ныв свойства, увеличивает электрическое сопротивление, что приводит к снижению потерь на внхревые токи при работе материала в переменных полях (рис. 11-9).

Наивыгоднейшим сплавом для обеспечения высокого значения магнитной прони-

1,0 Тл 1,5

Рнс. 11-9. Зависимость удельных потерь от индукции прн различном процентном содержании кремния.

280 240 ZOO 160 120 80 W

30 40 50 ВО 70 ВО ЗСШ

Рис. 11-10. Зависимость максимальной магнитной проницаемости пермаллоя от процентного содержания никеля при термической обработке в магнитном поле.

цаемости является сплав железа с никелем (пермаллои). Высокие магнитные свойства пермаллоев объясняются малыми коэффициентами анизотропии и магнитострикции. При этом коэффициент анизотропии меняет знак, проходя через нуль при 70%-ном содержании никеля, а при 82%-ном содержании приближается к нулю коэффициент магнитострикции. Именно поэтому пермаллой с 78%-ным содержанием никеля обладает очень большой Цгтах И малой Но. Дальнейшее улучшение свойств этих сплавов достигается специальными видами термической обработки (рис. 11-10) [11-2].

Для получения материалов с большой начальной и максимальной относительной проницаемостью, высокой индукцией насыщения и малой коэрцитивной силой используют сплавы с 45 и 50%-ным содержанием никеля (45Н и 50Н). Большая прямоуголь-ность гистерезисного цикла достигается ис-

пользованием сплавов с кристаллографической и магнитной текстурой. Повышение чувствительности к слабым магнитным лолям обеспечивают легированием пермаллоевых сплавов молибденом, хромом и кремнием, хромом и медью.

Часто требуются материалы с постоянной iir в малых полях. Такие материалы получаются путем сплава железо-никель-кобальт (30% Fe, 25% Со, 45% Ni) и называются перминварами. Они обладают практически безгистерезисной кривой перемагничивання в малых полях. Постоянной [Хг обладают также сплавы никель-железо-медь (45% Ni, 45% Fe, 10% Си), называемые изопермами.

Для получения больших значений индущии прн сравнительно небольших полях, необходимых для построения магнитных систем измерительных приборов, используются материалы на основе сплавов железо- кобальт (50% Со, 1,7% V, остальное железо), называемых пермендюром.

В некоторых областях техники требуются термозависимые и магнитострикцион-ные магнитные материалы. Для получения первых используют сплавы на основе никеля с медью (30-40% Си, остальное никель)-кальмаллои. Для получения магни-тострищионных материалов исходными компонентами являются сплав железа с 14% алюминия, никель и кобальтовый феррит СоО-РегОз.

Материалы, работающие в динамическом режиме, должны обладать большим электрическим сопротивлением для получения минимальных потерь на внхревые токи в широком частотном диапазоне работы. Большое распространение здесь получили неметаллические магнитные материалы - ферримагнетики, к которым относятся ферриты. Электрические и магнитные свойства их в сильной степени зависят от состава и структуры. Для увеличения, например, значений начальной относительной магнитной проницаемости широко используются никель-цинковые и марганец-цинковые сплавы. Улучшения температурной стабильности добиваются добавлением небольшого количества крупнозернистого феррита с несколько меньшей точкой Кюри. Увеличение относительной проницаемости обеспечивают путем подбора компонент материала. Например, добавка 0,5% Fe к никель-пинко-вому ферриту приводит к увеличению Цг в 5 раз.

Намного раньше ферритов промышленное внедрение получили магнитодиэлектри-ки. Исходным материалом для них служило карбонильное железо-порошок. Снижения потерь на гистерезис можно добиться, обрабатывая порошок в среде азота, но при этом уменьшается магнитная проницаемость. Наоборот, для увеличения [Хг порошок отжигают в водородной печи для удаления углерода. Наряду с карбонильным железом после открытия пермаллоев ведутся работы по изготовлению порошков из сплавов с высокой магнитной проницаемо-

стью (молибденовый пермаллой). Большое распространение получили магнитодиэлек-трики на основе порошка из сплава альси-фер (85% Fe; 9,5% Si; 5,5% Al). Сам сплав имеет высокую магнитную проницаемость, но достаточно хрупкий.

Для получения постоянных магнитных полей большой напряженности используются постоянные магниты, выполненные из магнитно-твердых материалов. Впервые для изготовления МТМ использовались углеродистые стали с содержанием углерода до 1%. Улучшение свойств МТМ достигалось добавлением легирующих элементов (вольфрам, хром, молибден, кобальт). Стремление к удешевлению МТМ привело к созданию сплавов на основе железа, никеля и алюминия (127о А1, 25% Ni). Добавление к этим сплавам кобальта еще больше увеличивает Не, но одновременно уменьшает Вг. Охлаждение сплавов от точки Кюри в магнитном поле делает материал анизотропным (текстурованным). При этом увеличивается Вг, петля гистерезиса становится прямоугольной, увеличивается магнитная энергия.

Широкое распространение имеют дис-персионно-твердеющие сплавы типа викал-лой (железо-никель-медь, железо-кобальт- ванадий), хорошо поддающиеся механической обработке, но уступающие по магнитным свойствам материалам типа

юндк.

Гораздо большей коэрцитивной силой обладают сплавы, в которых имеются компоненты из драгоценных металлов, например платина. Эти сплавы (содержание Pt до 78%) имеют большую коэрцитивную силу, магнитную энергию и используются для миниатюрных магнитов.

В последние годы получены магнитные материалы с очень большими (пока рекордными) значениями коэрцитивной силы и магнитной энергии, выполненные на основе сплава редкоземельных материалов с кобальтом. Они открывают широкие возможности для проектирования микромагнитных систем в радиотехнике, авиационной и ракетной технике.

Большие значения констант анизотропии и размеров однодоменных частиц бариевых ферритов привело к очень широкому использованию их для изготовления постоянных магнитов со значительной магнитной энергией. Улучшенные характеристики наблюдаются у магнитотекстурованных образцов (прессование в магнитном поле). Нетекстурованные магниты из бариевых ферритов обозначаются БИ, а текстуро-ванные- БА.

Таким образом, становится очевидной связь магнитных свойств с химическим составом конечного продукта, показывающая на большие возможности получения магнитных материалов с заданными необходимыми параметрами и использования их в конкретных целях.

Одним нз классифицирующих критериев применимости материала для тех -лли

иных целей является рабочий участок кривой перемагничивания на петле магнитного гистерезиса. На рис. 11-11 представлены области работы основных групп магнитных материалов в зависимости от условий их использования.

От материалов, область работы которых характеризуется рис. 11-11, а, требуется, как правило, высокое значение индущии насыщения, малые потери на перемагничива-

Рис. 11-11. Области работы основных групп магнитных материалов.

а - материалы для работы в широком диапазоне изменения индукций; 6 - материалы для работы в слабых полях; е - материалы для магнитопроводов релейных и импульсных устройств; е материалы для запоминающих устройств и магнитных усилителей; д - материалы для постоянных магнитов.

ние в области низких частот. Использует такие материалы большая область электротехники, включающая машины постоянного и переменного тока, силовые трансформаторы, силовую коммутирующую аппаратуру. Основными требованиями здесь являются обеспечение хорошей магнитной связи между элементами устройств, обеспечение значительного магнитного потока при минимальном расходе магнитного материала, обеспечение возможно меньших потерь на перемагничивание. Первое требование, как правило, выполняется выбором рабочей точки на кривой намагничивания, соответствующей максимальной относительной магнитной проницаемости; второе удовлетворяется использованием материалов с большой индукцией насыщения, основным компонентом которых является железо. Обеспечение возможно меньших потерь на гистерезис и вихревые токи связано как с магнитными свойствами, зависящими от Не, так и с электрическими и конструктивными свойствами, зависящими от содержания различных присадок и толщины листов магнитопроводов. Следует отметить, что увеличение удельного сопротивления в применяемых сплавах ограничено, так как проводимость является характерным свойством металла как основного компонента магнитного материала; уменьшение толщины листов магнитопроводов ограничивается экономическими соображениями. Поэтому группа мате-

�32738

риалов (в основном электротехнические стали), использующая в качестве рабочего участка всю петлю гистерезиса, применяется в устройствах, работающих иа низких частотах.

При построении аппаратуры передачи и приема информации, малогабаритных трансформаторов питания, дросселей и т. д. требуются магнитные материалы, обладающие высокой проницаемостью на начальном

Рис. 11-12. Сравнительные характеристики для материалов, работающих в слабых полях.

а - пермаллой; б - феррит; в - магнито-диэлектрик.

участке кривой В (Я), малыми потерями на гистерезис и вихревые токи (рис. 11-11,6). Здесь широкое применение находят металлические листовые, порошкообразные (маг-нитодиэлектрики) и оксидные (ферриты) материалы. Высокое значение ггнач обеспечивается внутриструктурными напряжениями, минимальными коэффициентами магнитострикции и анизотропии. На рис 11-12 для сравнения показаны области работы используемых магнитнььх материалов типа пермаллоев, ферритов и магнитодиэлектри-ков. Как видно из рисунка, хотя (Лгиач у магнитодиэлектриков значительно меньше, чем у металлических материалов, они являются так же как и ферриты, практически незаменимыми при работе в широком частотном диапазоне. Объясняется это теми обстоятельствами, которые характеризуют технологические свойства и стоимость материала. Большое значение имеет факт широкого внедрения ферритов, вытесняющих В последнее время магнитодиэлектрики. Что касается частотных свойств материалов, то их использование в зависимости от типа материала распространяется на области средних (пермаллои), высоких и сверхвысоких (ферриты, магнитодиэлектрики) частот.

В измерительных и регулировочных трансформаторах при широком изменении индукции (порядка 0,1-0,3 Тл) требуется постоянство коэффициента передачи, минимальное значение активных и реактивных потерь. Для выполнения этих требований магнитный материал должен иметь большую и мало изменяющуюся проницаемость в широком диапазоне изменения индукций. Оценочными показателями здесь являются максимальная эффективная относительная проницаемость и диапазон индукции, соответствующий уменьшению ее на определенную конкретную величину. Чем выше этот показатель, тем материал лучше. Удельные потери определяются удельным сопро-

тивлением материала и толщиной его. Большое распространение здесь получили текстурованные кремнистые стали с содержанием кремния до 6%, имеющие большое удельное сопротивление р. Широкий диапазон индукции с постоянной проницаемостью обеспечивается за счет высокой индукции насыщения. Возможно применение и железо-никелевых сплавов (содержание никеля SOTS %) с малой толщиной листов материала, однако это связано с ограничениями экономического характера, приводящими к увеличению стоимости материала.

Особые требования предъявляются к материалам импульсных трансформаторов, работающих с униполярными импульсами. Важным здесь является большая относительная импульсная проницаемость, определяемая как

РГИ =

Обеспечивается это высокой индукцией насыщения, малым значением остаточной индукции используемого материала (область работы определяется рис. 11-11, е). Для выполнения указанных требований часто используют специальные железоникелевые

Рис. 11-13. Кривые импульсного намагничивания материалов без под-магиичивания и с под-магаичиваннем постоянным магнитным полем.

сплавы (содержание никеля 60-65%) о Br/Bmosc=0,2, марганпево-цинковые ферриты, имеющие это отношение на уровне 0,2- 0,3 и начальную относительную проницаемость не менее 5000, но отличающиеся дешевизной получения. При использовании материалов с прямоугольной петлей гистерезиса большой эффект дает подмагиичиваиие полем противоположной полярности (рис. 11-13). Так, подмагничивание отрицательным полем Нй приводит к изменению индукции ДВ , при воздействии униполярного импульса намного превосходящему изменение ДВ в отсутстиие подмагничивающе-го поля. Иногда для получения требуемого значения{Хи вводят в устройство воздушный зазор, приводящий к уменьшению эффективного значения остаточной индукции при сохранении на прежнем уровне Втах.

Требования к магнитным материалам реле я различной коммутациоииой аппаратуры (рабочий участок представлен рис. 11-11, е) определяются надежностью срабатывания, отпускания и быстродействием. Для обеспечения надежности срабатывания ма-