| 100 | 0,1 | 600 (при |
Магнитно-мягкие материалы
Магнитно-мягкие материалы - Магнитные материалы, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в относительно слабых магнитных полях напряжённостью Н Магнитно-мягкие материалы 8-800 а/м (0,1-10 э). При температурах ниже Кюри точки (См. Кюри точка) (у армко-железа (См. АРМКО-железо), например, до 768 °С) М.-м. м. спонтанно намагничены, но внешне не проявляют магнитных свойств, так как состоят из хаотически ориентированных намагниченных до насыщения областей (доменов (См. Домены)). М.-м. м. характеризуются высокими значениями магнитной проницаемости - начальной μa Магнитно-мягкие материалы 102-105 и максимальной μmax Магнитно-мягкие материалы 103-106. Коэрцитивная сила Hc М.-м. м. колеблется от 0,8 до 8 а/м (от 0,01 до 0,1 э), а потери на магнитный гистерезис очень малы Магнитно-мягкие материалы 1-103 дж/м2 (10-104 эрг/см2) на один цикл перемагничивания. Способность М.-м. м. намагничиваться в слабых магнитных полях обусловлена низкими значениями энергии магнитной кристаллической анизотропии, а у некоторых из них (например, у М.-м. м. на основе Fe - Ni, у некоторых ферритов (См. Ферриты)) также низкими значениями магнитострикции (См. Магнитострикция). Это связано с тем, что Намагничивание происходит в результате смещения границ между доменами, а также вращения вектора намагниченности доменов. Подвижность границ, способствующая намагничиванию, снижается в случае присутствия в материале различных неоднородностей и напряжений, изменяющих энергию границ при их смещении. Поэтому свойствами М.-м. м. обладают также магнитные материалы, имеющие значительную энергию магнитной кристаллической анизотропии, но в которых отсутствуют (вернее, присутствуют в малых количествах) вредные примеси внедрения (углерод, азот, кислород и другие), Дислокации и другие дефекты, искажающие кристаллическую решётку, а также включения в виде других фаз или пустот размером существенно больше параметров решётки. Однако процесс вращения вектора намагниченности в таких материалах требует приложения более сильных полей. Получение таких малодефектных материалов связано с большими технологическими трудностями. К М.-м. м. принадлежат ряд сплавов (например, перминвары) и некоторые ферриты с малой энергией магнитной кристаллической анизотропии, но с хорошо выраженной одноосной анизотропией, которая формируется при отжиге материала в магнитном поле. Некоторые М.-м. м. (например, Пермендюр) имеют слабую анизотропию, но большие значения магнитострикции.
По назначению М.-м. м. подразделяют на 2 группы: материалы для техники слабых токов и электротехнической стали. Важнейшими представителями М.-м. м., применяемых в технике слабых токов, являются бинарные и легированные сплавы на основе Fe - Ni (пермаллои (См. Пермаллой)), имеющие низкую Hc» 0,01 э и очень высокие µa (до 105) и µmax (до 106). К этой же группе относятся сплавы на основе Fe - Со (например, пермендюр), которые среди М.-м. м. обладают наивысшими точкой Кюри (950-980 °С) и значением магнитной индукции насыщения Bs, достигающей 2,4· 104 гс (2,4 тл), а также сплавы Fe - Al и Fe - Si - Al. Для работы при частотах до 105 гц используются сплавы на Fe - Со - Ni основе с постоянной магнитной проницаемостью, достигаемой термической обработкой образцов в поперечном магнитном поле, которое формирует индуцированную одноосевую анизотропию (кристаллическая магнитная анизотропия при этом должна быть как можно меньше). Постоянство магнитной проницаемости (в пределах 15%) сохраняется при индукциях до 8000 гс и обеспечивается тем, что при намагничивании таких М.-м. м. процесс вращения является доминирующим. В области частот 104-108 гц нашли применение Магнитодиэлектрики, представляющие собой тонкие порошки карбонильного железа, пермаллоя или альсифера, смешанные с кем-либо диэлектрической связкой.
Широко применяются в технике слабых токов смешанные ферриты (например, соединение из цинкового и никелевого ферритов), а также ферриты-гранаты, кристаллическая структура которых одинакова с природными гранатами (См. Гранаты). Для них характерно исключительно высокое электрическое сопротивление и практическое отсутствие Скин-эффекта. Ферриты-гранаты применяются при очень высоких частотах (если невелики диэлектрические потери).
Магнитно-мягкие сплавы выплавляют в металлургических печах, для придания необходимой формы слитки подвергают ковке или прокатке. Ферриты получают спеканием окислов металлов при высоких температурах, изделия прессуют из порошка (для чего феррит размалывают) и обжигают. Из магнитно-мягких сплавов изготавливают сердечники трансформаторов (микрофонных, выходных, переходных, импульсных и других), магнитные экраны, элементы памяти ЭВМ, сердечники головок магнитной записи; из ферритов, кроме того, - магнитные антенны, волноводы и др.
К электротехническим сталям относятся сплавы на основе железа, легированные Si (0,3-6% по массе); сплавы содержат также 0,1-0,3% Mn. Стали вырабатываются горячекатаные - изотропные, и холоднокатаные - текстурованные. Потери энергии при перемагничивании текстурованной стали ниже, а магнитная индукция выше, чем горячекатаной. Электротехнические стали применяют в производстве генераторов электрического тока, трансформаторов, электрических двигателей и др.
Для улучшения магнитных свойств все холоднокатаные магнитно-мягкие сплавы и стали подвергают термической обработке (при 1100-1200 °С) в вакууме или в среде водорода. Сплавы Fe - Со, Fe - Ni и Fe - Al склонны упорядочивать структуру при температурах 400-700 °С, поэтому в этой области температур для каждого сплава должна быть своя скорость охлаждения, при которой создаётся нужная структура твёрдого раствора.
К М.-м. м. специального назначения относятся Термомагнитные сплавы, служащие для компенсации температурных изменений магнитных потоков в магнитных системах приборов, а также Магнитострикционные материалы, с помощью которых электромагнитная энергия преобразуется в механическую энергию.
В таблице приведены характеристики наиболее распространённых М.-м. м.
Основные характеристики важнейших магнито-мягких материалов
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Марка материала | Основной состав, % (по массе) | Bs·10-3, гс | Tk, °C | ρ·106, ом·см | µa·10-3, гс/э | µmax·10-3, гс/э | Hc, э | Потери на гистерезис при |
| | | | | | | | | B = 5000 гс, эрг/см3 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 80 НМ (суперпермаллой) | 80Ni, 5Mo, ост. Fe | 8 | 400 | 55 | 100 | 1000 | 0,005 | 10 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 79 НМ (молибденовый пермаллой) | 79Ni, 4Mo, ост. Fe | 8 | 450 | 50 | 40 | 200 | 0,02 | 70 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 50 Н | 50Ni, ост. Fe | 15 | 500 | 45 | 5 | 40 | 0,1 | 150 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 50 НП1 | 50Ni, ост. Fe | 15 | 500 | 45 | | 100 | 0,1 | 600 (при |
| | | | | | | | | B = 15000 гс) |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 40 НКМП (перминвар прямоугольный)2 | 40Ni, 25Co, 4Mo, | 14 | 600 | 63 | 
| 600 | 0,02 | 200 (при |
| | ост. Fe | | | | | | | B = 14000 гс) |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 40 НКМЛ | 40Ni, 25Co, 4Mo, | 14 | 600 | 63 | 2 | 2,0+ | - | - |
| (перминвар линейный)3 | ост. Fe | | | | | (<15%) | | |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 47 НК | 47Ni, 23Co, ост. Fe | 16 | 650 | 20 | 0,9 | 0,90+ | - | - |
| (перминвар линейный)3 | | | | | | (<15%) | | |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 49 КФ-ВИ (пермендюр) | 49Co, 2V, ост. Fe | 23,5 | 980 | 40 | 1 | 50 | 0,5 | 5000 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 16 ЮХ | 16Al, 2Cr, ост. Fe | 7 | 340 | 160 | 10 | 80 | 0,03 | 100 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10 СЮ | 9,5Si, 5,5Al, ост. Fe | 10 | 550 | 80 | 35 | 100 | 0,02 | 30 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Армко-железо | 100Fe | 21,5 | 768 | 12 | 0,5 | 10 | 0,8 | 5000 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Э 44 | 4Si, ост. Fe | 19,8 | 680 | 57 | 0,4 | 10 | 0,5 | 1200 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Э 330 | 3,5Si, ост. Fe | 20 | 690 | 50 | 1,5 | 30 | 0,2 | 350 |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ni-Zn феррит | (Ni, Zn) O·Fe2O3 | 2-3 | 500-150 | 1011 | 0,05-0,5 | - | 1,5-0,5 | - |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Mn-Zn феррит | (Mn, Zn) O·Fe2O3 | 3,5-4 | 170 | 107 | 1 | 2,5 | 0,6 | - |
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Примечание: µa и µmax - начальная и максимальная магнитные проницаемости магнито-мягких материалов; Tk - температура Кюри; ρ - электрическое сопротивление; Hc - коэрцитивная сила; Bs, Br, Bm - индукция насыщения, остаточная и максимальная в поле 8-10 э.
1Кристаллически текстурирован. 2После обработки в продольном магнитном поле. 3После обработки в поперечном магнитном поле. 1 гс = 10-4 тл; 1 э = 79,6 а/м.
Лит. см. при ст. Магнитные материалы.
И. М. Пузей.