Магнитотвёрдые материалы

Основными характеристиками магнитотвердых материалов слу­жат коэрцитивная сила Н_с, остаточная индукция В_г и максималь­ная удельная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее простран­ство ω _A. Магнитная проницаемость этих материалов значительно меньше, чем у магнитомягких. Причем, чем «тверже» материал (т. е. чем выше его Н_с), тем меньше его проницае­мость. Постоянный магнит при замкнутом магнитопроводе, например в виде тороидального сердечни­ка, практически не отдает энергию во внешнее про­странство, так как почти все магнитные силовые линии замыкаются внутри сердечника и магнитное поле вне сердечника прак­тически отсутствует. Для использования магнитной энергии постоянных магнитов в замкнутом магнитопроводе создают воздушный зазор определенных размеров и конфигурции, магнит­ное поле в котором используют для технических целей.

На рис. 22.1 приведены кривые, характеризующие свойства магнитотвердого материала. Предположим, что этот материал находится в большом намагничивающем поле в состоянии полного насыщения, т. е. В = В₈. По мере уменьшения внешнего поля поведение магнитотвер­дого материала будет характеризоваться кривой размагничивания' и, в частности, ниспадающей частью петли гистерезиса от точки В_г к точке—Н_с, лежащей во втором квадранте (см. рис. 19.5).

Сплавы систем никель — кобальт, в частности, со­става 94% Ni, 4% Со, 2% Si (никоси) отличаются рекордно высо­кими значениями динамических магнитострикционных параметров, но по намагниченности насыщения и величине ƛ _s они уступают железокобальтовым сплавам. Поэтому преимущественная область при­менения сплава никоси — сердечники магнитострикционных преоб­разователей, работающих в режиме приема.

Магнитострикционные никель-кобальтовые ферриты по сравнению с рассмотренными металлическими материалами об­ладают лучшими высокочастотными свойствами, имеют конструктив­но-технологические преимущества, более дешевы.

Из-за низких прочности и теплопроводности область применения магнитострикционных ферритов ограничивается прецизионными преобразователями электромеханических и магнитострикционных фильтров, акустическими приемниками и излучателями малой и средней мощности.

Рис. 22.1. Кривые размагничивания (а) и удельной магнитной энергии (б) магнитотвер­дого материала ЮНДК18

Как известно, удельная энергия магнитного поля в единице объема, выраженная в Дж/м³, определяется формулой

ω = BH/2. (22.1)

Это выражение справедливо и для воздушного зазора в магнит­ном материале, если В и Н определять по кривой размагничивания, например для некоторой точки А (Н_А, В_А). При изменении величи­ны воздушного зазора между полюсами магнита рабочая точка будет перемещаться по кривой размагничивания. При этом будут взаимно изменяться параметры В, Н и ω. Понятно, что если зазоpa нет, то В_А = В, Н_А = 0 и ω =0. Если же зазор очень велик, энер­гия ω будет очень мала, так как В_А = О, Н_А = Н_С и ω _A = 0. Однако при некотором промежуточном положении рабочей точки (точка D) удельная магнитная энергия будет иметь максимальное значе­ние: ω _max=((1/2)BH)_max Параметр — максимальная удельная

магнитная энергия — является важнейшим при оценке качества магнитотвердых материалов.

Вопрос стабильности свойств магнитов в ряде случаев имеет важное значение. Магнитный поток постоянного магнита с течени­ем времени уменьшается. Это явление называют старением магнита. Оно может быть как обратимым, так и необратимым. Обратимое старение происходит вследствие механических воздей­ствий (ударов, толчков), резких колебаний температуры, действия внешних постоянных полей и приводит к снижению величины В_г на 1—3%. После повторного намагничивания свойства магнита пос­танавливаются.

Важное значение для практического использования магнито­твердых материалов в приборостроении имеют их стоимость, тех­нологические и механические характеристики (обрабатываемость, прочность, твердость, плотность и др.).

Классификация магнитотвердых материалов. По составу и способу получения выделяют следующие группы маг­нитотвердых материалов: 1) литые — на основе сплавов железо — никель — алюминий и железо — никель— алюминий — кобальт; 2) порошковые, изготавливаемые путем прессования с последую­щей термообработкой; 3) прочие, имеющие ограниченное примене­ние, к которым относят: пластически деформируемые сплавы, эла­стичные магниты, магнитные носители информации.

По назначению магнитотвердые материалы подразделяют на ма­териалы для постоянных магнитов и материалы для записи и хра­нения информации (цифровой, звуковой, видеоинформации др.).