Состав и параметры магнитотвердых материалов

Эластичные магниты изготавливают на резиновой основе из мелкого порошка магнитотвердого материала. Исходные материалы смешиваются и вулканизируются. Благодаря этому устраняется основной недостаток МТМ - плохие механические свойства (твердость, хрупкость), сложность механической

обработки и т.д. Изделия изготавливают в виде шнуров, полос, лент, которые легко режутся, штампуются, скручиваются и т.д.

Материалы для магнитных лент наибольшее распространение получили на основе нержавеющей стали и в виде биметаллических лент, применяемых в особых условиях работы в широком температурном диапазоне. Ленты на пластмассовой основе с порошкообразным рабочим слоем применяют для записи и хранения информации в бытовой аппаратуре и ЭВМ. Ленты «тип 2» изготавливают на основе Со – Fе2Оз, а ленты «тип б» — на основе γ - Fe2O3.

Материалы специального назначения

К данной группе относятся материалы с прямоугольной петлей гистерезиса

(ППГ) и магнитострикционные материалы.

Материалы с ППГ нашли широкое применение в устройствах автоматики и вычислительной техники, аппаратуре связи и т.д. Сердечники с ППГ имеют два устойчивых состояния - +Вr и -Вг (рисунок 5.8) и используются для хранения и переработки двоичной информации.

Основными характеристиками изделий с ППГ являются Вr Нс, μ и α - коэффициент прямоугольности, определяемый соотношением α = Вr/Вmaх . Обычно α = (0,85...0,96); при этом Вmaх определяется для Hmaх = (5... 10)Нс.

Достоинствами сердечников с ППГ являются высокая надежность и стабильность характеристик, малая потребляемая, мощность, низкая стоимость, простота проектирования сложных устройств, отсутствие затрат энергии на хранение информации.

Рисунок 5.8 – Прямоугольная петля гистерезиса

Материалы с ППГ подразделяются на три группы:

- ферриты;

- текстурированные ферромагнитные сплавы в виде лент толщиной от 0,5 мм до десятков микрометров;

- тонкие ферромагнитные пленки.

Ферриты получили наибольшее распространение, так как они легко изготавливаются, хотя технология их производства является прецизионной, т.е. имеет жесткие ограничения на состав и соблюдение режимов. Особенностью изготовления ферритов с ППГ является высокая температура окончательного обжига (до 1400 °С) и воздушная закалка после спекания, заключающаяся в естественном охлаждении на воздухе сразу же после обжига.

Наибольшее распространение получили ферриты на основе Mg-Мn, а также ферриты, содержащие Li, что обеспечивает высокую температурную стабильность.

Изделия в виде колец, сердечников сложной конфигурации, многоотверстных пластин и т.д. получают путем прессования.

Металлические ленты сложнее изготовить, но они лучше ферритов по магнитным свойствам и обладают высокой температурной стабильностью. Их получают путем проката и специальной обработки. Из лент изготавливают сердечники магнитопроводов.

Ферромагнитные пленки обладают высокими частотными свойствами, компактны и изготавливаются термическим испарением в вакууме магнитного материала на подложках из стекла или немагнитного металла, а также методом катодного распыления или электроосаждения.

К основным недостаткам магнитных пленок, полученных вакуумным напылением, следует отнести технологический разброс параметров от образца к образцу и от партии к партии. Тем не менее они находят все большее применение в устройствах магнитной микроэлектроники.

Магнитострикционными являются ферромагнетики, обладающие магнитной анизотропией, выражающейся в различной способности намагничиваться по различным осям кристалла. Для Fe осью легкого намагничивания является ребро куба, а для Ni - пространственные диагонали. Осями трудного намагничивания для Fe являются пространственные диагонали, а для Ni - ребра куба.

При наличии механических напряжений, кроме кристаллической анизотропии, возникает магнитоупругая анизотропия. Она вызвана дополнительным магнитным взаимодействием между электронами в результате механического искажения решетки при деформации.

Таким образом, магнитострикция - это изменение формы и размеров образца

(монокристаллов) при изменении его магнитного состояния.

Изменение магнитного состояния связано с магнитными силами в кристаллической решетке, которые являются анизотропными, вследствие чего вызывают различную деформацию в разных направлениях.

Под действием внешнего магнитного поля происходит перемагничивание,

магнитострикции α = ∆l/l, где l — длина стержня при Н = 0; ∆l — изменение длины под воздействием магнитного поля.

Знак коэффициента α может быть как положительным, так и отрицательным.

Магнитострикционными материалами являются сплавы: 50Pt·46Fe (α ~ 120·10-6); 50Со·50Fe (α ~ 70·10-6); Fe·13Al (α ~ 120·10-6). Никель имеет отрицательный коэффициент α = -35·10-6.

Магнитострикция используется в генераторах звуковых и ультразвуковых частот, в магнитострикционных вибраторах для обработки ультразвуком хрупких и твердых материалов, в дефектоскопах, гидроакустических приборах, в устройствах стабилизации частоты и электромеханических фильтрах.

Контрольные вопросы

1. Дать определение термина «магнетик».

2. Перечислите известные классы магнетиков по способности к намагничиванию.

3. Перечислите основные классы магнетиков, используемых в промышленных изделиях

4. Изобразите схематично магнитный атомный порядок ферро-, ферри- и антиферромагнетиков.

5. Что такое первоначальная (основная) кривая намагничивания и для чего она нужна?

6. Что является количественной мерой способности веществ к намагничиванию и по какой формуле она рассчитывается?

7. Дайте определение основной кривой намагничивания.

8. Что такое начальная магнитная проницаемость, что она характеризует и по какой формуле рассчитывается?

9. Что такое предельная петля гистерезиса? Каким критериям она должна соответствовать?

10.Что такое магнитные потери? Причины их возникновения. 11.Перечислите основные количественные параметры магнитных материалов. 12.Что такое остаточная индукция Вr и коэрцитивная сила Нс?

13.По какому количественному параметру делят магнитные материалы на МММ и МТМ? Каковы значения этого параметра?

14.Перечислите основные требования к МММ. 15.Что такое пермаллои и где они применяются?

16.Каков порядок значений mнач и mmax для материалов на основе железа и пермаллоев?

17.Что такое ферриты и в чем их основные достоинства?

18.На какие группы делятся ферриты по составу, свойствам и областям применения?

19.Перечислите основные количественные параметры МТМ. 20.Перечислите группы магнитных материалов специального назначения.

Литература

1. Аваев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники. М.: Радио и связь, 1991.

2. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В. Материалы радиоэлектронной техники. М.: Высшая школа, 2001.

3. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев В.М. Электротехнические материалы. Энергоатомиздат, 1985.

4. Дроздов Н.Г., Никулин Н.В. Электроматериаловедение. М.: Высшая школа, 1968.

5. Ефимов И.Е., Козырь И.Я. Основы микроэлектроники. М.: Высшая школа, 1983.

6. Казанцев А.П. Электротехнические материалы. Мн.: Дизайн ПРО, 2001.

7. Калинин Н.Н., Скибинский Г.Л., Новиков П.П. Электрорадиоматериалы. М.: Высшая школа, 1981,

8. Конденсаторы: Справочник. М.: Радио и связь, 1993,

9. Малогабаритная радиоаппаратура: Справочник. Киев.: Нукова думка, 1971, 10.Пасынков В.В. Материалы электронной техники. М.: Высшая школа, 1980, 11.Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. СПб.: Лань,

2003.

12.Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника. Питер, 2004. 13.Преображенский А.А. Магнитные материалы и элементы. М.: Высшая школа,

1976.

14.Резисторы: Справочник. М.: Радио и связь, 1991.

15.Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник. Мн.: Беларусь, 1994.

16.Рычина Т.А. Электрорадиоэлементы. М.: Советское радио, 1976. 17.Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. М.: Советское радио, 2000. 18.Таиров Ю.М. Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых и

диэлектрических материалов. СПб.: Лань, 2002.

19.Шалимова К.В. Физика полупроводников М.: Энергоатомиздат, 1985.

Св. план 2008, поз. 84

Учебное издание