Магнитные материалы

1.

Магнитные материалы
M e M OR M S
S
MA
N
OR
+
M
- магнитный момент электрона
Jm
e
магнитный момент атома
M
i 1
A
намагниченность
J m km H
V
km
- магнитная восприимчивость
Образец помещенный в магнитное поле напряженностью
H Jm
H
Jm
H
Полное поле в образце – сумма внешнего поля и
намагниченности
H J m H k m H H
1 km
- магнитная проницаемость
1

2.

Классификация магнитных материалов
MA 0
MA 0
парараллельно
диамагнетики
(медь золото)
хаотично
антипараллельно
антиферромагнетики
ферримагнетики*
(хром
марганец)
(ферриты)
ферромагнетики
(железо
никель)
парамагнетики
(алюминий
платина)
*нескомпенсированные
антиферромагнетики
Классификация магнитных материалов
зависит от того как ориентированы
магнитные моменты соседних атомов
2

3.

Классификация магнитных материалов
диа
пара
антиферро
ферри
ферро
km -10-6
km 10-4
km 10-4
km 103 - 104
km 104 - 105
1
1
1
103 - 104
104 - 105
H + Jm
H + Jm
H
Jm
B 0 H
Намагниченность ферро
и ферримагнетиков во
много раз больше, чем
напряженность внешнего
магнитного поля
H
Jm
- магнитная индукция внутри
образца
3

4.

Свойства ферро и ферримагнетиков
Доменная структура
Кривая намагничивания
3
B
2
1
Гистерезис
B
Br
HC
0
1 В
0 Н
H
0
BS
H
1 – упругое намагничивание
3 - насыщение
Зависимость µ от Н
макс
3
2
BS – индукция насыщения
нач
1
Br – остаточная индукция
0
HC – коэрцитивная сила
Коэрцитивная сила – такая напряженность магнитного поля, при
которой материал размагничивается
H
4

5.

Свойства ферро и ферримагнетиков
Температурная зависимость
намагниченности
J
Температура Кюри
Jнас
Элемент
TК, С
Fe
771
Co
1115
Ni
354
Ni+25%Cu
105
Ni+5%Mo
120
М
ферро
пара
J1
TK
ТК - температура Кюри
T
Jнас > J1
5

6.

Сравнение ферро и ферримагнетиков
Сходство
• Доменная структура
• Похожие кривые намагничивания и петля гистерезиса
• Похожие температурные зависимости намагничивания
Различия
Ферро (Fe, Ni, Co)
• Низкое удельное
сопротивление
• Более высокая индукция
насыщения
Ферри (MeO Fe2O3)
• Высокое удельное
сопротивление
6

7.

Магнитные потери
В переменном магнитном поле происходит разогрев
образца вследствие магнитных потерь
Потери на вихревые токи
Потери на гистерезис
PГ f
PA PГ PТ
PT f 2 Bm2
Bmn
B
H
Bm
0
H
- пропорциональна площади
петли гистерезиса
I
- пропорциональна проводимости
Уменьшение потерь
• Материал с узкой петлей
гистерезиса
• Материал с высоким
• Разделение на изолированные
пластины
7

8.

Магнитные потери и поверхностный эффект
n2S
L 0
l
nI
H
l
- индуктивность сердечника (n – число витков)
- напряженность поля (n – число витков, I - ток)
Форма сердечника
l
S
z
B ( z ) B0 exp
S
l
стержневой
Поверхностный эффект
тороидальный
f 0
При высоких частотах намагничивается
приповерхностный слой толщиной
8

9.

Магнитострикция
Изменение размеров и формы тела при
намагничивании называется магнитострикцией
l
l
относительная деформация
характеризует магнитострикцию
l
l
Магнитострикция затрудняет процесс
намагничивания (т.е. магнитная
проницаемость снижается)
Fe
Ni
Н
Применение
Преобразователи энергии
(магнитной в механическую и
наоборот): излучатели и приемники
9

10.

Классификация магнитных материалов
(по величине потерь на гистерезис)
Магнитомягкие
Магнитотвердые
(с узкой петлей
гистерезиса)
(с широкой петлей
гистерезиса)
B
B
HC
H
H
Применение:
В трансформаторах,
дросселях, электромагнитах,
Постоянные магниты,
элементы памяти,
10

11.

Классификация магнитных материалов
Магнитомягкие
(по величине потерь на вихревые токи)
Низкочастотные
( мало)
• железо
• сталь
• пермаллой (Fe – Ni)
• альсифер (Fe-Si-Al)
Высокочастотные
( велико)
• ферриты
• магнитодиэлектрики
порошок
магнитного
материала
диэлектрик
магнитодиэлектрик –
композиционный материал
11

12.

Магнитомягкие низкочастотные материалы
Железо и стали
Материал
Карбонильное железо
нач
макс
2000
20000
Hc, А/м Bнас,Тл
6,4
0,1
Применение: магнитопроводы, работающие в постоянном поле
Электротехническая сталь
400
5000
10 - 65
2
Применение: генераторы, двигатели, силовые трансформаторы
Кремнистая электротехническая сталь - основной
магнитомягкий материал массового применения
12

13.

Магнитомягкие низкочастотные материалы
Пермаллои
(железо-никелевые сплавы)
Hc, А/м
Вид пермаллоев
нач
макс
Bнас, Тл
Низконикелевые
2000
20000
8 – 24
1
Высоконикелевые
40000
200000
1–8
0,75
Супермаллой
(Ni, Fe, Mo, Mn)
100000
1000000
0,3
0,79
Альсифер
(Fe, Si, Al)
35000
100000
1,8
-
Пермендюр
(Fe, Co, V)
300
1000
-
2
Применение: для изготовления малогабаритных трансформаторов,
реле
13

14.

Магнитомягкие материалы
Некоторые марки ферритов
Марка
нач
Тк , о С
макс
, Ом м
20000НМ
110
20000
35000
< 0,01
4000НМ
125
4200
7000
0,5
1000НН
110
1000
3000
104
150ВН
400
150
330
104
7ВН
450
7
15
106
Применение: сердечники катушек индуктивностей, стержневые антенны,
высокочастотные трансформаторы, магнитные головки в аудио и видео
аппаратуре
14

15.

Магнитотвердые материалы
Литые высококоэрцитивные
сплавы
Сплавы на основе
редкоземельных металлов
Fe – Ni – Al
Fe – Ni – Co – Al
RCo5
Hc,
кА/м
Br, Тл
ЮНД4
40
0,50
ЮНДК31Т3Б
92
1,15
ЮНДК35Т5Б
110
1,02
Сплав
Б – ниобий, Д – медь, Н – никель,
Т – титан, Ю – алюминий, К -кобальт
Сплав
Hc, кА/м Br, Тл
SmCo5
560
0,92
PrCo5
415
0,94
NdFeB
850
1,2
Применение: постоянные магниты, диски для записи информации
15