Новости

XuMuK.ru - МАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ - Хімічна енциклопедія


МАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ, в-ва, магн. св-ва яких брало обумовлюють їх застосування в техніці (електротехніці, вирахує. техніці, електроніці, радіотехніці та ін. областях). Hаіб. застосування знаходять магнітовпорядкованих в-ва: ферро-, феррі- і антиферомагнетики , До складу яких брало входять нек-риє елементи з незаповненими 3d-або 4f-електронними оболонками, атоми або іони яких брало володіють магн. моментами. До феромагнетика відносяться в осн. метали і сплави Fe, Co і Сu, РЗЕ (Nd, Sm, Gd, Tb, Dy і ін.), Нек-риє соед. Mn і Сr, напр. MnBi, MnAl, CrPt; до феримагнетика - ферити-шпінелі MFe2O4 (M - Fe, Ni, Со, Mn, Mg, Zn, Сu), ферити-гранати R3Fe5O12 (R - РЗЕ), гексаферріти PbFe12O19, Ba2Zn2F12O22 і ін., Інтерметалліч. соед. RFe2, RCo5, RFe14 і ін. Магнітними матеріалами можуть бути метали (В осн. ферромагнетики ), діелектрики і напівпровідники (Гл. Обр. Феррі- і антиферомагнетики ). Осн. характеристика магнітних матеріалів - намагніченість М, к-раю визначається як магн. момент одиниці об'єму в-ва. Одиниця намагніченості в СІ - А / м. Залежність М від напруженості поля H для ферро- і феримагнетиків визначається кривої намагнічування з петлею гистерезиса (мал.). Якщо напруженість поля достатня для намагнічування зразка до насичення, відповідна петля гистерезиса зв. граничної; безліч ін. можливих петель, одержуваних при менших значеннях H і лежать в межах граничної петлі, зв. приватними (неграничними). Якщо до початку дії зовн. поля зразок був повністю розмагнічений, крива залежності М від H зв. основною кривою намагнічування.

Криві намагнічування і розмагнічування феромагнетика : Н - напруженість зовн. магн. поля; М -намагніченность зразка; Нc - коерцитивної сила; Мr - залишкова намагніченість; М s - намагніченість насичення; 1 - гранична петля гістерезису; 2 - негранична (приватна) петля; 3 - початкова крива намагнічування.

Др. важливі параметри магнітних матеріалів: 1. Залишкова намагніченість Мr [або залишкова магн. індукція Вr, одиниця виміру - тесла (Тл)]; кількісно оцінюється величиною намагніченості, що зберігається в зразку після того, як він був намагнічений зовн. магн. полем до насичення, а потім напруженість поля зведена до нуля. Величина Мr (Вr) істотно залежить від форми зразка, його кристалічної. структури, т-ри, хутро. впливів (удари, струсу тощо) та ін. факторів. 2. Коерцитивна сила hс; вимірюється в А / м; кількісно визначається як напруженість поля, необхідна для зміни намагніченості тіла від значення Мr до нуля. Залежить від магнітної, крісталлографіч. і ін. видів анізотропії в-ва, наявності дефектів , Способу виготовлення зразка та його обробки, а також зовн. умов, напр. т-ри. 3. Oтносіт. магн. проникність m; характеризує зміну магн. індукції В середовища при впливі поля H; зв'язана з магнітною сприйнятливістю c співвідношенням: m = 1 + c (в СІ). В ферромагнетиках і ферритах m складним чином залежить від H; для опису цієї залежності вводять поняття диференціальної (m диф), початкової (m н) та максимальної (m макс) проницаемостей. 4. Макс. уд. магн. енергія Wмакс (в Дж / м3) або пропорційна їй величина (BH) макс на ділянці розмагнічування петлі гистерезиса. 5. Намагніченість насичення М s (або магн. Індукція насичення Bs). 6. Кюрі точка ТK. 7. Уд. елект. опір r (в Ом • м). У ряді випадків істотні і ін. Параметри, напр. температурні коеф. залишкової індукції і коерцитивної сили, характеристики тимчасової стабільності осн. параметрів. З аморфних магнітних матеріалів наиб. поширені матеріали на основі Fe, Ni, Со з аморфізующімі добавками В, Р, С, Si, Ge, а також аморфні сплави РЗЕ з Fe і Со. Аморфні магнітні матеріали отримують з рідкої фази надшвидким охолодженням (швидкість охолодження св. 105 К / с) або осадженням з газової фази на холодну підкладку. При нагр. до 300-450 ° С аморфні магнітні матеріали переходять в кристалічних. стан. Композиційними магнітними матеріалами зв. матеріали, виготовлені з ферромагн. металеві. або ферритового порошку з діелектричної. сполучною ( бакелітом , полістиролом , гумою , тальком , Смолою, рідким склом , Легкоплавку стеклоемалью і ін.). Для мн. техн. додатків, гл. обр. в електротехніці і радіоелектроніці, необхідні магнітні матеріали, що володіють великою величиною залишкової намагніченості. Залежно від величини коерцитивної сили розрізняють магнитомягкие і магнітотверді магнітні матеріали.
Магнитомягкие магнітні матеріали намагнічуються до насичення і перемагнічуються в порівняно слабких магн. полях (НЕ св. 4 кА / м). Для них характерні високі значення магн. проникності (m макс досягає 106), вузька петля магн. гистерезиса, малі втрати енергії при перемагнічування. Магнитомягкими магнітними матеріалами є: 1) електротехн. залізо і стали (низьковуглецеві і крем'янисті); 2) кристалічної. сплави на основі Fe-Ni - в т.ч. бінарні ( пермаллои ) І леговані Мо (суперпермаллоі), Mn (муметалл), Сr, Ti, Nb, Сu, Аl (ізоперми); на основі Fe-Co з добавками V (пермендюр); на основі Fe-Ni-Co з добавками Mn і Сr (Пермінвар); на основі Fe-Al (Алфьоров, алфеноли) і Fe-Si-Al (алсіфери, сендасти і ін.); 3) аморфні сплави на основі Fe (типу 80% Fe, 20% В), Fe-Ni (типу 40% Fe, 40% Ni, 20% SiB), Co-Fe (типу 70% Co, 5% Fe, 10% Si, 15 % B), Co-Zr, Co-Zr-Mo; 4) ферити-шпінелі, ферити-гранати, ортоферріти (зі структурою перовскита ); 5) композити ферромагн. металеві. порошку (карбонильное залізо , пермаллой , Алсіфер) з діелектричної. сполучною на основі смол (напр., шелаку), полістиролу , рідкого скла , тальку і т.п. (Магнітодіелектрики). Металеві. магнитомягкие магнітні матеріали мають наиб. значеннями магн. проникності (напр., у суперпермаллоя m макс = 106 при коерцитивної силі hс = 0,3 А / м) і магнітного. індукції насичення (напр., у пермендюр Bs = 2,4 Тл), температурною стабільністю св-в. аморфні сплави (Зазвичай виготовляють у вигляді тонкої стрічки) поєднують високі магн. св-ва з хорошими характеристиками міцності, корозійну стійкість, температурної і деформації. стабільністю. ферити і магнітодіелектрики характеризуються порівняно невеликими значеннями магн. характеристик (початкова магн. сприйнятливість m н = 5. 104 - 2. 104, Bs = 0,3-0,5 Тл, hс = 3. 103 А / м) і високим уд. елект. опором (r ~ 1014 Ом. м). Магн. і електричні. св-ва феритів можна регулювати зміною хім. складу, режимів спікання і термообробки. Магнитомягкие магнітні матеріали застосовують для виготовлення магнітопроводів, трансформаторів і магн. підсилювачів, дроселів, реле, дефектоскопів, магн. головок для відео- та звукозапису, магн. екранів, сердечників високодобротних котушок індуктивності (в колебат. контурах, електричні. фільтрах , Елементах пам'яті і ін.), Ліній затримки. Металеві. магнітні матеріали використовують в осн. для роботи на частотах змінного поля до дек. десятків кГц, тому що через відносно низького уд. елект. опору при підвищенні робочої частоти в них різко зростають вихрові струми. Це призводить до зниження ефективного перетину магнітопроводів і підвищенню втрат на перемагнічування. ферити використовують для роботи на частотах до дек. МГц. Композиційні магнітні матеріали застосовують для створення екранують пристроїв від СВЧ полів; металеві. компоненти матеріалів використовують у вигляді плівок або дрібнодисперсних порошків . Багатокомпонентні шаруваті матеріали з ферромагн. складової дозволяють створювати поглиначі полів з мінім. геом. розмірами.
Магнітотверді магнітні матеріали (магнитожорсткі, висококоерцитівниє магнітні матеріали) намагнічуються до насичення і перемагнічуються у відносно сильних магн. полях (св. 4 кА / м). Висококоерцитівниє магнітними матеріалами іноді наз. тільки магнітні матеріали з коерцитивної силою Нс> 20 кА / м. Магнітотверді магнітні матеріали застосовують як постійні магніти, як носіїв магн. пам'яті, в гістеррезісних двигунах, разл. хутро. утримують пристроях, в вузлах радіоапаратури і ін. Виділяють слід. групи магнітотвердих магнітних матеріалів:
1. Стали, гартувати на мартенсит (вуглецеві, леговані Сr, W, З). Вони мають порівняно малими hс (4-12 кА / м) і Wмакс (0,6-1,4 кДж / м3).
2. Дифузійно-тверднуть сплави на основі Fe-Ni-Аl (алні) з добавками Со, Сu, Ti і ін. Значення магн. параметрів цієї групи магнітних матеріалів залежить від складу і наявності текстури (крісталлографіч., магнітної). В цілому вони характеризуються помірними значеннями Нс (36-145 кА / м), високими значеннями Вr (0,5-1,4 Тл) і Wмакс (3,6-40 кДж / м3), найменшими з усіх магнітних матеріалів температурними коефіцієнтами основних параметрів (температурний діапазон використання до 770 К); ці магнітні матеріали тендітні, обробляються тільки шліфуванням.
3. Дисперсійно-тверднуть сплави Fe-Ni-Сu (куніфе), Co-Ni-Cu (Куніков), Fe-Co-V (вікаллой), Fe-Cr-Co і ін. За своїм магнітним. св-вам вони близькі до дифузійно-твердеющим сплавів , Але менш крихкі і піддаються обробці тиском , А нек-риє - і термомагнітообработке. Застосування диффузионно-твердіючих і дисперсно-твердіючих сплавів обмежено через дефіцитності ряду компонентів (особливо З).
4. сплави з використанням благородних металів (Напр., Pt, Ir, Pd) з високими значеннями коерцитивної сили (до 400 кА / м). Застосування їх також дуже обмежено через високу вартість. сплави Co-Pt, однак, застосовують для виготовлення надмініатюрних магнітів, тому що вони мають високу пластичністю , Що допускає холодну витяжку в тонкий дріт.
5. Барієв і стронцієві ферити з гексагон. кристаллич. гратами і кобальтові феррит зі структурою шпінелі . Характеризуються порівняно низькими значеннями Вr (0,19-0,42 Тл), вельми високими Hc (130-350 кА / м) і Wмакс (3-18 кДж / м3), температурною стабільністю (аж до 700 К), високим уд. елект. опором. Останнє обумовлює їх широке застосування при високих частотах змінного поля. Гідність всіх магнітотвердих феритів - висока уд. елект. опір, що дозволяє застосовувати їх при високих частотах змінного поля. Доступність компонентів гексагон. барієвих і стронцієвих феритів , Можливість автоматизації произова постійних магнітів з них і невисока вартість зумовили широке застосування цих магнітних матеріалів в разл. областях техніки. Осн. недоліки феритових магнітних матеріалів - висока твердість , Крихкість, обмежений температурний діапазон використання (230-500 К).
6. Інтерметалліч. соед. металів групи заліза з РЗЕ. Мають дуже високою кристалічної. анізотропією . поширені бінарні сплави "Рідкісна земля - кобальт ", Напр. SmCo5, квазібінарних соед." 2-17 "типу R2 (CoFe) 17. На основі таких сплавів розроблені магнітні матеріали з рекордними значеннями hс (640-1300 кА / м) і Wмакс (55-80 кДж / м3) при досить високих Вr (0,77-1,0 Тл) і задовольнить. характеристиках температурної стабільності. Недоліки цих магнітних матеріалів - висока твердість , Крихкість, дорожнеча. Застосовують їх в осн. в таких системах, де важливо зниження маси і габаритних розмірів магнітів. Розроблено також склади типу "рідкісна земля - залізо - бор ", Напр. Nd2Fe14B, (YEr) 2Fe14B. Такі магнітні матеріали не тільки володіють високими значеннями магн. Енергії (BH) макс але і значно дешевше, ніж SmCo5.
7. Композиційні магнітні матеріали на основі порошкоподібних феритів і інтерметалліч. в-в (5-я і 6-я групи) і сполучного . Розрізняють магнітопласти ( сполучна - пластич. маса) і магнітоеласти ( сполучна - каучук ). Через порівняно великої кількості немагнітних компонентів ці магнітні матеріали за своїми магн. параметрам гірше, ніж матеріал вихідного порошку , Але вони значно більш технологічні і дозволяють виготовляти магніти складної форми.
8. Матеріали для магн. записи, що отримуються нанесенням магнітних матеріалів у вигляді тонкої плівки або тонкодисперсного порошку на немагн. підкладку. використовують порошки оксидів перехідних металів , феритів або покриті сплавів Co-Ni, Co-Pt, Co-W, Co-Ni-P, Co-Ni-Cr, Со-Сr і ін., Що отримуються вакуумним напиленням , Гальванопластіч. або хім. осадженням . При створенні таких магнітних матеріалів прагнуть отримати наиб. Вr і помірну Нс (зазвичай 20-80 кА / м в залежності від щільності запису, способу запису інформації і т. П.). Перспективними матеріалами для магнітооптіч. запису інформації є висококоерцитівниє аморфні плівки на основі сполуки. типу "рідкісна земля залізо - кобальт "(Tb-Fe, Cd-Tb-Co, Tb-Gd-Fe-Co, Nd-Dy-Fe-Со); їх коерцитивної сила Нс = (1 - 5). 105 А / м.
Спеціальні магнітні матеріали. мають св-вами, к-які забезпечують їм важливі, але порівняно вузькі області застосування. Магнітострикційні магнітні матеріали - ферромагн. метали і сплави , а також ферити , Які мають досить великий магнітострикцією, тобто зміною розмірів зразка при його намагнічуванні і розмагнічування. Магнітострикція. матеріали використовують в випромінювачі і приймачі звуку і ультразвуку і в ін. пристроях, що перетворюють енергію електромагнітного. поля в механічну і назад. Магнітострикція. матеріалами є: нікель , НП2Т (Ni св. 98%), сплави - пермендюр, 49 КФ (49% Со, 2% V, інше Fe), Алфьоров (12,5% Аl, інше Fe), никоей (4% Со, 2% Si, решта Ni), керамич. ферити-шпінелі на основі Ni, Со, Сu. Перспективні магнітострикція. матеріали - інтерметалліч. соед. типу RFe2, де R - Y, Tb, Dy, напр. Тb0,27Dy0,73Fe2. У приладобудуванні і виміряє, техніці широко застосовують інварні сплави з низьким коеф. тримаючи. розширення і елінварние сплави , Що володіють малим температурним коеф. пружності. Такими св-вами володіють сплави Fe-Ni, Fe-Pt, Fe-Ni-Co, Fe-Ni-Сr, Fe-Co-Сr. Термомагнітні матеріали - ферромагн. сплави з сильною залежністю залишкової намагніченості від т-ри. Їх застосовують для компенсації температурних змін магн. потоків в приладах і реле, момент спрацьовування яких брало залежить від т-ри. До термомагн. матеріалів відносяться сплави Ni-Fe-Cr, Ni-Cu (кальмаллоі), Ni-Fe (термаллоі) і ін. Магнітооптіч. магнітні матеріали здатні обертати площину поляризації світла, що пройшло через зразок або відбитого від нього (див. Керр ефект ), І використовуються для управління світловими потоками (в лазерної техніки та оптоелектроніки). Щодо прозорі в ближньому ІЧ діапазоні ферити-гранати [напр., (YBi) 3Fe5Ol2], ферити-шпінелі, ортоферріти і ін. Застосовують в пристроях, призначених для просторово-часової модуляції світла. Непрозорі магнітні матеріали на основі інтерметалліч. соед., напр. РЗЕ з елементами підгрупи заліза , А також на основі MnBi, MnAs служать в якості пам'ятною середовища в магнітооптіч. запам'ятовуючих пристроях. СВЧ магнітні матеріали застосовують в радіоелектроніці, для виготовлення хвилеводів, фазовращателей, перетворювачів частоти, модуляторів, підсилювачів і т. П. Специфічний. вимогами до магнітних матеріалами для СВЧ діапазону є: висока чутливість до керуючого магн. полю, високе уд. елект. опір, малі електромагніт. втрати, висока т-ра Кюрі. наиб. поширені нікелеві, нікель-мідно-марганцеві ферити-шпінелі, ітрієві феррит-гранат, легований РЗЕ. Застосовують металеві. сплави Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Al-Cr. Їх використовують гл. обр. для створення поглиначів потужності в разл. виробах СВЧ техніки. Композиційні СВЧ магнітні матеріали використовують для створення екранів для захисту від СВЧ полів. Металеві. наповнювачами є Fe, Co, Ni, сплави сендаст; сполучними - разл. полімерні смоли і еластомери . Рідкі магнітні матеріали, або магн. рідини , Є однорідною суспензія дрібних (10-3-10-1 мкм) ферромагн. частинок в воді , гасі , веретеном олії , Фторуглеводородов, складних ефірах , рідких металах . Магн. рідини застосовують для візуалізації структури постійних магн. полів і доменної структури ферромагнетиков , В якості робочого середовища магнітокерованих поляризації. світлофільтрів, а також при створенні гідромех. перетворювачів і випромінювачів звуку. Вивчаються проблеми, пов'язані з використанням магн. рідин в біології та медицині, напр. для керованого рентгенівського контрастування порожнистих органів, створення депо лек. препаратів, локального підвищення т-ри.
===
Ісп. література для статті «МАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ»: Преображенський А. А., Теорія магнетизму, магнітні матеріали і елементи, М., 1972; Сергєєв В. В., Булигіна Т. І., Магнітотверді матеріали, М., 1980; Мішин Д. Д., Магнітні матеріали, М., 1981; Ковнерістий Ю. К., Лазарева І. Ю., Рава А. А., Матеріали, що поглинають НВЧ-випромінювання, М., 1982; прецизійні сплави . Довідник, під ред. Б. В. молотилово, 2 вид., М., 1983; Бєлов К. П., Магнітострикційні явища і їх технічні додатки, М., 1987; Звездин А. К., Котов В. А., Магнітооптика тонких плівок , М., 1988. А. К. Звездин.

Сторінка «МАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ» підготовлена за матеріалами хімічної енциклопедії .