Классификация и основные характеристики магнитных материалов

Все вещества в природе являются магнетиками в том понимании, что они обладают определенными магнитными свойствами и определенным образом взаимодействуют с внешним магнитным полем.

Магнитными называют материалы, применяемые в технике с учетом их магнитных свойств. Магнитные свойства вещества зависят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул.

Классификация магнитных материалов

Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномагнитные.

К слабомагнитным относят диамагнетики и парамагнетики.

К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми. Формально отличие магнитных свойств материалов можно охарактеризовать относительной магнитной проницаемостью.

Диамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых не обладают результирующим магнитным моментом. Внешне диамагнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного поля. К ним относят цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы.

Парамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых обладают результирующим магнитным моментом, не зависящим от внешнего магнитного поля. Внешне парамагнетики проявляют себя тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле. К ним относят алюминий, платину, никель и другие материалы.

Ферромагнетиками называют материалы, в которых собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи раз превышать вызвавшее его внешнее магнитное поле.

Любое ферромагнитное тело разбито на домены – малые области самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. В отсутствие внешнего магнитного поля, направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.

Существует три типа процессов намагничивания ферромагнетиков:

1. Процесс обратимого смещения магнитных доменов. В данном случае происходит смещение границ доменов, ориентированных наиболее близко к направлению внешнего поля. При снятии поля домены смещаются в обратном направлении. Область обратимого смещения доменов расположена начальном участке кривой намагничивания.

2. Процесс необратимого смещения магнитных доменов. В данном случае смещение границ между магнитными доменами не снимается при снижении магнитного поля. Исходные положения доменов могут быть достигнуты в процессе перемагничивания.

Необратимое смещение границ доменов приводит к появлению магнитного гистерезиса – отставанию магнитной индукции от напряженности поля.

3. Процессы вращения доменов. В данном случае завершение процессов смещения границ доменов приводит к техническому насыщению материала. В области насыщения все домены поворачиваются по направлению поля. Петля гистерезиса, достигающая области насыщения называется предельной.

Материалы с малыми значениями Hc (узкой петлей гистерезиса) и большой магнитной проницаемостью называются магнитомягкими.

Материалы с большими значениями Hc (широкой петлей гистерезиса) и низкой магнитной проницаемостью называются магнитотвердыми.

При перемагничивании ферромагнетика в переменных магнитных полях всегда наблюдаются тепловые потери энергии, то есть материал нагревается. Эти потери обусловлены потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи. Потери на гистерезис пропорциональны площади петли гистерезиса. Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления ферромагнетика. Чем выше сопротивление – тем меньше потери на вихревые токи.

Магнитомягкие и магнитотвердые материалы

К магнитомягким материалам относят:

1. Технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь).

3. Железоникелевые и железокобальтовые сплавы.

4. Магнитомягкие ферриты.

Магнитные свойства низкоуглеродистой стали (технически чистого железа) зависят от содержания примесей, искажения кристаллической решетки из-за деформации, величины зерна и термической обработки. По причине низкого удельного сопротивления технически чистое железо в электротехнике используется довольно редко, в основном для магнитопроводов постоянного магнитного потока.

Электротехническая кремнистая сталь является основным магнитным материалом массового потребления. Это сплав железа с кремнием. Легирование кремнием позволяет уменьшить коэрцитивную силу и увеличить удельное сопротивление, то есть снизить потери на вихревые токи.

Магнитопроводы формируют либо из отдельных пластин, получаемых штамповкой или резкой, либо навивкой из лент.

Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением частоты.

Недостатком ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты применяют, как правило, в низковольтной электронике.

К магнитотвердым материалам относят:

1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al.

2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой.

3. Магнитотвердые ферриты. Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное поле.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Ферриты

оглавление

Основы

характеристики

Магнитомягкие ферриты

Обычные магнитомягкие ферритовые материалы:

Твердые магнитные ферриты

Производство

Магнитомягкие ферриты

После высыхания порошка его прессуют в желаемую форму с помощью высокого и равномерного давления. Затем заготовки спекаются в специально адаптированной атмосфере при температуре от 1000 до 1450 ° C. Во время спекания объем сердцевины уменьшается примерно на 40-50%. Химический состав и особенно молекулярная структура предварительно спеченного продукта и спеченного продукта, магнитомягкого керамического феррита, сильно различаются.

Ферритовые сердечники с воздушным зазором необходимо точно переточить для обеспечения точности размеров. Для поддержания напряжения изоляции и диэлектрической прочности обмоточного провода, если изоляция провода повреждена, керамические ферритовые сердечники обычно покрывают подходящей изоляцией (париленом, эпоксидной смолой или полиуретаном). Керамические ферриты, как и все керамические материалы, твердые и хрупкие, поэтому склонны к разрушению.

Другой возможностью производства магнитомягкого феррита является смешивание измельченных зерен с термопластичным композитным материалом и придание этой массе желаемой формы посредством процесса литья под давлением. Это может происходить без спекания, то есть без усадки, в результате чего могут быть достигнуты очень жесткие механические допуски. Возможна последующая обработка обычными для пластика методами. Так называемые «пластоферриты» производятся в виде держателей катушек, сердечников с несколькими отверстиями, а также в виде корпусов, заглушек и фольги. Типичными примерами применения пластоферритов являются, помимо их использования в качестве магнитопроводов для индуктивностей, экранов, дросселей для подавления помех и гибких антенн.

Твердые магнитные ферриты

В случае небольших геометрически простых форм, так называемое «сухое прессование» также может использоваться для придания формы заготовкам; Здесь сильная тенденция к (повторной) агломерации мельчайших частиц (от 1 до 2 мкм) является причиной худших магнитных характеристик по сравнению с «мокрыми» прессованными деталями. Прессованные изделия, сформированные непосредственно из исходных материалов, действительно можно кальцинировать и спекать совместно, но магнитные свойства продуктов, изготовленных таким образом, очень плохие.

история

Условия спекания и методы последующей обработки имеют решающее значение для электрических и магнитных свойств материалов. Необходимые основы кристаллической структуры шпинели были описаны в 1915 г. Брэггом и К. Нисикавой.

В начале 1940-х годов JLSnoek начал исследования медно-цинковых ферритов в лаборатории Philips Natuurkundig после того, как ранее ему удалось значительно улучшить магнитомягкие сплавы. Его первые попытки привели к созданию ферритового материала с высоким качеством и проницаемостью 10. Снук признал, что эти значения можно значительно улучшить, изменив производственные процессы и основные компоненты. В частности, это касалось потерь в сердечнике на более высоких частотах. Введение немагнитных FeZn соединений в магнитной шпинелей структуру из магнетита с 1940 было основным изобретением для последующих магнитомягких ферритовых сердечников.

Исследовательская группа вокруг Snoek разработала в общей сложности четыре различных типа ферритов: ферриты CuFe, ферриты MnZn, ферриты Mg-Zn и ферриты NiZn. Они продавались Philips под торговым названием «Ferroxcube» (Fe = железо, ox = оксид, куб = кубическая кристаллическая структура). Первый промышленный прорыв произошел в 1946 году с применением в телекоммуникационном секторе. Несколько сложная ситуация после Второй мировой войны с патентными правами на изобретения феррита привела к соглашению между Philips и американской Western Electric в форме перекрестного соглашения в 1947 году, которое было очень успешным для обеих сторон.

В 1960-х годах компания Philips разработала гексаферрит стронция (SrFe ₁₂ O ₁₉ ) с лучшими свойствами, чем гексаферрит бария. Гексаферриты бария и стронция по-прежнему доминируют на рынке из-за их низкой стоимости. Однако были найдены другие материалы с улучшенными свойствами. BaFe ₂ + 2Fe ₃ + 16O ₂₇ появился в 1980 году, а Ba ₂ ZnFe ₁₈ O ₂₃ появился в 1991 году.

области применения

В зависимости от области применения производятся самые разнообразные конструкции:

Твердые магнитные ферриты:

Источник

Классификация по группам и основные электромагнитные параметры отечественных магнитомягких ферритов

Ферриты — это магнитные материалы, представляющие собой смесь окислов металлов и обладающие ферромагнетизмом. Магнитомягкие ферриты — это ферриты с коэрцитивной силой по индукции не более 4 кА/м.

При применении ферритов необходимо учитывать их эксплуатационные характеристики.

Область применения каждой марки феррита определяется критической частотой, выше которой резко возрастают потери и снижается магнитная проницаемость. Магнитные свойства ферритов резко меняются при одновременном наложении постоянных и переменных полей. Кроме того, после воздействия таких полей имеет место остаточный магнитный эффект, поэтому сердечники не рекомендуется подвергать намагничиванию полями, превышающими рабочие поля.

Механические свойства ферритов подобны свойствам керамических изделий: их режут алмазным инструментом; они хорошо шлифуются и полируются; склеивают их клеем БФ-4. Под воздействием механических нагрузок в сердечниках возникают механические напряжения, что может разрушить сердечник или недопустимо изменить его электромагнитные параметры как во время действия нагрузки так и после нее. Влияние механических нагрузок на электромагнитные параметры сердечников зависит от направления вектора вызываемых ими механических напряжений относительно направления вектора напряженности рабочего поля.

К наибольшим изменениям параметров сердечников приводят механические напряжения, действующие перпендикулярно или параллельно направлению магнитного поля. В этих случаях изменения электромагнитных параметров одинаковы и могут отличаться только знаком.

При воздействии на сердечники динамических, механических нагрузок (ударов, вибраций) с динамическими импульсами менее 5 мс не рекомендуется допускать возникновения в сердечниках импульсов механических напряжений более 490332 Па (5 кгс/см²).

Нельзя допускать непосредственные удары по сердечникам и их падение с высоты на жесткое основание, так как при этом может произойти значительное необратимое изменение значения начальной магнитной проницаемости.

Для ферритов, с точки зрения прочности, самыми опасными видами деформации являются растяжение и изгиб. Предел прочности ферритовых материалов при растяжении (1-2)·10 4 кПа, при изгибе — в 2…2,5 раза больше, а при сжатии — в 10…15 раз больше, чем при растяжении.

При кратковременном воздействии повышенной и пониженной температур и при температурных циклах могут быть остаточные изменения магнитной проницаемости.

При увлажнении ферритов более чем на 5% могут незначительно возрасти магнитные потери на средних и высоких частотах из-за изменения электропроводности ферритов и диэлектрических потерь. При использовании ферритов с обмоткой на частотах 3МГц и более изменение диэлектрических характеристик при увлажнении вызывает изменение электромагнитных параметров из-за изменения собственной емкости и ее потерь. Вследствие этого при использовании ферритов на частотах свыше 3 МГц в условиях повышенной влажности рекомендуется применять герметизацию.

При радиационном облучении ферритов изменение электромагнитных параметров существенно только при облучении интегральным потоком нейтронов с интенсивностью выше 1·10 5 нейтронов/см². Под воздействием гамма-нейтронного облучения магнитная проницаемость ферритов уменьшается, особенно у марганец-цинковых ферритов.

Ферриты обладают временной нестабильностью магнитной проницаемости, которая проявляется в спаде значения магнитной проницаемости при длительном воздействии положительных температур или длительном хранении.

Разомкнутые сердечники характеризуются значением эффективной магнитной проницаемости. Тангенс угла магнитных потерь, температурная и временная нестабильность ориентировочно уменьшаются в X_н/Y_е раз, а постоянная гистерезиса — в (X_н/Y_е)² раз.

Источник

Ферриты (оксиферы)

Феррит – материал, представляющий собой соединение оксида железа и оксидов ферримагнетиков. Он имеет формулу MFe₂O₄. Это химическое соединение обладает кубической кристаллической решеткой и активно используется в радиоэлектронике, благодаря большому удельному сопротивлению и наличию магнитных свойств.

Основные свойства

Феррит обладает следующими физическими характеристиками:

Одним из основных физических свойств феррита является высокое электрическое сопротивление и магнитная проницаемость, что обуславливает низкие энергетические потери в высокочастотных зонах. Основным фактором, влияющим на этот параметр, является большая концентрация двухвалентных ионов железа. При повышенном количестве частиц Fe2+ увеличивается проводимость железного сплава и понижается его энергия активации. Высокое содержание двухвалентных ионов железа также приводит к снижению зависимости металла от различных свойств среды и состояния намагниченности.

Выделяют следующие механические свойства феррита:

Главными отличительными особенностями феррита являются его магнитные свойства. Они зависят от величины магнитной проницаемости железной модификации и тангенса угла потерь. На эти характеристики оказывают влияние интенсивность резонансных явлений и механические напряжения. Для сохранения магнитных свойств материала нужно ограничить величину физических нагрузок на поверхность металла.

На магнитные свойства феррита воздействуют следующие факторы:

Для большей части железных модификаций характерна нестабильность магнитной проницаемости при длительном хранении металла в теплых или холодных помещениях.
Ферриты являются полупроводниками и диэлектриками. Их электрические свойства зависят от процессов ионного обмена и температурного режима. При высоких температурах возрастает подвижность отрицательных зарядов химического соединения, что приводит к изменению электропроводности и удельного сопротивления феррита.Электрические свойства могут также изменяться при разных концентрациях ионов железа.

В процессе теплового движения частицы Fe2+ оказывают влияние на проводимость материала и энергию активации электропроводности. В результате снижается толщина энергетических барьеров, препятствующих перемещению отрицательных частиц из 1 иона в другой.

На многие параметры феррита влияют условия изготовления. Выделяют следующие способы производства этого материала:

Для производства качественного феррита необходимо соблюдать основные условия изготовления и использовать высокоактивные ферритовые соединения или порошки.

Химический состав

Ферриты являются смесью оксидов железа и иных легирующих металлов, включающих в себя медь, цинк, магний, ниобий, кобальт, никель, литий и марганец. Средняя молярная масса вещества зависит от процентного содержания химических элементов в растворе. Она равняется 152 – 160 г/моль. В зависимости от химического состава и структуры выделяют следующие разновидности феррита:

Химический состав феррита определяется эксплуатационными характеристиками материала и сферой его применения.

Классификация ферритов

Ферриты подразделяются на 3 основных класса:

В зависимости от основных параметров металла были созданы марки ферритов:

В соответствии с марками металлов была создана классификация ферритов, демонстрирующая виды применения данной модификации железа:

Отдельные марки ферритов могут применяться для производства определенной аппаратуры. В ионных аккумуляторах может использоваться только феррит цинка, являющийся магнитомягким металлом. Для магнитных головок изготавливают железные сплавы на основе никель-цинковых материалов. При сборке датчиков и специальных детекторов используют ферриты с высокой термочувствительностью. Ферриты, способные работать при импульсном намагничивании, используются во время производства трансформаторов. Модификации железа, имеющие низкие потери при частоте, могут применяться в телевизионных приборах.

Источник

Что такое феррит? Свойства, применение, производство и цена феррита

Здесь поможет уже слово «окси», указывающее на кислород. То есть, речь идет об оксидах железа. Однако, на этом формула ферритов не заканчивается. Нюансы рассмотрим в первой главе.

Что такое феррит

Любой феррит содержит в своей структуре еще и оксид другого металла. Металл этот должен быть ферромагнитиком, то есть, обладать магнитными свойствами в отсутствие магнитного поля.

Для его волн вещества группы легко проницаемы. Железо, кстати, ферромагнитик. В оксиферах элемент выбирает себе подобную пару, к примеру, никель в соединении с тем же кислородом.

Однако, доступны в силу стоимости или распространенности лишь несколько. Но, вернемся от частного к общему. Есть ли ферромагнитные свойства у феррита, и каковы, вообще, его свойства?

Свойства феррита

Итак, структура феррита всегда сводится к формуле MeOFe2O3. Соединения не металлические, но являются магнитомягкими. Это значит, что материалы способны намагнититься до насыщения и даже перемагнититься в слабом поле.

А вот излишней проводимости у них не наблюдается. Магнитный феррит — это не металл и уступает ему в способности передавать ток, однако, полностью ее не лишен. Большинство веществ группы — полупроводники.

Занимая промежуточное положение между металлами и диэлектриками, ферриты начинают лучше проводить ток при нагреве. При падении температуры оксиферы могут перейти в диэлектрики.

Зато, работая в режиме полупроводников, ферриты обеспечивают меньшие потери энергии, поскольку в веществах группы почти не образуются вихревые токи. Они замкнуты. Энергия не доходит из точки А в точку Б. Поэтому, вихревые токи именуют паразитарными и потребитель недополучает энергию, хоть и платит за нее.

Теперь, к вопросу ферромагнитности. Ее сохраняют лишь некоторые вещества группы. Так, феррит перлит ферромагнитен, а оксифер никеля — нет. Однако, есть и сложные ферриты. Они являются совмещением двух простых — одного ферромагнитного и одного простого.

Магнитные свойства комплексных оксиферов наиболее выражены, чем и пользуются промышленники. Где именно пригождаются свойства ферритов, и каких именно, расскажем в следующей главе.

Применение феррита

Материал выступает в роли экрана, отражая внешнее магнитное поле и задерживая то, что исходит от кабелей. Это обеспечивает стабильную работу техники, исключая искажение сигнала.

Если дома есть звуковая аппаратура, к примеру, магнитофоны, можно взглянуть и на них. Увидим головки записи. Они из феррита. Используют монокристаллы. Они, как и цилиндры на компьютерных кабелях исключают влияние помех на сигнал. Именно поэтому звук получается чистым.

Скорость этого движения высока, а посему, головка записи должна быть износостойкой. Вот почему производители закупают именно монокристаллы ферритов. Они тверже иных модификаций.

Если заглянуть в технические помещения, там наверняка найдется трансформатор на феррите. Кольца из сплава окиси железа с окисями других металлов служат в нем сердечником.

Деталь в несколько тысяч раз повышает индукцию магнитного поля. Речь о его действии на заряженные частицы. В итоге, прибор передает большую мощность, чем мог бы делать это с сердечником не из феррита.

Кольцевые сердечники из феррита встречаются не только в трансформаторах, но и прочей электронике. Детали бывают литыми и составными. Последние кольца – соединение двух половинок.

На них проще наматывать проволоку. В случае с монолитными сердечниками, сие проблематично. Поэтому, комбинированные модели распространеннее. Зазор между половинками стараются сделать как можно меньше. Иначе, теряется эффективность детали.

Они присущи и магнитам. Совпадает направление намагниченности подрешеток в структуре материалов. В обоих случаях, это 180 градусов. Но, у ферритов угол способен меняться.

Необходимое условие — активное усиление внешних полей. Намагниченность подрешеток становится меньше и … феррит переходит уже в категорию антиферромагнитиков.

Так что, при путанице в понятиях, а их путают многие, помните, что герой статьи – этакая переходная стадия между 100-процентными магнитами и полноценными антиферромагнитиками.

Производство феррита

Так именуют исходную смесь из окислов металлов. Затем, растворяют ненужные примеси. Это термический процесс, соответственно, шихту нагревают. После, соли осаждают и продолжают работу с полезным составом.

Цена феррита

Всего пару сотен обойдется ферритовый цилиндр для компьютерного кабеля. У детали есть защелка. Поэтому, надеть цилиндр на провод самостоятельно не составит труда. Некоторые модели стоят всего 110 рублей.

За миниатюрные заготовки для электроники, порой, просят всего пару рублей. Столько, к примеру, дают за 3-сантиметровые прутки. Их, в основном, отпускают оптом. Минимальная отгрузка – 300 штук. Однако, найти деталь можно и в рознице. Но там пруток стоит уже 6-15 рублей.

Источник