 |
Прочие магнитотвердые материалы
|
|
|
|
Магнитотвердые материалы
Основными характеристиками магнитотвердых материалов являются: Нс, Вr и максимальная удельная энергия, отдаваемая во внешнее пространство wA. Магнитная проницаемость у этих материалов значительно меньше, чем у магнитомягких. Постоянный магнит при замкнутом магнитопроводе, например в виде тороидального сердечника, практически не отдает энергию во внешнее пространство. Для использования магнитной энергии постоянных магнитов в замкнутом магнитопроводе делают воздушный зазор определенных размеров и конфигурации.
Удельная энергия магнитного поля в единице объема, выраженная в Дж/м3, определяется формулой
w = BH/2.
Это выражение справедливо и для воздушного зазора в магнитном материале.
Параметр максимальная удельная магнитная энергия – является важнейшим при оценке качества магнитотвердых материалов.
Вопрос стабильности свойств магнитов в ряде случаев имеет важное значение. Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается (старение магнита). Это явление может быть обратимым и необратимым. Обратимое старение происходит вследствие механических воздействий (ударов, толчков), резких колебаний температуры, действия внешних постоянных полей. После вторичного намагничивания свойства магнита восстанавливаются.
Необратимое старение связано с изменением структуры магнитного материала. Оно не восстанавливается при повторном намагничивании.
Магнитотвердые материалы по составу и способу получения классифицируют:
1) литые – на основе сплавов железо-никель-алюминий и железо-никель-алюминий-кобальт;
2) порошковые, изготовляемые путем прессования с последующей термообработкой;
|
|
|
3) прочие, имеющие ограниченное применение, к которым относят: пластически деформируемые сплавы, эластичные магниты, магнитные носители информации.
По назначению магнитотвердые материалы различают: для постоянных магнитов, материалы для записи и хранения информации.
Литые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al(Co)
Эти материалы являются основными промышленными материалами для изготовления постоянных магнитов.
Сплавам этой системы свойственно высококоэрцитивное состояние, достигаемое за счет механизма дисперсионного твердения, которое происходит при охлаждении сплава от высоких температур до температур начала распада.
Маркировка этих материалов содержит буквы Ю и Н, соответствующие наличию в них алюминия и никеля. Для улучшения магнитных свойств их дополнительно легируют медью, кобальтом, титаном или ниобием, и в название марки добавляется соответствующая буква Д, К, Т, Б.
Механическая обработка литых магнитов практически исключена (лишь шлифовка с применением алмазного инструмента).
Бескобольтовые сплавы ЮНД, ЮНТ являются самыми дешевыми, но их магнитные свойства невысоки.
Кобальтовые сплавы ЮНДК15 и ЮНДК18 используют, когда необходимы более высокие магнитные свойства, одинаковые во всех направлениях.
Порошковые магнитотвердые материалы
Для изготовления миниатюрных постоянных магнитов достаточно сложной формы широко используют порошковые магнитотвердые материалы. Высококоэрцитивное состояние этих материалов достигается за счет еще большей измельченности исходного материала, чем у литых материалов.
Они разделяются на оксидные, металлопластические, микропорошковые и металлокерамические.
Из оксидных широкое применение нашли материалы на основе ферритов бария, кобальта и железа.
Бариевые магниты обладают следующими свойствами:
– Вост в 2-3 раза меньше чем у литых магнитов;
|
|
|
– Большая Нс, что обеспечивает им повышенную стабильность при воздействии внешних магнитных полей, ударов и т.п.;
– плотность почти в 1,5 раза меньше плотности ЮНДК, что существенно снижает массу магнитных систем;
– ρ (104 – 107) в миллионы раз выше сопротивления магнитотвердых сплавов, поэтому их используют в высокочастотных полях;
– не содержат дорогих и дефицитных металлов, поэтому они примерно в 10 раз дешевле магнитов из ЮНДК;
Недостатком бариевых магнитов является большая величина температурного коэффициента остаточной индукции по сравнению с литыми; плохие механические свойства (высокие хрупкость и твердость). Применение бариевых магнитов ограничено из-за необратимой потери ими магнитных свойств после охлаждения магнита до -60оС и ниже.
Выпускают двух типов: изотропные (БИ) и анизотропные (БА). Технология изготовления не отличается от технологии изготовления ферритов, т. е методом порошковой металлургии.
Кобальтовые не теряют своих магнитных свойств при низких температурах, но при нагревании до температуры выше 80 ºС проявляется магнитный гистерезис.
В силу большой хрупкости и невысоких механических свойств крепление бариевых и кобальтовых магнитов часто осуществляется с помощью клея. Высокая стоимость.
Технология изготовления отличается от бариевых операцией термомагнитной обработки, которая состоит в нагревании спеченных магнитов до температуры 300…350 ºС в течении 1,5 часов и охлаждении в магнитном поле в течение 2ч.
Микропорошковые магниты марганец – висмут получают прессованием специально подготовленного микропорошка, для чего марганцевовисмутовый сплав дробят до получения частиц однодоменных размеров (5…8мкм), пропускают через магнитный сепаратор, отделяя ферромагнитную фазу от немагнитных частиц, затем прессуют порошок ферромагнитной фазы при температуре примерно 300 ºС в магнитном поле и получают магниты, которые сохраняют свои свойства только до температуры не ниже 20 ºС.
Железные и железокобальтовые магниты из микропорошков железа и железо-кобальта изготовляют с применением химических способов получения частиц нужного размера. Затем порошок прессуют и пропитывают раствором смол для повышения коррозионной стойкости.
|
|
|
Металлокерамические магниты изготовляют методом порошковой металлургии из металлических порошков сплавов ЮНДК, сплавов на основе платины, редкоземельных металлов.
Магнитные свойства металлокерамических магнитов на основе сплавов марки ЮНДК по сравнению с литыми магнитами ниже на 10-20% по параметрам Br и wmax за счет повышенной пористости. По механической прочности они в 3-6 раз превосходят литые.
Прочие магнитотвердые материалы
К ним относятся материалы, которые имеют узкоспециальное применение: пластически деформируемые сплавы, эластичные магниты, материалы для магнитных носителей информации, жидкие магниты.
Пластические обладают хорошими пластическими свойствами и могут подвергаться всем видам механической обработки. Из этих сплавов изготовляют ленты, листы, проволоку. Наиболее распространены сплавы викаллой и кунифе.
Викаллой – кобальт – ванадий применяют в качестве высокопрочной магнитной ленты или проволоки, а также для изготовления очень мелких магнитов сложной конфигурации. Сплав кунифе – медь – никель – железо обладает анизотропностью (намагничивается в направлении прокатки). Часто применяют в виде проволоки малого диаметра, а также штампованных деталей.
Высокая стоимость является основным недостатком этих сплавов.
Эластичные магниты изготовляют в основном на резиновой основе. Основным наполнителем является феррит бария. Эластичные магниты могут быть любой формы, которую допускает технология резины (в виде шнуров, лент, полос и т.д.). Их можно резать ножницами, штамповать, скручивать. Невысокая стоимость. «Магнитную резину» применяют в качестве листов магнитной памяти в ЭВМ, отклоняющих систем в телевидении, корректирующих систем.
Магнитные материалы для носителей информации. Магнитные параметры этих материалов должны отвечать следующим требованиям:
– остаточная индукция материала должна быть возможно более высокой для повышения уровня считываемого сигнала;
– величина коэрцитивной силы материала для уменьшения эффекта размагничивания должна быть как можно больше, но с другой стороны, для облегчения процесса стирания информации Нс должна иметь малое значение. Эти требования противоречивы;
|
|
|
– высокая временная и температурная стабильность магнитных свойств.
Материалами для магнитных носителей информации являются металлические ленты и проволока из магнитотвердых материалов, сплошные металлические, биметаллические или пластмассовые ленты и магнитные порошки, которые наносятся на ленты, металлические диски и барабаны, магнитная резина и др.
Жидкие магниты – это новый тип магнитотвердых материалов. Они представляют собой феррожидкостную систему, т. е. жидкость, наполненную мельчайшими частицами магнитотвердого материала. Жидкие магниты на кремнийорганической основе не расслаиваются под действием даже сильных магнитных полей, сохраняют работоспособность в широком диапазоне температур (-70 до +150оС).
|
|
|
