВЧ.

Металлические магнитно-мягкие материалы

Основными металлическими магнитно-мягкими материалами, приме­няемыми в РЭА, являются карбонильное железо, пермаллои, альсиферы и низкоуглеродистые кремнистые стали.

Карбонильное железо —это тонкодисперсный порошок, со­стоящий из частиц сферической формы диаметром 1—8 мкм. Карбонильное железо получают термическим разложением пентакарбонила железа Fe(CO)₅ — соединения оксида углерода с железом. При термическом разложении па­ров пентакарбонила железа выделяются частицы чистого железа. В резуль­тате загрязнения частиц карбонильного железа оксидом углерода полу­ченный порошок подвергают термической обработке в среде водорода. Карбонильное железо в таком виде обладает высокими магнитными ха­рактеристиками: μ_н = 2500 - 3000; μ_м =20000-21 000; Н_с = 4,5 - 6,2 А/м.

В основном порошкообразное карбонильное железо применяют при из­готовлении высокочастотных магнитодиэлектрических сердечников. Кроме того, из карбонильного железа методом керамического спекания можно изготовлять монолитный металл, но это экономически нецелесообразно,

Пермаллои — пластичные железоникелевые сплавы с содержанием никеля 45 — 80 % — обладают высокой пластичностью, поэтому легко про­катываются в тонкие листы и ленты толщиной до 1 мкм. С целью улуч­шения тех или иных свойств в пермаллои вводят молибден, хром, крем­ний или медь, получая легированные пермаллои. Пермаллои, содержащие 45—50% никеля, называются низконикелевыми; 60—80% — высоконике­левыми.

Все пермаллои отличаются высокими магнитными характеристиками (табл. 15 и 16), которые обеспечиваются не только их составом и химиче­ской чистотой сплава, но также специальной термической обработкой. Она заключается в нагреве со скоростью 400—500 °С в 1 ч, выдержке сплава при 1000—1150°С в течение 3—6 ч и последующем охлаждении со ско­ростью 100—200 °С в 1 ч до комнатной температуры. Некоторым пермаллоям необходим повторный нагрев до 600 °С и быстрое охлаждение на медной плите со скоростью 150 "С в 1 мин.

Таблица 15. Основные характеристики нелегированных пермаллоев

Содер- жание никеля, %	Начальная магнитная проницаемость	Максимальная магнитная проницаемость	Коэрцитивная сила, А/м	Удельное электрическое сопротивление, - мкОм • м
78,5	7000-14000	130000-270000	2-3	0,25
	3000-3700	120000-200000	3-5	0,33
	2000-3000	50000-70000	6-10	0,45

Таблица 16. Основные характеристики легированных пермаллоев

Содержание никеля, %	Содержа- ние леги- рующих элементов	Начальная магнитная проница­емость	Максималь­- ная магнит- ­ная прони- цаемость	Коэрцитивная сила, А/м	Удельное электрическое сопротивление, мкОм • м
78,5	3,8 Мо 2 Мо		250 000	0,7	0,55 0,48
	4 Сг		/		0,95

Для улучшения магнитных характеристик пермаллоев их отжигают в водороде или в вакууме.

Из табл. 15 и 16 следует, что наибольшим удельным электрическим со­противлением, а следовательно, малыми потерями на вихревые токи и лучшими магнитными характеристиками обладают легированные пер­маллои, поэтому их применяют в высокочастотных узлах РЭА.

Все виды пермаллоев чувствительны к механическим деформациям ма­териала — наклепу при резке, штамповке и другим механическим воздей­ствиям. Поэтому изделия из пермаллоя, полученные такими способами, подвергают дополнительной термической обработке — отжигу в вакууме. Отжиг состоит в их нагреве до 900—1100 "С, выдержке при этой темпера­туре и охлаждении со скоростью, установленной для пермаллоя данного состава.

Пермаллои поставляют в виде лент толщиной 0,002—0,5 мм, листов толщиной 1—2 мм и прутков 0 5—50 мм и более. Низконикелевые пер-маллои применяют для изготовления сердечников, дросселей, малогаба­ритных трансформаторов. Легированные низконикелевые и высоконике­левые пермаллои применяют для деталей аппаратуры, работающих на частотах до 1—5 МГц. В магнитных усилителях применяют пермаллои. (50НП, 79НМ, 80НМ), обладающие прямоугольной гистерезисной петлей, мало зависящей от температуры. Магнитные характеристики пермаллоев стабильны в интервале температур от -60 до + 60 ^оС.

Альсиферы представляют собой нековкие хрупкие сплавы, состоя­щие из 5,5—13% алюминия, 9—10% кремния, остальное—железо. Про­мышленные сорта альсифера имеют следующие характеристики:

μ_н = 6000- 7000; μ_м = 30000-35000; Нс == 2,2 А/м; р = 0,8 мкОм.*м.

Альсифер заменил пермаллои в сравнительно ограниченной области применения. Из него изготовляют литые сердечники, работающие в диапа­зоне частот не более 50 кГц, так как на более высоких частотах в них воз­никают большие потери на вихревые токи. Для изготовления магнитных головок применяют стойкий к истиранию сплав 16ЮХ на основе 16% алюминия, 2,5% хрома и остальное железо. Магнитные характеристики этого сплава: μ_м = 15000; μ_м = 140000, а удельное электрическое сопроти­вление р ≈ 1,5 мкОм*м.

Низкоуглеродистые кремнистые стали представляют собой сплавы железа с 0,8—4,8% кремния. В кремнистых сталях содержит­ся не более 0,08 % углерода. Кремнистая сталь прокатывается в листы и ленты толщиной 0,05—1 мм и является сравнительно дешевым материа­лом. При выработке стали кремний находится в ней в растворенном со­стоянии и реагирует с закисью железа FeO. При этом из стали выделяется чистое железо и образуется кремнезем 2FeO + Si = 2Fe + Si0₂.

Кремнезем повышает удельное электрическое сопротивление стали и снижает потери на вихревые токи. Кремний способствует росту кристал­лов. железа, а также вызывает распад цементита Fe₃C, что повышает маг­нитные характеристики стали. Введение большого количества кремния в сталь улучшает ее магнитные характеристики, но повышает хрупкость, которая затрудняет изготовление из стали штампованных деталей. Поэто­му в сталь вводят не более 4,8% кремния.

Листы кремнистой стали изготовляют прокаткой заготовок в нагретом или ненагретом состоянии, поэтому различают горячекатаную и холодно­катаную кремнистую сталь. Как известно, железо имеет кубическую струк­туру кристаллов и намагничивается наиболее интенсивно, когда направле­ние магнитного поля совпадает с направлением ребра куба кристалла стали. Поэтому листы кремнистой стали несколько раз прокатывают в хо­лодном состоянии в одном и том же направлении, после чего отжигают в атмосфере водорода при 900 °С. При отжиге из листов удаляются приме­си, снижающие магнитные свойства материала, кроме того, деформиро­ванные прокаткой кристаллы железа принимают прежнюю форму.

Холоднокатаные кремнистые стали, у которых ребра кристаллов желе­за расположены в направлении прокатки, называются текстурованными. Преимущества холоднокатаных текстурованных сталей перед горячека­таными видны из табл.. 17, а также.из. рис. 45.

Таблица 17. Основные xapaктеристики кремнистых высоколегированных сгалей

Содержание кремния.и стали, %	Характер прокатки стали	Начальная магнитная проницае­мость	Максимальная магнитная проницаемость	Коэрцитивная сила, А/м
4,0 3,8	Горячекатаная Холоднокатаная.	300-400 600-900	6000 - 8000 2000-35000	31-33 9,5-14

45. Кривые намагни­чивания холоднокатаной 1 и горячекатаной 2 кремнистых сталей (соста­вы сталей одинаковы).

Улучшенные магнитные характеристики холоднокатаных сталей наблюдаются толь­ко при совпадении направления магнитного потока с направлением их прокатки. При несовпадении этих направлений магнитные характеристики холоднокатаных сталей ниже горячекатаных. Поэтому наиболее рацио­нально применять холоднокатаные текстурованные стали в ленточных сердечниках. Сравнивая магнитные характеристики крем­нистых сталей (см. табл. 15) с магнитными характеристиками пермаллоев (см. табл. 13 и 14), можно заметить огромные преимуще­ства последних. Поэтому стали применяют в менее ответственных узлах радиоаппаратуры, где не нужна большая магнитная проницае­мость и можно допустить некоторые потери энергии.

Металлические магнитно-твердые материалы

Магнитно-твердые материалы применяют для изготовления по­стоянных магнитов, используемых в радиоаппаратуре. Основное требова­ние, предъявляемое к постоянным магнитам, заключается в том, что они должны создавать в воздушном. зазоре между своими полюсами магнит­ное поле с постоянными напряженностью и магнитной индукцией. Для этого постоянный магнит должен обладать большой магнитной энергией, т. е. магнитно-твердые материалы должны иметь возможно большие коэр­цитивную силу и остаточную' магнитную индукцию.

У всякого постоянного магнита с течением времени уменьшается маг­нитный поток, а следовательно, удельная магнитная энергия. Этот про­цесс, называемый старением магнита, может быть обратимым и необра­тимым. Один вид старения наступает в результате вибраций, ударов, резкого изменения температуры магнита. Такому магниту можно возвра­тить прежние магнитные свойства повторным намагничиванием. Другой вид старения связан с изменением структуры магнитно-твердого материа­ла и является необратимым. Итак, вторым требованием к магнитно-твердым материалам является устойчивость их к старению.

Металлические магнитно-твердые материалы можно разделить на три основные группы: мартенситные высокоуглеродистые легированные стали; сплавы на основе железа — алюминия — никеля; металлокерамические маг­нитно-твердые материалы.

Мартенситная структура в высокоуглеродистых сталях образуется за­калкой — нагревом до температуры, при которой сталь переходит в раствор углерода в железе (аустенит), и последующим резким охлаждением в воде или масле. При мартенситной структуре кристаллы железа резко искажаются — вытягиваются в длину, а мельчайшие (высокодисперсные) частицы карбида (Fe₃C), рассеиваясь в микроструктуру стали, увеличивают внутренние напряжения в ее кристаллах. Это обеспечивает магнитную твердость постоянным магнитам, изготовленным из мартенситных сталей. Постоянные магниты из закаленной легированной стали обладают сравни­тельно большой коэрцитивной силой и остаточной магнитной индукцией.

В качестве мартенситных сталей применяют хромистые, вольфрамовые и кобальтовые. В хромистых сталях легирующим компонентом являются хром (1,3—3,6%), в вольфрамовых—вольфрам (5,5—6,5%) и хром (0,3—0,5%), в кобальтовых—кобальт (5—17%), молибден (1,2—1,7%) и хром (6- 10%). Эти стали содержат 0,9- 1,1 % углерода, остальное - же­лезо.

Постоянные магниты изготовляют из стальных прутков и полос мар­тенситных сталей горячей ковкой или штамповкой. После механической обработки их закаливают 6а мартенсит, а затем намагничивают. Для ста­билизации магнитных характеристик все магниты подвергают искусствен­ному старению — многочасовой выдержке их в кипящей воде.

Основные магнитные характеристики стальных магнитов следующие:

хромистых Вr = 0,90 Тл; Hс = 4600 А/м; W_м = 2,4 кДж/м³; вольфрамовых

Вr = 1 Тл; Hс = 5000 А/м; W_м = 5,5 кДж/м³; кобальтовых Вr =0,95 -1,1 Тл; Н_с = 80QO - 13 600 А/м; W_м =11,0 кДж/м³. Лучшими являются ко­бальтовые стали, но они значительно дороже хромистых и вольфрамовых. Все стали являются доступными и легко обрабатываемыми материалами, но применение их ограничено из-за относительно невысоких магнитных характеристик.

Более высокими магнитными характеристиками обладают магнитно-твердые сплавы на основе железа — алюминия — никеля, легированные ко­бальтом, медью, титаном и ниобием, например ЮНД12, ЮНДК15, ЮНДК18, ЮН13ДК14 и др. Буквы в марках сплавов обозначают: Ю — алюминий, Н — никель, Д — медь, К — кобальт, Б — ниобий, Т — титан. Цифры, стоящие за соответствующей буквой, показывают содержание данного компонента сплава в процентах (по массе). Магниты из этих спла­вов могут быть получены только методом литья и имеют высокие маг­нитные. характеристики: В_r =0,5 -1,4 Тл; H с =(42-145)-10³ А/м;

W_m =14—32 кДж/м³. Такого уровня магнитных характеристик достигают благодаря процессу дисперсионного отверждения, который заключается в следующем. Магнит нагревают до 1100—1200 °С, при этом составные ча­сти сплава растворяются в железе. Затем при быстром охлаждении магни­та в его материале образуется перенасыщенный твердый раствор компо­нентов сплава.

Растворенные в избыточном количестве в железе компоненты сплава с течением времени начинают выпадать в виде высокодисперсных частиц, которые, рассеиваясь по объему магнита, вызывают внутреннее напряжение

в кристаллах железа. Это обеспечивает сплаву большие коэрцитивную силу и остаточную магнитную индукцию. Чтобы ускорить этот процесс, производят отпуск магнита, соблюдая критическую скорость охлаждения (15—30°С в 1 с). Такая обработка магнитов называется дисперсионным

•твердением.

Магнитные характеристики сплавов с содержанием кобальта от 12% и выше можно повысить термомагнитной обработкой отлитых магнитов. 'Для этого магнит нагревают до 1300°С и охлаждают в сильном магнит­ном поле (скорость охлаждения 10—15 "С в 1 с). Вследствие ориентации доменов в направлении действия внешнего магнитного поля охлажденные магниты приобретают магнитную текстуру, в результате этого их энергия возрастает на 20—30% за счет резкого увеличения остаточной магнитной индукции. Магниты из этих сплавов значительно более стойки к старению, чем мартенситные стали. Недостатком этих сплавов является то, что они не поддаются обычным методам механической обработки из-за большой твердости и хрупкости. Магниты из кобальтовых железоникельалюми-ниевых сплавов можно обрабатывать шлифованием.

Металлокерамические маг­ниты

Магниты очень малых размеров или сложной формы в массовом про­изводстве стараются изготовлять из металлокерамических материалов, которые получают из металлических порошков. Металлокерамические маг­ниты изготовляют на основе порошков железо — никель — алюминий или железо — никель — алюминий — кобальт, которые берут в соотношениях, обеспечивающих твердость магнитам после их прессования и последующе­го спекания при высоких температурах. Металлы и их сплавы измельчают до частиц размером не менее 10 мкм. Из порошкообразной исходной массы магниты прессуют при давлении 1,0—1,5 МПа. Отпрессованные магниты спекают в защитной атмосфере или вакууме при 1100—1300°С. Спеченные магниты закаливаьот, а затем производят отпуск, охлаждая их с заданной скоростью. Для улучшения магнитной твердости магнитов, в состав которых входит кобальт, их подвергают термомагнитной обра­ботке под действием внешнего магнитного поля.

Металлокерамичёские магниты в готовом, виде имеют небольшую по­ристость (2—5%), которая несколько снижает их магнитные характеристи­ки. Достоинствами металлокерамических магнитов являются чистота их поверхности, не требующая дополнительной обработки, и точность за­данных размеров. Магниты, из металлокерамических материалов можно обрабатывать только шлифованием. Магнитно-твердые материалы на ос­нове редкоземельных металлов и кобальта отличаются большими коэрци­тивной силой и удельной объемной энергией. Эти сплавы представляют собой интерметалличсские соединения типа RCO₅, в которых R — редкозе­мельный металл (иттрий, самарий или цезий), остальное — кобальт. По­стоянные магниты из этих веществ могут быть получены методом холод-

ного прессования из порошкообразных масс с последующим спеканием или методом литья. Полученные образцы постоянных магнитов этих составов обладают следующими характеристиками: Вr = 0,80 — 95 Тл;

H_c == (10- 13) • 103 А/м; W_м =60-90 кДж/м^З.

Ферриты

Ферриты представляют собой соединения оксида железа Fе₂Оз с окси­дами других металлов ZnO; NiO и др. Ферриты изготовляют из порош­кообразной смеси оксидов этих металлов. Отпрессованные ферритовые из­делия подвергают спеканию при высоких температурах. Название феррита определяется названием двухвалентного или (реже) одновалентного метал­ла, оксид которого входит в состав феррита. Так, если в состав феррита входит оксид цинка ZnO, то феррит называется ферритом цинка, если ок­сид никеля NiO — ферритом никеля и т.д.

Ферриты, в состав которых кроме оксида железа Fе₂Оз входит только один оксид другого металла, называются простыми. Химическая формула простого феррита в общем виде - записывается так: МеО * Fe₂O₃ или MeFe₂0₄, где Me — обозначение металла, оксид которого входит в состав феррита. Химические формулы ферритов цинка и никеля записываются так: ZnFe₂0₄ или NiFe₂0₄.

Не все простые ферриты обладают магнитными свойствами. Так, фер­риты цинка и кадмия CdFe₂0₄ являются немагнитными, веществами. На­личие или отсутствие магнитных свойств у простых ферритов определяет­ся их составом и распределением ионов в кристаллической решетке. Перечисленные выше простые ферриты имеют кубическую решетку типа шпинели. Такая решетка представляет собой плотную упаковку двухва­лентных отрицательно заряженных ионов кислорода, между которыми распределены положительно заряженные ионы металлов, окруженные четырьмя или шестью ионами кислорода. Ионы металлов в кубической

ре­шетке шпинели могут распределяться, образуя нормальную либо обра­щенную шпинель. Ферриты цинка и кадмия, кристаллизующиеся в

нор­мальную шпинель, не обладают магнитными свойствами, а ферриты, кри­сталлизующиеся в обращенную шпинель, обладают магнитными свойствами.

Наилучшими магнитными характеристиками обладают сложные или смешанные ферриты, представляющие собой твердые растворы одного простого феррита в другом. В этом случае могут быть использованы и немагнитные ферриты в сочетании с магнитными простыми ферритами. Например, твердый раствор двух простых ферритов цинка и никеля образует смешанный никель-цинковый феррит, химическую формулу которого за­писывают так: Ni_хZn(_{1 - х})*Fe₂0₃. В приведенной формуле х обозначает молярную долю* оксида никеля в материале, а (1- х) — молярную долю оксида цинка, причем сумма этих долей равна единице. (* Молярная доля — количество данного оксида в феррите).

Ферриты изготовляют по технологии производства керамики, т. е. ис­ходные порошкообразные оксиды металлов, взятые в определенном соот­ношении, измельчают в мельницах. Из этой смеси тонкопомолотых

по­рошков прессуют брикеты, которые подвергают первоначальному обжигу в печи. Спекшиеся брикеты размалывают и в полученный

тонкодисперсный порошок вводят какой-либо пластификатор, например раствор поливинилового спирта. Из полученной массы прессуют ферритовые изде­лия (сердечники, кольца), которые обжигают при 1000 — 1400 ^оC. Полу­ченные твердые хрупкие изделия (преимущественно черного цвета) можно обрабатывать только шлифованием.

Наиболее широко применяют в РЭА смешанные магнитно-мягкие фер­риты: никель-цинковые, марганец-цинковые, литий-цинковые. Условные обозначения ферритов: НН — никель-цинковые; НМ — марганец-цинковые; ВЧ — литий-цинковые высокочастотные; СЧ — сверхвысокочастотные; ВТ — с прямоугольной гистерезисной петлей. Цифры, стоящие впереди буквенных обозначений, указывают среднее значение начальной магнитной проницаемости. В марках сверхвысокоча­стотных ферритов эти цифры обозначают среднюю длину волны (см), в марках ферритов с прямоугольной гистерезисной петлей — коэрцитив­ную силу (А/м). Например: 4000НМ — марганец-цинковый феррит с на­чальной магнитной проницаемостью, равной 4000; 150ВЧ — высокоча­стотный феррит с начальной магнитной проницаемостью 150.

Магнитные характеристики широко применяемых магнитно-мягких ферритов приведены в табл. 18.

Таблица 18. Основные характеристики магнитно-мягких ферритов

Марка феррита	Начальная магнитная проницае- мость (среднее	Коэрци- ­тивная сила, А/м	Удельное электрическое сопротивление, Ом • м	Граничная частота *, МГц	Темпера­тура Кюри, °С
	значение)
6000НМ			0,1	0,01
4000НМ			0,5	0,7
З000НМ			0,5	0,8
2000ИМ			0,5	1,5
1000НМ			0,5	J,6
1000НН				' 0,4
600НН			10^2	1,2
400НН			10^3	2,0
200НН			10^3	3,0
150ВЧ			10^6
100ВЧ			10^4
50ВЧ2			10^6
10ВЧ1			10^8

* Граничной называют частоту, при превышении которой начинается резкое, падение магнитной проницаемости и увеличение потерь энергии в феррите.

Дополнительными характеристиками ферритов являются: плотность 3800-5000 кг/м³; КТР=(5-12).1(Г⁶ 1/°С; пористость 1-15%.

Из рис. 9 следует, что приведенные здесь ферриты по сравнению с ме­таллическими магнитно-мягкими материалами обладают малой индукцией насыщения, поэтому в сильных полях их применять не рационально. Имеются ферриты, например НМС, которые обладают большой индук­цией насыщения. Из табл. 18 видно, что чем меньше начальная магнитная

проницаемость феррита, тем в более широ­ком диапазоне частот он может быть ис­пользован.

     

Рис. 9. Кривые намагничи­вания марганец-цинковых (НМ) от

никель-цинковых (НН) фер­ритов:

1 - 4000 НМ, 2 - 3000 НМ, 3 -2000 НМ, 4 - 1000 НМ, 5 -2000 НН, 6 - 600 НН, 7 - 400 НН; 8 - 200 НН.

Достоинствами ферритов являются ста­бильность магнитных характеристик в широком диапазоне частот, малые по­тери на вихревые токи, малый коэффици­ент затухания электромагнитной волны, а также простота изготовления ферритовых деталей. Как все магнитные материалы, ферриты сохраняют свои магнитные свой­ства только до температуры Кюри Тк. У различных по составу ферритов значения Тк колеблются в широких пределах: от 70 до 500 °С. В радиоаппаратуре СВЧ металлические магнитные материалы и низкочастотные ферриты (никель-цинковый и др.) не могут применяться из-за мало­го удельного электрического сопротивления, которое приводит к большим потерям на вихревые токи.

В технике СВЧ применяют поликри­сталлические и монокристаллические ферриты. К поликристаллическим относятся литиевый (10СЧ9), магниевые, никелевые и другие ферриты. Эта группа ферритов обладает большим удельным электрическим сопротивлением (10⁸ —- 10¹⁰ Ом-м) и стабильностью магнитных характеристик в диапазоне СВЧ. Широкое применение в технике СВЧ получили ферриты-гранаты, отличающиеся повышенным удельным электрическим сопротивлением и малыми диэлектрическими потерями.

Для изготовления постоянных магнитов используют магнитно-твердые ферриты, наибольшее применение из которых получили ферриты бария ВаО-6Fe₂Оз. В отличие от магнитно-мягких бариевые ферриты имеют не кубическую, а гексагональную кристаллическую структуру, обладающую магнитной анизотропией, которая увеличивает коэрцитивную силу этих ферритов. По своей структуре ферриты бария представляют собой поли­кристаллические материалы, состоящие из множества кристаллических ча­стиц, ориентированных произвольно, что определяет однородность свойств феррита во всех направлениях. Эти ферриты являются изотропны­ми (марка БИ).

Если же в процессе прессования магнитов порошкообразную массу подвергнуть воздействию внешнего магнитного поля большой напряженности (Н ≈ 800 кА/м), кристаллические частицы будут ориентированы в одном направлении. Изготовленные таким образом бариевые магниты являются анизотропными (марка БА), которые после обжига в печах и на­магничивания обладают более высокими магнитными характеристиками по сравнению с изотропными. Магниты, изготовленные из бариевых фер­ритов, обладают большим удельным электрическим сопротивлением (10³— 10⁶Ом • м). Для лучшего использования бариевым магнитам при­дают форму, при которой их длина мала по сравнению с сечением.

Бариевые ферриты отличаются хорошей стабильностью своих

характе­ристик, но чувствительны к резкому изменению температуры. Их изгото­вляют из недефицитпых порошкообразных материалов — оксидов железа Fe₂0₃ и углекислого бария ВаСО₃; методами керамической технологии. Магниты из бариевых ферритов значительно дешевле магнитов из железоникельалюминиевых сплавов и других металлических материалов.

Недостатками всех ферритов являются хрупкость, а также резко выра­женная зависимость магнитных свойств от температуры и механических воздействий. Ферриты являются магнитными полупроводниками, и, следо­вательно, с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, что вызывает увеличение потерь на вихревые токи. Широко применяемые бариевые ферриты приведены в табл. 19.

Таблица 19. Основные характеристики магнитно-твердых бариевых ферритов

				Удельное
Марка феррита *	Остаточная магнитная индукция, Тл	Коэрцитив- ная сила, кА/м	Максималь- ная магнитная энергия, кДж/м^3	электриче­ское сопро­тивление**, мкОм-м	Температура Кюри, °С
6БИ240	0,19
7БИЗ00	0,20
16БА190	0,30
15БАЗ00	0,30	300.
18БА220	0,33
22БА220	0,36			10^3 - 10^6
24БА210	0,37
25БА150	0,38
28БА170	0,38
28БА190	0,39

* В марках ферритов, первые цифры обозначают (ВН)_maх; цифры, стоящие после букв,—значения Н_c; буквы — Б — бариевые ферриты, И—изотропная структура. А—анизо­тропная структура.

** Неконтролируемые ГОСТом параметры.

Магнитодиэлектрики

Магнитодиэлектрики представляют собой композиционные материалы, состоящие из мелкодисперсных частиц, магнитно-мягкого материала, со­единенных друг с другом каким-либо органическим или неорганическим диэлектриком. В качестве мелкодисперсных магнитно-мягких материалов применяют карбонильное железо, альсифер и некоторые сорта пермаллоев, измельченных до порошкообразного состояния. В качестве диэлек­триков применяют эпоксидные или бакелитовые смолы, полистирол, жид­кое стекло и др.

Назначение диэлектрика состоит не только в том, чтобы соединить

ча­стицы магнитного материала друг с другом, но и создать между ними электроизоляционные прослойки и тем самым повысить удельное

электрическое сопротивление матнитодиэлектрика. Это резко снижает потери на вихревые токи и создает возможность использования магнитодиэлектриков на высоких частотах (от 10 до 100 МГц в зависимости от состава магнитодиэлектрика). Магнитодиэлектрики на основе карбонильного же­леза и полистирола могут работать на более высоких частотах по сравнению с магнитодиэлектриками на основе альсифера и бакелитовых смол.

Интервал рабочих температур карбонильных магнитрдиэлектриков — от -60 до +100°С, а из альсифера - от -60 до +120 "С.

При содержании в магнитодиэлектриках 15—40% диэлектрика,

являю­щегося диамагнитным материалом (μ < 1), их магнитные характеристики снижаются в десятки раз по сравнению с исходным ферромагнитным на­полнителем (карбонильное железо, альсифер и др.).

Несмотря на несколько пониженные магнитные характеристики,

чем у ферритов, магнитодиэлектрики применя­ют для изготовления сердечников высоко­частотных узлов радиоаппаратуры. Это обусловлено большой стабильностью маг­нитных характеристик магнитодиэлектриков по сравнению с ферритами и возмож­ностью изготовления из них сердечников сложной формы (рис. 10). Магнитодиэлектрические изделия получают горячим прес­сованием или литьем под давлением. Про­изводство изделий из магнитодиэлектриков значительно проще, чем из ферритов, так как они не нуждаются в высокотем­пературной тепловой обработке. Кроме того, изделия из магнитодиэлектриков от­личаются более высокой чистотой поверх­ности и точностью размеров.

Рис. 10. Магнитодиэлектрические сердечники сложной фор­мы (броневые закрытые)

Наиболее высокими магнитными характеристиками обладают

магнитодиэлектрики, наполнителем в которых служит молибденовый пермаллой или карбонильное железо. Чем выше давление при прессовании магнитодиэлектрических деталей, тем выше их магнитная проницаемость и др. Эти давления колеблются в пределах (14 — 20) х I0² MПa в зависимости от формы и сложности прессуемого изделия. Удельное электрическое сопро­тивление магнитодиэлектриков 10⁴ — 10⁶ Ом • м.

Контрольные вопросы.

1. Перечислите магнитные характеристики, по которым оцениваются магнитные свойства материалов. 2. На какие основные группы делят магнитные материалы и какие характерные особенности имеет каждая группа? 3. Какие требования предъявляют к магнитро-мягким и магнитно-твердым материа­лам? 4. Что представляет собой пермаллой и каковы его магнитные характеристи­ки.? 5. Что представляет собой, карбонильное железо и где его применяют? 6. Что представляют собой кремнистые стали и где их применяют? 7. Перечислите магнитно-твердые металлические материалы и приведите их примерный состав. 8. Что представляют собой ферриты и на какие основные группы их делят? 9. Что пред­ставляют собой магнитодиэлектрики? 10. Перечислите требования, предъявляемые к высокочастотным магнитным материалам.

Дата добавления: 2014-01-07