Магнитные материалы специального назначения

В эту группу входят магнитомягкие материалы, разработанные для конкретной узкой области применения и имеющие в связи с этим наивысшие значения по одному, реже двум магнитным пара­метрам. К числу таких магнитных материалов относят: материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), материалы сверхвысо­кочастотного диапазона (СВЧ-ферриты), магнитострикционные и термомагнитные материалы.

- Материалы с прямоугольной петлей гистерезиса

Материалы с ППГ являются основой при разработке и изготов­лении разнообразных запоминающих и логических устройств вы­числительной техники, устройств, широко применяемых в автома­тике, в аппаратуре телеграфной связи, в многоканальных импуль­сных системах радиосвязи.

Характеристики материалов с ППГ. Степень прямоугольности петли гистерезиса оценивается коэффициентом прямоугольности

К_ПР=В_Г/В_max

где В_г и В_mах — соответственно остаточная и максимальная индук­ция материала на предельной статической петле гистерезиса.

Критерием, определяющим принадлежность магнитного мате­риала к материалам с ППГ, является значение К_пр≥ 0, 85. Идеаль­ным является Кпр = 1, т. е. B_r=B_max. Материалы с ППГ имеют только два устойчивых состояния намагниченности +В_Г и—В_т, со­ответствующих противоположным направлениям перемагничивающего поля. Эту особенность широко используют при разработ­ке магнитных элементов для хранения и переработки двоичной информации. Условно принимают состояние намагниченности ма­териала + В_Г за 1, а состояние — В_г за 0.

Если на сердечник из материала с ППГ намотать обмотку, то электрический сигнал U (В), возникающий в обмотке при перемагничивании сердечника из одного устойчивого состояния в другое, определяется выражением:

где К —- коэффициент, зависящий от числа витков в обмотке и от конфигурации сердечника; т —время перемагничивания сердеч­ника, с.

.. Рис. 23.1. Параметры феррита с ППГ марки ВТ при H=160 А/м в зависиаааааамости от: а —частоты; б — температуры при f=50 Гц

Из выражения (23.2) следует, что чем больше коэффициент прямоугольности К_пр, значение максимальной индукции B_maх и чем меньше время перемагничивания т, тем выше полезный сигнал от устройства хранения информации (сердечника с ППГ). В реаль­ных устройствах вычислительной техники величина t достигает до­лей микросекунды. Для характеристики скорости перемагничивания материала используют также коэффициент переключения К_q, характеризующий минимальную величину импульса магнитного поля, измеряемого в А*мкс/м и необходимого для полного пере­ключения сердечника. Важным параметром материалов с ППГ яв­ляется величина коэрцитивной силы, поскольку она определяет необходимую напряженность поля перемагничивания сердечника. При повышении температуры материалов с ППГ происходит сни­жение значений Н_с, В_г, К_пу (рис. 23.1). Степень этого снижений оценивается температурным коэффициентом ТКВ_Г (22.2) и коэф­фициентом ткн_с.

Свойства материаловс ППГ. Отечественная промышленность выпускает два типа материалов с ППГ: ферриты и магнитомягкие сплавы.

Ферриты с ППГ разделяют на два вида: со спонтанной и с индуцированной (наведенной) прямоугольностью петли гистерези­са. В первом случае прямоугольность обусловлена составом ферри­та и условиями обжига. Во втором случае она возникает как след­ствие термомагнитной обработки, аналогично тому, как термомагнитная обработка применялась для улучшения магнитных характе­ристик магнитотвердых материалов.

Наиболее широкое применение нашли ферриты со спонтанной прямоугольностью петли гистерезиса, появление которой обуслов­лено преобладанием процесса необратимого смещения доменных, стенок. Такой характер перемагничивания материала возникает в феррите при условии низкой магнитострикции материала в соче­тании с локальными неоднородностями и искажениями структуры,, что делает состояние остаточной намагниченности доменных сте­нок более продолжительным. Благоприятные условия для такого перемагничивания создаются в литиевых, марганец-магниевых ферритах.

Литиевые ферриты с ППГ приобретают необходимые свойства после добавления в состав феррита натрия, магния, мар­ганца и др. Ферриты этого состава имеют хорошую термостабиль­ность (табл. 23.1).

Марганец-магниевые ферриты получили наибольшее распространение, поскольку обладают широким диапазоном необ­ходимых свойств и относительно просты в изготовлении. Добавление оксидов цинка и кальция в феррит сопровожда­ется повышением индукции и снижением величины Н_с. По термо­стабильности марганец-магниевые ферриты уступают литиевым.

Для снижения энергии, потребляемой сердечником с ППГ, раз­меры его должны быть минимальны, но предел миниатюризации сердечника определяется технологией его изготовления, сборки, числом витков обмоток размещенных на сердечнике. В значитель­ной степени эти вопросы решаются при использовании многоотверстных ферритовых пластин. Эти интегральные устройства, объеди­няющие в себе большое количество отдельных запоминающих эле­ментов, имеют широкие функциональные возможности, позволяю­щие создать еще более миниатюрные запоминающие элементы, до­биться высокой воспроизводимости их свойств.

Магнитомягкие сплавы с ППГ являются по составу железо- никелевыми и железоникелькобальтовыми сплавами, легированны­ми молибденом, медью или другими металлами.

Магнитомягкие сплавы с ППГ в виде сердечников применяют при частотах перемагничивания порядка десятков килогерц. На этих частотах можно - рекомендовать сердечники из сплавов 34НКМП, 68НМП, имеющие наиболее высокий коэффициент пря­моугольно. В переключающих устройствах с рабочей частотой в сотни килогерц необходимо использовать сердечники микронного проката из сплавов 77НМД, 79НМ, поскольку они имеют мини­мальное значение коэффициента переключения.

Основные преимущества микронных сердечников по сравнению с ферритовыми состоят: в лучшей температурной и радиационной стабильности, в более высоких рабочих частотах, меньших перемагничивающих полях. Однако технология производства ферритов с ППГ значительно проще процесса изготовления ленточных сер­дечников микронного проката, поэтому в устройствах с большим количеством магнитных элементов (например, в запоминающих устройствах) целесообразней использовать более дешевые и техно­логичные ферритовые элементы с ППГ.