Вопрос 35. Классификация, требования, свойства, характеристики, применение магнитных материалов

Согласно поведению в магнитном поле все магнитные материалы делят на две основные группы: магнитно-мягкие и магнитно-твердые.

Магнитно-мягкие материалы обладают большими значениями начальной и максимальной магнитной проницаемости и малыми значениями коэрцитивной силы.

Эти материалы легко намагничиваются и размагничиваются. Они отличаются малыми потерями на гистерезис, т. е. им соответствует узкая гистерезисная петля.

Уровень магнитных характеристик магнитно-мягких материалов зависит от их химической чистоты и степени искажения их кристаллической структуры. Чем меньше различных примесей в магнитно мягком материале, тем выше уровень его характеристик, т. е. меньше и потери на гистерезис. Поэтому при производстве магнитно-мягких материалов стараются удалить из них наиболее вредные примеси — углерод
С, фосфор Р, серу S, кислород О₂, азот N₂ и различные окислы. Одновременно стараются не искажать кристаллическую структуру материала и не вызывать в нем
внутренних напряжений. Из магнитно-мягких материалов изготовляют сердечники электрических машин, трансформаторов, реле и других электрических аппаратов.

Магнитно-твердые материалы обладают большой коэрцитивной силой и большой остаточной индукцией. Им соответствует широкая гистерезисная петля. Эти материалы с большим трудом намагничиваются, а будучи намагниченными, могут несколько лет сохранять магнитную энергию, т. е. служить источниками постоянного магнитного поля.

Магнитно-твердые материалы применяют главным образом для
изготовления постоянных магнитов.

По составу все магнитные материалы делятся на металлические и неметаллические. К металлическим магнитным материалам относят чистые металлы (железо,
кобальт, никель) и магнитные сплавы некоторых металлов, к неметаллическим — ферриты.

Магнитными называются такие материалы, которые под действием внешнего магнитного поля способны намагничиваться, т. е. приобретать особые магнитные свойства.

Основные магнитные материалы — это железо, никель, кобальт и различные сплавы на основе технически чистого железа. Свойства магнитных материалов оценивают с помощью величин, называемых магнитными характеристиками. Важнейшими магнитными характеристиками являются следующие:

Магнитная проницаемость — величина, определяющая способность
материала к намагничиванию.

Магнитная проницаемость в большой степени зависит от напряженности, действующей в материале. Поэтому для оценки способности материала к намагничиванию приходится учитывать начальную магнитную проницаемость, и максимальную магнитную проницаемость.

Чем выше значения этих характеристик у данного материала, тем легче он намагничивается. Всякий магнитный материал обладает магнитными свойствами только до определенной температуры (температура Кюри), по достижении которой магнитные свойства у материала исчезают, т. е. он не может быть намагничен. Это обусловлено дезориентацией внутренних областей (доменов) намагничивания из-за интенсивного теплового движения его атомов и молекул.

Поведение магнитного материала в магнитном поле характеризуется начальной
кривой намагничивания. Эта кривая показывает изменение магнитной индукции в магнитном материале в зависимости от напряженности.

Магнитная индукция измеряется в тесла (Т).

Если образец магнитного материала намагничивать, непрерывно повышая напряженность магнитного поля, то магнитная индукция тоже будет непрерывно возрастать по кривой намагничивания.

Для размагничивания образца материала надо, чтобы напряженность магнитного поля изменила свое направление на обратное.

Напряженность поля, при которой индукция становится равной нулю, называется коэрцитивной силой.

Если после этого образец магнитного материала намагничивать далее в противоположном направлении, то в материале снова будет наблюдаться индукция насыщения. При дальнейшем уменьшении напряженности магнитного поля и новом намагничивании в первоначальном направлении индукция будет непрерывно увеличиваться до величины индукции насыщения. В результате образуется замкнутая петля, которую называют предельной, или статической, петлей гистерезиса. Предельная петля гистерезиса снимается при медленном изменении постоянного магнитного поля, когда величина магнитной индукции становится равной индукции насыщения.

Отношение значения индукции к величине магнитного поля на динамической кривой представляет собой динамическую магнитную проницаемость.

При низких частотах и малой толщине магнитного материала динамическая кривая намагничивания совпадает со статической кривой. При этом значения динамической магнитной проницаемости практически совпадают со значениями проницаемости, вычисленными по статической кривой намагничивания. Динамическая петля
гистерезиса имеет несколько большую площадь, чём статическая петля, так как при воздействии переменного магнитного поля в материале возникают, кроме потерь
на гистерезис, потери на вихревые токи и на магнитное последействие.

Потери энергии на вихревые токи зависят от удельного электрического сопротивления р магнитного материала. Чем оно больше, тем меньше потери на вихревые токи.

Магнитной характеристикой материала является максимальная величина удельной объемной энергии.