Магнитострикционные материалы

 Магнитострикционные материалы - магнитомягкие материалы, у которых достаточно велик эффект магнитострикции: никель, алфер, пермаллой, пермендюр, ряд ферритов и др. Применяются в качестве преобразователей электромагнитной энергии в другие виды (например в механическую), для датчиков давления и т. п.

Металлические магнитострикционные материалы  изготавливают в виде лент толщиной 0,1—0,3 мм, из которых штампуют или навивают сердечники, ферриты-шпинели применяют в виде монолитных сердечников, ферриты-гранаты — в виде монокристаллов.[4]

Магнитострикционные датчики уровня позволяют проводить самые точные непрерывные измерения уровня жидкостей бесконтактным способом с точностью до 0,005%. Принцип действия магнитострикционных датчиков основан на прохождении радиочастотного импульса по волноводу из магнитострикционного материала. Благодаря отсутствию трущихся частей, датчики совершенно не подвержены механическому износу, чем гарантируется очень надежная и стабильная их работа на протяжении очень длительного времени. Магнитострикционные датчики применяются в области механических тестирующих и симулирующих систем, машин контроля материала, измерительно приводной техники, систем разлива и контроля уровня жидкости в нефтяной, химической, пищевой промышленностях и многих других областях.

Широкое применение в магнитострикционных устройствах находит ферритовая керамика. По сравнению с никелем и металлическими сплавами, магнитострикционные свойства которых также выражены довольно сильно, магнитострикционные ферриты имеют ряд преимуществ. Благодаря высокому удельному сопротивлению в них пренебрежимо малы потери на вихревые токи, поэтому отпадает необходимость расслаивать материал на отдельные пластины. В отличие от металлических сплавов ферриты не подвержены действию химически агрессивных сред. С помощью керамической технологии можно изготовить преобразователи практически любых форм и размеров.

По составу магнитострикционная керамика представляет собой либо чистый феррит никеля (Ni ), либо твердые растворы на его основе.

Из магнитострикционных материалов изготавливают сердечники электромеханических преобразователей (излучателей и приемников) для электроакустики и ультразвуковой техники, сердечники электромеханических и магнитострикционных фильтров и резонаторов, линий задержки. Их используют также в качестве чувствительных элементов магнитоупругих преобразователей, применяемых в устройствах автоматики и измерительной техники.[5]

Термомагнитные материалы

Эти материалы обладают сильной зависимостью магнитной индукции (точнее намагниченности) от температуры вблизи точки Кюри в полях, близких к полю технического насыщения материала. Термомагнитные материалы применяют главным образом в качестве магнитных шунтов или добавочных сопротивлений. Будучи включенными в магнитные цепи, они позволяют осуществить компенсацию температурной погрешности или обеспечить изменение магнитной индукции в воздушном зазоре по заданному закону. Для этих ферромагнетиков точка Кюри лежит между 0 и 100°С в зависимости от легирующих элементов. Сплав Ni - Сu при содержании Сu 30% компенсирует погрешность в интервале температур от 20 до 80°С, а при содержании Сu 40% - от -50 до + 10°С. Наибольшее техническое применение получили сплавы Fe – Ni - Cr, преимуществом которых является полная обратимость свойств в температурном интервале от -70 до +70°С и высокая воспроизводимость характеристик, а также хорошая механическая обрабатываемость.

Основная область применения - термокомпенсаторы и терморегуляторы магнитного потока в измерительных приборах (гальванометров, счётчиков электроэнергии, спидометров и т. п.), выполняемые в виде шунтов, ответвляющих на себя часть потока постоянного магнита. Принцип действия такого шунта основан на том, что с повышением температуры резко уменьшается его намагниченность, вследствие чего увеличивается поток в зазоре магнита.

Применяются также в реле, момент срабатывания которых зависит от температуры.

Магнитные жидкости

Магнитные жидкости — это высокодисперсные суспензии (коллоидные растворы) ферромагнитных материалов в обычных жидкостях, таких как вода, жидкие углеводороды, кремний- и фторорганические жидкости. В середине 60-х годов они были одновременно синтезированы в США и России.

Магнитные жидкости уникальны тем, что высокая текучесть сочетается в них с высокой намагниченностью - в десятки тысяч раз большей, чем у обычных жидкостей. Секрет такой высокой намагниченности заключается в том, что в обычную жидкость, например в жидкий углеводород, внедряется огромное количество мелких сферических частиц (размер их около 10 нм), которые представляют собой миниатюрные постоянные магниты. Каждая такая частица покрыта тонким слоем защитной оболочки, что предотвращает слипание частиц, а тепловое движение разбрасывает их по всему объему жидкости. Поэтому в отличие от обычных суспензий частицы в магнитных жидкостях не оседают на дно, и последние могут сохранять свои рабочие характеристики в течение многих лет.

Высокая чувствительность свойств раствора к внешнему полю позволяет управлять поведением магнитных жидкостей и использовать их в прикладных задачах.

Очень интересна гидродинамика магнитной жидкости в переменном магнитном поле. С его помощью можно заставить вращаться коллоидные частицы, каждая из которых будет генерировать вокруг себя микроскопический гидродинамический вихрь. Взаимодействие множества таких вихрей приводит к ряду новых явлений, специфичных только для магнитных жидкостей. В первую очередь это так называемый ротационный эффект — генерация крупномасштабных гидродинамических течений в магнитной жидкости, помещенной во вращающееся магнитное поле.

Магнитные жидкости не относятся к материалам массового спроса. Как правило, их производят небольшими партиями и используют в высокотехнологичных устройствах и приборах: в системах герметизации ввода вращающихся валов, антифрикционных узлах и демпферах, в ультразвуковой дефектоскопии и высококачественных громкоговорителях, магнитных сепараторах редких элементов, датчиках наклона и высокочувствительных измерителях ускорений, микроманометрах и исполнительных механизмах роботов.                

Хотя в изучении магнитных жидкостей американские и российские ученые стартовали одновременно, на Западе научные разработки нашли более широкое практическое применение. В США, например, существует специализированная корпорация, которая производит магнитные жидкости и устройства на их основе.[ 6]

Рисунок 5 - Вихревое течение магнитной

жидкости вблизи источника переменного

магнитного поля