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 | .