рис. 11-1, следует различать понятия коэрцитивной силы по индукции Нсв и коэрцитивной силы по намагниченности Нем- Зависимость В(Н} при монотонном изменении напряженности поля от нуля до максимального значения называется первоначальной кривой намагничивания. Для расчетов пользуются основной кривой намагничивания,

Рис. 11-1. Зависимость магнитной индукции и намагниченности ферромагнитного материала от напряжеиности поля.

Отношение изменения АВ к соответствующему изменению АН на кривой намагничивания дает относительную дифференциальную магнитную проницаемость (рис, 11-3)

Полученная таким образом величина в полях, близких к нулю, носит название относительной начальной проницаемости, а

Рис. 11-3 Зависимость диффе-ренциальзой магнитной проницаемости от напряжеиности поля.

McHd

ВНтах

Рис. 11-4. Кривая размагничивания и зависимость энергии магнитного материала от напряженности поля.

Рис. 11-2. Симметричные петли гистерезиса магнитного материала.

получаемой соединением вершин симметричных петель гистерезиса, получаемых при различных максимальных значениях напряженности поля (рис. 11-2).

Связь напряженности магнитного поля Н и намагниченности магнитного материала М выражается через коэффициент пропорциональности, называемый магиитной восприимчивостью я:

и = М/Н.

Отношение магнитной индукции В к напряженности поля Н в материале определяется абсолютной магнитной проницаемостью На:

[la = В/Н.

в общем случае, если магнитная индукция и напряженность поля являются векторами, то проницаемость - тензор. Численно проницаемость характеризуется относительной проницаемостью

= laflo-

максимальное ее значение на всей кривоЁ намагничивания - относительной максимальной проницаемости.

Для характеристики магнитно-твердых материалов пользуются понятием размагничивающей части петли гистерезиса, находящейся во втором квадранте координатной плоскости В{Н). При наличии у постоянного магнита воздушного зазора остаточная индукция его В<г меньше остаточной индукции материала Вг, измеренной в замкнутой магнитной цепи. Поэтому качество постоянных магнитов характеризуется, как правило, максимальным значением произведения {ВЩгпах (рис. 11-4). Нзибольшая энергия, отдаваемая магнитом, получается тогда, когда для данной формы магнита подобран материал, имеющий максимальное значение произведения ВН. В этом случае остаточная индукция магнита Вд в сильной степени зависит от формы размагничивающей части кривой В(Н) и размагничивающего фактора N, определяемого геометрическими соотношениями самого магнита и воздушного зазора. Истинное значение напряженности поля определяется соотношением

§ П-П

Назначение магнитных материалов

где Не - внешнее поле; Hi - поле внутри материала, а магнитной индукции соответственно

Для оценки стабильности постоянных магнитов пользуются понятием относительной проницаемости возврата (цгвозв), которая является мерой чувствительности магнитно-твердого материала к воздействию внешних магнитных полей (рис. 11-4) и определяется как

Все перечисленные параметры могут быть определены из статической петли гистерезиса, полученной при относительно медленном изменении внешнего магнитного поля. Если же время установления напряженности поля соизмеримо со временем перемагничивання материала, то магнитные параметры определяются динамическими характеристиками (петлями гистерезиса), на характер которых влияют такие факторы, как вихревые токи, магнитная вязкость. Основными характеристиками являются: динамическая кривая намагничивания - зависимость максимального значения индукции от максимального значения напряженности поля для семейства симметричных динамических петель гистерезиса; динамическая магнитная проницаемость Цго (часто называемая амплитудной)- отношение индукции к напряженности поля на динамической кривой намагничивания. Чаще всего амплитудная проницаемость [>.та определяется через соотношение

где Втаж, Нтах - соответственно максимальные значения магнитной индукции и напряженности поля.

Для многих материалов в качестве справочной характеристики приводят удельные потери на частотах 50, 400 Гц при различных значениях индущии (например, Pi,o/.50 - потери на частоте 50 Гц при индукции, равной 1 Тл); значение тангенса угла потерь. При этом обязательным является указание толщины ленты или пластины из данного магнитного материала.

Особого внимания заслуживает чувствительность магнитных материалов к изменению температуры. Здесь следует различать обратимые изменения свойств материалов в диапазоне незначительных изменений температур и необратимые изменения в широком диапазоне температур, называемые старением. Для учета стабильности в первом случае пользуются значениями температурных коэффициентов, приводимых в справочных данных на материал. Необратимые процессы характеризуются температурой Кюри и заключаются в исчезновении самопроизвольной намагниченности, уменьшении относительной магнитной проницаемости и в конечном счете в переходе от ферромагнит-

ного состояния к парамагнитному. Поэтому если необходимо знать предельные температуры работы магнитного материала, точка Кюри должна быть известна.

Существенное влияние на процесс намагничивания тела оказывают коэффициенты магнитострикции и анизотропии. Эти параметры, не являясь справочными данными на магнитные материалы, в сильной

2,0 1Л

1,0-

а 3 Б 3 1Z IS W Z1 Z4 Z7 30 Z30 езоа/см

Рис 11-5. кривые намагничивания маггаггио-мяг-ких материалов.

/ - пермендюр: 2 - иизкоуглеродистая сталь; 3 - электротехническая сталь; 4 - пермаллой марки 4оН; 5 - пермаллой марки 79НМ; 6 - пермаллой марки SOHXC.

Рис 11-6. кривые размагничивания магнитно-твердых материалов.

; -ЮНДК25БА; 2 - ЮНДК35Т5БА; 3 - ПЛК78: 4 - PrCos; 5 - SmCos; 6 - 2БА.

мере влияют на основные нижеперечисленные магнитные характеристики. Так, для получения магнитно-мягкнх материалов необходимо, чтобы коэффициенты анизотропии и магнитострищии были минимальными. Это возможно лишь в отсутствие, посторонних включений и внутренних механических напряжений, т. е. практически при чистом металле. Поэтому кривые намагничивания различных магнитно-мягких материалов (рнс. 11-5) существенно отличаются. Чистое железо имеет малую коэрцитивную силу и высокую относительную магнитную проницаемость.

Для получения магнитно-твердых материалов с большой коэрцитивной силой (рис. 11-6) обычно используют: многодоменные материалы, у которых затруднено перемещение границы переходного слоя из-за наличия внутренних напряжений или высокой магнитострикции, посторонних включений или большой энергии анизотропии; однодоменные материалы, у которых достаточно велика энергия анизотропии и анизотропия формы. Раньше изготавливали постоянные магниты из материалов, удовлетворяющих первому условию. В настоящее время существуют множество магнитно-твердых материалов, удовлетворяющих и второму условию.

11-2. КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Деление магнитных материалов нь магнитно-мягкие (МММ) и магнитно-твердые (МТМ) не дает полного представления о магнитных свойствах, их чувствительности к различным воздействиям, возможности использования для конкретных целей. Обычно с понятием чувствительности свойств магнитных материалов к различного рода воздействиям связывают представления о факторах, которые оказывают отрицательное влияние. Наиболее сушественным в этом плане является химический состав материала (процентное содержание легирующих компонентов или наличие примесей).

Известно, что у ферромагнитных материалов магнитный момент, а значит, и намагниченность насыщения Ма зависят от обменной энергии и кристаллографической структуры. Таким образом следует ожидать, что у сплавов ферромагнитных материалов друг с другом или с неферромагнитными материалами намагниченность насыщения может изменяться в широких пределах. Например, сплав железа с кобальтом (30-50%) приводит к повышению Ms приблизительно на 10% по сравнению с чистым железом. Этот сплав характеризуется наибольшим значением намагниченности насыщения. В железоникелевых сплавах присадка никеля до 10% не вызывает изменения Ms (рис. 11-7). Увеличение процентного содержания его до 307о ведет к уменьшению Mg вплоть до нуля. Содержание никеля свыше 30% ведет к увеличению намагниченности. В сплаве с 50%-ным содержанием никеля Ms достигает 75% насыщения чистого железа, а затем монотонно уменьшается до М чистого никеля. Здесь следует подчеркнуть, что при незначительных изменениях состава сплавов магнитных материалов намагниченность насыщения, температура Кюрн 0, а также коэффициенты магнитострикцип и анизотропии слабо изменяются и практически являются нечувствительными к изменению содержания легирующих элементов. Что касается таких характеристик как относительная магнитная проницаемость, остаточная индукция.

коэрцитивная сила, потери на гистерезис, то они чувствительны к воздействию различных факторов. Это открывает большие возможности для получения материалов с требуемыми свойствами. Технологический процесс изготовления их должен быть строго регламентирован, начиная с подбора шихтовых материалов и кончая термической об-

1DDD 800

.гоо

1,Б 1,2 0.8

го W 60 ео ЧоШ

Рис. 11-7. Зависимость намагниченности насыщения и точки Кюри от процентного содержания присадок никеля.

Тл 2,0

1,0 0,5

10 fO 80 500 WW А/см

Рис. 11-8. Зависимость кривых намагничивания железа от напряженности поля при различных режимах термообработки.

/ - холодная обработка; 2 - нормальный отжиг; 3 - длительный отжнг.

работкой (рис. 11-8). Предпосылкой улучшения и получения необходимых свойств МММ и МТМ является повышение чистоты исходных компонентов различных сплавов. Так, у чистого железа намагничивание происходит легко, коэрцитивная сила мала. Однако получить свободное от примесей железо практически невозможно. Наиболее часто встречающиеся примеси (углерод, кислород, сера, фосфор и др.) находятся в железе в растворенном состоянии и в виде соединении с ним. Это уменьшает намагниченность, увеличивает коэрцитивную силу,

приводит к уменьшению Нгтах-

Для получения магнитных материалов с большим удельным сопротивлением и большой проницаемостью при индущии 1,2-1,7 Тл используют добавку кремния от 0,5 до 4%, обезуглероживающего примеси железа. При этом кремний способствует росту крупных зерен, улучшающих магнит-