Магнитные свойства веществ. классификация веществ по магнитным свойствам

Алан-э-Дейл       19.08.2022 г.

Ферриты

Ферриты представляют собой класс магнитных материалов, состоящих из оксидов железа (Fe2O3) и других металлов (NiO, MgO, ZnO, MnO, CuO, BaO и др.). Состав ферритов можно записать формулой

МеО⋅Fe2o3, где

Me –двухвалентный металл.

Компоненты, входящие в ферриты, образуют между собой обширные области твердых растворов, в которых присутствуют магнитные материалы с очень широким диапазоном свойств. Эти материалы могут быть магнитно-твердыми и магнитно-мягкими.

Процесс производства ферритов

Процесс производства ферритов представляет собой сложный комплекс технологических операций, так как электромагнитные свойства ферритов изменяются при незначительных отклонениях от состава шихты, зернистости порошков, удельного давления при прессовании, температуры и времени спекания.

Процесс производства ферритов состоит из следующих этапов:

  • составление, смешивание, помол и отжиг шихты;
  • введение пластификаторов, второе смешивание с помолом и протирка шихты;
  • прессование и спекание.

В зависимости от состава ферритов их спекание проводят при температурах от 900 до 1400 °С в воздушной среде. Однако в некоторых случаях применяют инертную среду. После обжига изделия проверяют на отсутствие трещин, сколов, сохранение конфигурации и размеров, а также на электромагнитные параметры.

Магнитные свойства ферритов зависят от химического состава, условий спекания и режима последующего охлаждения. В зависимости от этих условий ферриты могут иметь начальную магнитную проницаемость от единицы до 4000. Индукция насыщения ферритов бывает не высокой. Так при полях в 8–12 кА/м индукция насыщения составляет не более 0,4 Тл. Ферриты трудно намагничиваются, и полное магнитное насыщение у них наступает при очень сильных полях.

Удельное электрическое сопротивление ферритов колеблется в пределах 0,1·105 Ом·м, в то время как у металлов оно составляет не более 10-6 мОм⋅. Ферриты представляют собой соединения сложного структурного строения. Наиболее распространены ферриты типа шпинели, у которых элементарные ячейки аналогичны природному минералу MgO⋅Al2O3. Имеются ферриты с гексагональной решеткой, строение которых аналогично природному материалу Pb(Fe·Mn)12O19. Кроме того существуют ферриты с элементарной ячейкой, подобной природному минералу – гранату и ферриты типа перовскита, аналогичные по структуре природному минералу CaO⋅TiO2.

Ферриты применяют для изготовления деталей радиоприемников, телевизоров, запоминающих и вычислительных устройств, систем магнитной записи и в качестве конструкционного материала для построения элементов связи.

Новыми перспективными магнитными материалами являются постоянные магниты на основе редкоземельных металлов, и аморфные магнитные материалы. Магниты на основе редкоземельных металлов представляют собой соединения редкоземельных элементов с кобальтом типа:

RCO5, где

– R–Sm, Pr, Cd, Ce.

Они имеют высокую магнитную энергию ( 250 – 290 мДж/м3) и применяются в микроволновых устройствах, авиационной, космической и других отраслях техники.

Аморфные магнитные материалы имеют состав, который можно описать формулой:

T75-83M25-17, где

  • Т – Fe, Co, Ni (могут быть микродобавки других металлов);
  • M – P, C, B, Si, Al.

Аморфные материалы не имеют границ зерен, и величина коэрцитивной силы в них исчезающе мала ( порядка 0,5 А/м). Они используются для изготовления магнитных экранов, головок магнитнозаписывающих устройств, сердечников реле и других изделий.

4.1. Классификация веществ по магнитным свойствам

По реакции на внешнее магнитное поле и по характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно разделить на пять групп:

  • диамагнетики;
  • парамагнетики;
  • ферромагнетики;
  • антиферромагнетики;
  • ферримагнетики.

Диамагнетики – магнитная проницаемость m меньше единицы и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля.

Диамагнетизм обусловлен небольшим изменением угловой скорости орбитального вращения электрона при внесении атома в магнитное поле.

Диамагнитный эффект является универсальным, присущим всем веществам. Однако в большинстве случаев он маскируется более сильными магнитными эффектами.

К диамагнетикам относят инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть и др.), большинство полупроводников и органических соединений. Диамагнетики – все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии.

Внешним проявлением диамагнетизма является выталкивание диамагнетиков из неоднородного магнитного поля.

Парамагнетики – вещества с m больше единицы, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля.

Внешнее магнитное поле вызывает преимущественную ориентацию магнитных моментов атомов в одном направлении.

Парамагнетики, помещенные в магнитное поле, втягиваются в него.

К числу парамагнетиков относятся: кислород, окись азота, щелочные и щелочно-земельные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.

Парамагнитный эффект по физической природе во многом сходен с дипольно-релаксационной поляризацией диэлектриков.

К ферромагнетикам относят вещества с большой магнитной проницаемостью (до106), сильно зависящей от напряженности внешнего магнитного поля и температуры.

Ферромагнетикам присуща внутренняя магнитная упорядоченность, выражающаяся в существовании макроскопических областей с параллельно ориентированными магнитными моментами атомов. Важнейшая особенность ферромагнетиков заключается в их способности намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях.

Антиферромагнетиками являются вещества, в которых ниже некоторой температуры Т° спонтанно возникает антипараллельная ориентация магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки

При нагревании антиферромагнетик переходит в парамагнитное состояние. Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца и ряда редкоземельных элементов (Ce, Nd, Sm, Tm и др.)

К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Магнитная проницаемость у них высока и сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

Свойствами ферримагнетиков обладают некоторые упорядоченные металлические сплавы, но, главным образом – различные оксидные соединения, а главный интерес представляют ферриты.

Диа-, пара- и антиферромагнетики можно объединить в группу слабомагнитных веществ, тогда как ферро- и ферримагнетики представляют собой сильномагнитные материалы и представляют наибольший интерес.

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной

Классификация по магнитной проницаемости

Все материалы отличаются по магнитным свойствам. В зависимости от степени их проявления вещества классифицируются на следующие категории:

  • сильномагнитные;
  • слабомагнитные.

Общепринятым является деление магнетиков, исходя из механизма намагничивания. Состояние намагниченности вещества определяют с помощью вектора намагниченности, обозначаемого \($$\bar{J}$$\)

Намагниченность материала является физической величиной и определяется по формуле:

\($$\bar{J}=\frac{1}{\Delta V}\sum_{\Delta V}^{}{\vec{pmi}}$$\)

где \($${\Delta V}$$\) обозначает элементарный объем, \($${\vec{pmi}}$$\) представляет собой магнитные молекулярные моменты.

Суммирование выполняется с учетом каждой молекулы, которая присутствует в объеме \($$\Delta V$$\). Исходя из данной формулы, можно представить следующее уравнение:

\($$p_{m}=\vec{J}dV$$\)

Парамагнетики и диамагнетики при помещении в слабые магнитные поля обладают намагниченностью, которая является пропорциональной величиной напряженности поля, обозначаемой \($$\vec{H}$$\). Для парамагнетиков и диамагнетиков корреляция вектора намагниченности представляет собой линейный параметр в соотношении с напряженностью поля.

В ситуации, когда магнетики отсутствуют, магнитное поле формируется следующим образом:

\($$rot\vec{B}=\mu 0\vec{j}$$\)

При появлении магнетиков магнитное поле образуется с помощью токов проводимости и молекулярных токов. В этом случае формула будет преобразована:

\($$rot\vec{B}=\mu 0(\vec{j}+\vec{j_{mol}})=\mu 0\vec{j}+rot\vec{J}$$\)

Парамагнетики

Принадлежащим к данной группе веществам свойственна положительная магнитная восприимчивость (очень невысокая, порядка 10-5 – 10-6). Намагничиваются они параллельно вектору накладываемого поля, то есть втягиваются в него, но взаимодействие парамагнетиков с ним очень слабое, как и у диамагнетиков. Магнитная проницаемость их близка к значению проницаемости вакуума, только слегка превосходит его.

В отсутствие внешнего поля парамагнетики, как правило, не обладают намагниченностью: их атомы имеют собственные магнитные моменты, но ориентированы они хаотически из-за тепловых колебаний. При низких температурах парамагнетики могут иметь собственную намагниченность малой величины, сильно зависящую от внешних воздействий. Однако влияние теплового движения слишком велико, вследствие чего элементарные магнитные моменты парамагнетиков никогда не устанавливаются точно по направлению поля. В этом и заключается причина их низкой магнитной восприимчивости.

Силы межатомного и межмолекулярного взаимодействия также играют значительную роль, способствуя либо, напротив, оказывая сопротивление упорядочиванию элементарных магнитных моментов. Это обусловливает большое разнообразие магнитных свойств вещества парамагнетиков.

К этой группе веществ относятся многие металлы, например вольфрам, алюминий, марганец, натрий, магний. Парамагнетиками являются кислород, соли железа, некоторые оксиды.

Парамагнетизм.

Магнитная восприимчивость (КМ) положительна, поэтому µ>1. Парамагнетиками являются магний, алюминий, хром, марганец и др.

М

Для большинства парамагнетиков КМ сильно зависит от температуры.

Ферромагнетики –это сильномагнитные вещества, у которых относительная магнитная проницаемость µ>>1 может достигать десятков и даже сотен тысяч. Такими свойствами обладают: железо, никель, кобальт их соединения и сплавы.

Кристаллы ферромагнитных веществ состоят из отдельных намагниченных областей называемых доменами и имеющих размеры 10-2÷10-3 см. В каждом домене магнитные поля атомов расположены в определённом порядке, т.е. имеют одинаковые направления.

В не намагниченном теле магнитные поля доменов имеют различные направления (рис. 2а).

При сильном внешнем магнитном поле, магнитные поля всех доменов принимают одинаковое направление (рис. 2б ).

Чем сильнее внешнее поле, тем более строгое направление имеют магнитные поля доменов и увеличивается намагниченность.

Дальнейшее увеличение намагниченности становится невозможным. Такое состояние ферромагнитного тела называется магнитным насыщением. Магнитная восприимчивость КМ ферромагнетиков имеет очень большое положительное значение и существенно зависит от напряжённости магнитного поля и температуры.

Антиферромагнитный эффект

При воздействии внешнего поля магнитные моменты стремятся установится вдоль него (КМ>0 ).

К антиферромагнетикамокислыхлоридыфторидысульфиды и дрФерримагнитные материалыокислов металлов23

При температуре называемой точкой Кюри , энергия теплового движения становится достаточной для того, чтобы вещество утратило ферромагнитные свойства, превращаясь в парамагнетик.

К неметаллическим ферромагнетикам также относятся:

NiO·Fe2O3 –никелевый;

MnO·Fe2O3 –марганцевый;

ZnO·Fe2O3 –цинковый.

2Кривые намагничивания ферромагнетиков

Основной характеристикой магнитного материала является кривая намагничивания, под которой понимают зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н (рис. 3). Кривую В(Н) можно условно разбить на четыре области.

o

Область наибольших проницаемостей 2, характеризуется быстрым возрастанием намагниченности, кривая круто поднимается, растёт объём доменов, вектор магнитных моментов составляет небольшой угол с направлением напряжённости внешнего магнитного поля.

Область приближения к насыщению 3, характеризуется поворотом магнитных моментов практически всех доменов в направлении напряжённости поля.

Напряжённость HS при которой происходит насыщение, называют напряжённостью поля насыщения.

В области 4 ориентировка векторов намагниченности областей в направлении напряжённости внешнего поля закончена.
Процессы намагничивания могут быть обратимыми и необратимыми. В первом случае небольшая доля энергии, участвующей в процессе намагничивания, рассеивается в виде тепла, и после восстановления исходного значения напряжённости внешнего магнитного поля, намагниченность обретает первоначальные значения.

При необратимых процессах намагничивания, большая часть тепла рассеивается в виде тепла, и после восстановления исходного состояния Н, намагниченность ферромагнетика не возвращается к первоначальному значению. Поэтому для восстановления исходного магнитного состояния необходимо затратить дополнительную энергию.

  1. Основные статические параметры сердечников.

насыщения образце при напряжённости Н=0;

– Нс –коэрциативная сила, это напряжённость магнитного поля Н,

необходимая для доведения до нуля (В) в образце, предварительно

намагниченном до насыщения;

– µ –магнитная проницаемость показывает способность материала

намагничиваться в магнитных полях той или иной величины;

Для статических характеристик магнитного материала наиболее часто используют магнитную проницаемость µа, называемую абсолютной – ;

  • относительная –;
  • дифференциальная –;
  • импульсная проницаемость –;
  • начальная проницаемость –;
  • максимальная проницаемость –

ЛЕКЦИЯ 2Магнитные материалыМагнитные материаламиследующая страница >>

Парамагнетики, описание

Парамагнетиками называют вещества с молекулами, обладающими стабильным магнитным моментом без магнитного поля в электронах.

В параманетических материалах молекулы являются источником магнитного поля, в отсутствии которого наблюдается хаотичность моментов тех или иных молекул. Значение результирующей индукции в этом случае будет соответствовать нулевой отметке, а предмет являться не намагниченным. Образование актуального направления ориентации моментов связано с определением регулярных магнитных моментов молекул внешним полем. Для небольших объемов веществ характерны магнитные моменты, которые складываются из магнитных моментов определенных молекул. В результате парамагнетический материал преобразуется в источник магнитного поля, намагничиваясь в соответствии с направлением к внешнему полю. Показатели магнитной восприимчивости парамагнетика достаточно малы, но больше ноля.

Примечание

Определение парамагнетизма впервые было представлено в 1845 году Майклом Фарадеем. Ученый классифицировал все вещества, за исключением ферромагнитных, на диамагнетики и парамагнетики.

Основные виды парамагнетиков:

  • нормальные;
  • металлы;
  • антиферромагнетики.

К первой группе парамагнетических веществ относятся:

  • оксид азота;
  • платина;
  • кислород;
  • палладий.

Парамагнитные металлы обладают важной особенностью: их магнитная восприимчивость не определяется температурой. Это слабомагнитные вещества

Если температура антиферромагнетических материалов превышает значение в точке Кюри, то такие вещества преобразуются в нормальные парамагнетики.

Определение

Поле намагничивания или М- поле можно определить согласно следующему уравнению:

Mзнак равноdмdV{\ Displaystyle \ mathbf {M} = {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {m}} {\ mathrm {d} V}}}

Где — элементарный магнитный момент, а — элемент объема ; другими словами, M- поле — это распределение магнитных моментов в рассматриваемой области или многообразии . Лучше это проиллюстрировать следующим соотношением:
dм{\ displaystyle \ mathrm {d} \ mathbf {m}}dV{\ Displaystyle \ mathrm {d} V}

мзнак равно∭MdV{\ Displaystyle \ mathbf {m} = \ iiint \ mathbf {M} \, \ mathrm {d} V}

где m — обычный магнитный момент, а тройной интеграл означает интегрирование по объему. Это делает M- поле полностью аналогичным полю электрической поляризации или P- полю, используемому для определения электрического дипольного момента p, генерируемого аналогичной областью или многообразием с такой поляризацией:

пзнак равноdпdV,пзнак равно∭пdV{\ Displaystyle \ mathbf {P} = {\ mathrm {d} \ mathbf {p} \ over \ mathrm {d} V}, \ quad \ mathbf {p} = \ iiint \ mathbf {P} \, \ mathrm { d} V}

Где элементарный электрический дипольный момент.
dп{\ Displaystyle \ mathrm {d} \ mathbf {p}}

Эти определения P и M как «моментов на единицу объема» широко используются, хотя в некоторых случаях они могут приводить к двусмысленностям и парадоксам.

Поле M измеряется в амперах на метр (А / м) в единицах СИ .

Кроме того, намагниченность можно записать как производную от свободной энергии , добавив термин для намагниченности (при фиксированном количестве частиц и объеме):
F{\ textstyle F}

dFзнак равно-SdТ-мdB{\ displaystyle dF = -SdT — {\ textbf {m}} d {\ textbf {B}}}

где — энтропия , — температура, — магнитное поле. Тогда намагниченность становится
S{\ displaystyle S}Т{\ displaystyle T}B{\ displaystyle {\ textbf {B}}}

Mзнак равно-1V(dFdB)Т,V,N{\ displaystyle {\ textbf {M}} = — {\ frac {1} {V}} \ left ({dF \ over d {\ textbf {B}}} \ right) _ {T, V, N}},

таким образом помещая намагниченность на тот же термодинамический уровень, что и энтропия, давление и химический потенциал. Это одна из причин, по которой намагниченность является полезной величиной для измерения в материале.

Приложение по физике

Намагниченность часто не указывается как параметр материала для коммерчески доступных ферромагнетиков. Вместо того, чтобы параметр , который указан в остаточной плотность потока , обозначается . Физикам часто требуется намагниченность для расчета момента ферромагнетика. Для расчета дипольного момента m (A⋅m 2 ) по формуле:
Bр{\ displaystyle \ scriptstyle \ mathbf {B} _ {r}}

мзнак равноMV{\ Displaystyle \ mathbf {м} \; = \; \ mathbf {M} V},

у нас есть это

Mзнак равно1μBр{\ displaystyle \ mathbf {M} = {\ frac {1} {\ mu _ {0}}} \ mathbf {B} _ {\ mathrm {r}}},

таким образом

мзнак равно1μBрV{\ displaystyle \ mathbf {m} = {\ frac {1} {\ mu _ {0}}} \ mathbf {B} _ {\ mathrm {r}} V},

где:

  • Bр{\ Displaystyle \ scriptstyle \ mathbf {B} _ {\ mathrm {r}}}- остаточная магнитная индукция , выраженная в теслах (Тл).
  • V{\ displaystyle \ scriptstyle V}объем (м 3 ) магнита.
  • μзнак равно4π⋅10-7{\ Displaystyle \ scriptstyle \ mu _ {0} \; = \; 4 \ pi \ cdot 10 ^ {- 7}} H / m — проницаемость вакуума.

Магнитомягкий материал

Магнитомягкие материалы намагничиваются в слабых магнитных полях ( Я 5 104 А / м) вследствие большой магнитной проницаемости ( р н 70 103 и / Хщах 240 103) и малых потерь на перемагничивание.

Магнитомягкие материалы используют для изготовления сердечников катушек, дросселей и трансформаторов ( см. стр.

Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистеризисных петель. Для магнитотвердых материалов характерны пологость основной кривой намагничивания и большая площадь гистеризисной петли. На рис. 3.11, а-в приведены петли гистерезиса для различных материалов.

Магнитомягкие материалы принято классифицировать по их основному химическому составу, который в значительной степени определяет технологию производства, свойства и области применения материала. В Соответствии с этим магнитомягкие материалы подразделяют на различные группы.

Магнитомягкие материалы широко применяются в электротехнической промышленности, радиопромышленности, электронной и приборостроении, в авиационной и других машиностроительных отраслях народного хозяйства.

Магнитомягкие материалы включают электротехническую HP-легированную сталь, электротехническую нелегированную тонколистовую сталь, железо карбонильное, электротехническую тонколистовую сталь, магнитомягкие сплавы, магнитомягкие ферриты.

Магнитомягкие материалы используют для изготовления сердечников катушек, дросселей и трансформаторов ( см. стр.

Магнитомягкие материалы, используемые в магнитных системах, должны обладать высокой индукцией насыщения и магнитной проницаемостью в средних и сильных полях, низкой коэрцитивной силой, большой механической прочностью, быть недефицит-ными и дешевыми.

Магнитомягкие материалы, обладая высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис, используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в других случаях, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах используют магнитомягкие материалы с повышенным удельным электрическим сопротивлением, обычно применяются магнитопроводы, собранные из отдельных изолированных друг от друга тонких листов.

Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель.

Магнитомягкие материалы применяются для изготовления маг-нитопроводов электрических машин. К ним относятся электротехническая листовая сталь и пермаллои.

Магнитомягкие материалы имеют коэрцитивную силу Нс от нескольких эрстед до нескольких тысячных долей эрстеда. Малой коэрцитивной силе Нс соответствуют большие значения магнитной проницаемости в слабых и средних полях.

Магнитомягкие материалы применяются в производстве электрических машин, трансформаторов, различных аппаратов и приборов. Как правило, изготовляют их или в листах, или в рулонах ( тонкие материалы), однако некоторые магнитомягкие сердечники изготовляют прессованием из низкокоэрцитивного магнитного, порошка одним из описанных ниже способов.

Статическая характеристика ферромагнитного материала.

Магнитомягкие материалы, обладающие свойствами необратимого изменения намагниченности, используются главным образом в устройствах памяти ЭВМ. Обратимые свойства в таких материалах слабо выражены и остаточная индукция Вг может составлять 90 — 98 % индукции технического насыщения.

Чем отличаются ферримагнетики от антиферромагнетиков.

Антиферромагнетики
— это материалы, атомы (ионы) которых
обладают магнитным моментом, обусловленным,
как у пара- и фер­ромагнетиков,
нескомпенсированными спиновыми
магнитными мо­ментами электронов.
Однако у антиферромагнетиков магнитные
мо­менты атомов под действием обменного
взаимодействия (у них
обменный
интеграл отрицательный; см. гл. 14.2.1)
приобретают не параллельную ориентацию,
как у ферромагнетиков, а антипарал­лельную
(противоположную) (см. рис. 14.1, в)
и
полностью компен­сируют друг друга.
Поэтому антиферромагнетики не обладают
маг­нитным моментом, и их магнитная
восприимчивость km
близка
по величине к km
парамагнетиков.
Для антиферромагнетиков, как и для
ферромагнетиков, существует определенная
температура, назы­ваемая точкой Нееля
Тн,
при
(и выше) которой антиферромагнит­ный
порядок разрушается и материал переходит
в парамагнитное со­стояние.

К
антиферромагнетикам относятся: Mn,
Cr,
CuO,
NiO,
FeO,
Cr2O3,
NiCr,
MnO,
Mn2O3,
MnS,
VO2
и довольно большое количество других
соединений.

Магнитная проницаемость и ее роль в магнетизме.

Магнитная проницаемость m – это величина, характеризующая магнитные свойства материала. Ферромагнитные металлы Fe, Ni, Co и их сплавы обладают очень высокими максимальными проницаемостями – от 5000 (для Fe) до 800 000 (для супермаллоя). В таких материалах при сравнительно малых напряженностях поля H возникают большие индукции B, но связь между этими величинами, вообще говоря, нелинейна из-за явлений насыщения и гистерезиса, о которых говорится ниже. Ферромагнитные материалы сильно притягиваются магнитами. Они теряют свои магнитные свойства при температурах выше точки Кюри (770° С для Fe, 358° С для Ni, 1120° С для Co) и ведут себя как парамагнетики, для которых индукция B вплоть до очень высоких значений напряженности H пропорциональна ей – в точности так же, как это имеет место в вакууме. Многие элементы и соединения являются парамагнитными при всех температурах. Парамагнитные вещества характеризуются тем, что намагничиваются во внешнем магнитном поле; если же это поле выключить, парамагнетики возвращаются в ненамагниченное состояние. Намагниченность в ферромагнетиках сохраняется и после выключения внешнего поля.

На рис. 2 представлена типичная петля гистерезиса для магнитно-твердого (с большими потерями) ферромагнитного материала. Она характеризует неоднозначную зависимость намагниченности магнитоупорядоченного материала от напряженности намагничивающего поля. С увеличением напряженности магнитного поля от исходной (нулевой) точки (1) намагничивание идет по штриховой линии 12, причем величина m существенно изменяется по мере того, как возрастает намагниченность образца. В точке 2 достигается насыщение, т.е. при дальнейшем увеличении напряженности намагниченность больше не увеличивается. Если теперь постепенно уменьшать величину H до нуля, то кривая B(H) уже не следует по прежнему пути, а проходит через точку 3, обнаруживая как бы «память» материала о «прошлой истории», откуда и название «гистерезис». Очевидно, что при этом сохраняется некоторая остаточная намагниченность (отрезок 13). После изменения направления намагничивающего поля на обратное кривая В (Н) проходит точку 4, причем отрезок (1)–(4) соответствует коэрцитивной силе, препятствующей размагничиванию. Дальнейший рост значений (H) приводит кривую гистерезиса в третий квадрант – участок 45. Следующее за этим уменьшение величины (H) до нуля и затем возрастание положительных значений H приведет к замыканию петли гистерезиса через точки 6, 7 и 2.

Магнитно-твердые материалы характеризуются широкой петлей гистерезиса, охватывающей значительную площадь на диаграмме и потому соответствующей большим значениям остаточной намагниченности (магнитной индукции) и коэрцитивной силы. Узкая петля гистерезиса (рис. 3) характерна для магнитно-мягких материалов – таких, как мягкая сталь и специальные сплавы с большой магнитной проницаемостью. Такие сплавы и были созданы с целью снижения обусловленных гистерезисом энергетических потерь. Большинство подобных специальных сплавов, как и ферриты, обладают высоким электрическим сопротивлением, благодаря чему уменьшаются не только магнитные потери, но и электрические, обусловленные вихревыми токами.

Магнитные материалы с высокой проницаемостью изготовляются путем отжига, осуществляемого выдерживанием при температуре около 1000° С, с последующим отпуском (постепенным охлаждением) до комнатной температуры. При этом очень существенны предварительная механическая и термическая обработка, а также отсутствие в образце примесей. Для сердечников трансформаторов в начале 20 в. были разработаны кремнистые стали, величина m которых возрастала с увеличением содержания кремния. Между 1915 и 1920 появились пермаллои (сплавы Ni с Fe) с характерной для них узкой и почти прямоугольной петлей гистерезиса. Особенно высокими значениями магнитной проницаемости m при малых значениях H отличаются сплавы гиперник (50% Ni, 50% Fe) и му-металл (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr), тогда как в перминваре (45% Ni, 30% Fe, 25% Co) величина m практически постоянна в широких пределах изменения напряженности поля. Среди современных магнитных материалов следует упомянуть супермаллой – сплав с наивысшей магнитной проницаемостью (в его состав входит 79% Ni, 15% Fe и 5% Mo).

Высокоэнергетические нанокристаллические магнитные материалы широкого назначения и технология их получения.

Рекордные характеристики высокоэнергетических магнитных материалов позволяют на их основе создавать эффективные электродвигатели, генераторы, силовые приводы, соединительные муфты, датчики, фильтры, магнитные подшипники, магнитные сепараторы и др.

Описание:

Высокоэнергетические магнитные материалы производятся на основе быстрозакаленных магнитных нанопорошков системы Nd-Fe-B путем спекания и получения пластинчатых сплавов «Strip-casting».

Рекордные характеристики высокоэнергетических магнитных материалов позволяют на их основе создавать эффективные электродвигатели, генераторы, силовые приводы, соединительные муфты, датчики, фильтры, магнитные подшипники, магнитные сепараторы и др.

На основе высокоэнергетических магнитных материалов разработаны нанокристаллические высокоградиентные магнитные системы, представляющие собой устройство, собранное на постоянных магнитах, которое характеризуется следующими рекордными характеристиками:– магнитное поле, генерируемое системой, почти на порядок превышает магнитные поля самых сильных постоянных магнитов;– магнитное поле, генерируемое системой, является чрезвычайно высокоградиентным, величина градиента gradB на несколько порядков превышает величину градиента в известных магнитных системах;– магнитная система обеспечивает величину силового произведения BgradB до 1011 мТл2/м, что на шесть-семь порядков больше, чем в известных магнитных системах.

Преимущества:

– магнитные материалы обладают рекордными магнитными характеристиками: магнитное поле на порядок превышает магнитные поля самых сильных постоянных магнитов и пр.,

– производительность технологии спеченных магнитов в 3-4 раза выше, чем у зарубежных аналогов,

– высокая точность геометрических размеров, не требующая дополнительной механической обработки,

– возможность многополюсного намагничивания. Без этого невозможно изготовление шаговых электродвигателей, например, таких как регулятор холостого хода (РХХ) для новых моделей автомобилей,

– высокие прочностные характеристики. Для магнитов, работающих под высокими нагрузками, например, в новых высокоскоростных электродвигателях с числом оборотов более 80-100 тыс. об/мин,

– повышенная коррозионная стойкость, что позволяет гарантировать срок службы не менее 10 лет.

Применение:

– автомобилестроение,

– магнитные системы в радиоэлектронике. Нанокристаллические магнитные материалы применяются для широкого круга магнитных систем – магнетронов, систем фокусировки электронных пучков, масс-спектрометров и т.п.,

– электродвигатели, генераторы,

– сверхплотная запись. При толщине пленки 200 нм, область локализации магнитного поля составляет 20 нм. При таких размерах бита информации плотность записи может достигать 1000 Гбит/дюйм2. Это означает возможность записи на диске обычного размера свыше 15 Тбит информации,

– высокоградиентная магнитная сепарация. Магнитные системы на основе нанокристалических магнитных материалов позволяют сепарировать немагнитные (пара- и диа-магнитные) материалы, определять ферромагнитные примеси в количестве 1 атом на миллион, разделять частицы нанопорошков по размерам. Высокоградиентная магнитная сепарация находит свое применение в области получения сверхчистых веществ и материалов, для контроля дисперсности нанопорошков, в приборах для исследования структуры и фазового состава,

– гидромультиполи в водоснабжении и водоотведении для предотвращения образования и ликвидации уже отложившейся накипи в магистралях, сетях, трубах и пр.

карта сайта

группы технологии изготовление применение классификация типы виды использование основные характеристики исследование магнитных материаловсталь магнитный магнитно маркерный материал листовой не пропускающий магнитное поле магнитного экранированияматериал для магнитной доскимагнитомягкие магнитно твердые мягкие мягко магнитные материалы изготовленные из магнитныхк магнитным материалам относятсяспециальные специально новые магниты и магнитные и немагнитные материалы купитьпараметры магнитного материала и потери в магнитном материалеотносительная магнитная проницаемость материаловпроизводство основные свойства области применения намагничивание магнитных материаловкакой материал не пропускает магнитноеэлектрические и магнитные свойства магнитная обработка материаловсовременные текстурированные магнитные порошковые электротехнические материалы определение и системы скачать презентация частота реферат для магнитного контроля

Коэффициент востребованности
623

Области применения магнитных материалов[править | править код]

Некоторые области применения полимерных магнитов:

  1. Акустические системы, реле и бесконтактные датчики
  2. Электромашины, магнитные сепараторы, холодильники
  3. Магнитные элементы кодовых замков и охранной сигнализации
  4. Тахогенераторы, датчики положения, электроизмерительные приборы
  5. Медицина ( магнитотерапия, магнитные матрацы)
  6. Автоматизированное шоссе, где в США предусматривается разместить до полутонны ферритовых магнитопластов на одну милю шоссе для автоматического управления движением автомобиля, оснащенного специальным компьютером и системой слежения
  7. Магнитное покрытие для полов офисов и промышленных помещений
  8. Магнитные компоненты для глушителей автомобилей (в Европе на эти цели уходит 23000 тонн магнитопластов)
  9. Периферийные устройства компьютеров, мобильные телефоны, фотоаппараты, кинокамеры
  10. Магнитные устройства для обработки воды, углеводородного топлива, масел; магнитные фильтры
  11. Магнитные устройства для использования в рекламе, торговле, при оснащении выставок, конференций, спортивных мероприятий и так далее
  12. Неразрушающие методы контроля ( Магнитопорошковый контроль)
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.