Класифікація та основні характеристики магнітних матеріалів

Всі речовини в природі є Магнетик в тому розумінні, що вони володіють певними магнітними властивостями і певним чином взаємодіють із зовнішнім магнітним полем.

Магнітними називають матеріали, що використовуються в техніці з урахуванням
їх магнітних властивостей. Магнітні властивості речовини залежать від магнітних властивостей наночастинок, структури атомів і молекул.

Систематизація магнітних матеріалів

Магнітні матеріали ділять на слабомагнітні і сильномагнітних.

До слабомагнітних відносять Діамагнетик і парамагнетики.

До сильномагнітних - ферромагнетики, які, в свою чергу, можуть бути магнитомягкими і магнітотверді. Формально відміну магнітних властивостей матеріалів можна охарактеризувати відносною магнітною проникністю.

Діамагнетиками називають матеріали, атоми (іони) яких не володіють результуючим магнітним моментом. Зовні Діамагнетик проявляють себе тим, що виштовхуються з магнітного поля. До них відносять цинк, мідь, золото, ртуть та інші матеріали.

Парамагнетиками називають матеріали, атоми (іони) яких володіють результуючим магнітним моментом, не залежних від зовнішнього магнітного поля. Зовні парамагнетики проявляють себе тим, що втягуються в неоднорідне магнітне поле. До них відносять алюміній, платину, нікель і інші матеріали.

Феромагнетиками називають матеріали, в яких власне (внутрішнє) магнітне поле може в сотні й тисячі разів перевершувати викликало його зовнішнє магнітне поле.

Будь-яке феромагнітна тіло розбите на домени - малі області мимовільної (спонтанної) намагніченості. За відсутності зовнішнього магнітного поля, напрями векторів намагніченості різних доменів не збігаються, і результуюча намагніченість всього тіла може бути дорівнює нулю.

Існує три типи процесів намагнічування феромагнетиків:

1. Процес оборотного зсуву магнітних доменів. В цьому випадку відбувається зсув границь доменів, націлених ближче до напрямку зовнішнього поля. При знятті поля домени зміщуються в зворотному напрямку. Область оборотного зсуву доменів розміщена вихідному ділянці кривої намагнічування.

2. Процес незворотного зміщення магнітних доменів. В цьому випадку зміщення кордонів між магнітними доменами не знімається при зниженні магнітного поля. Початкові положення доменів можуть бути досягнуті в процесі перемагнічування.

Необоротне зміщення кордонів доменів призводить до виникнення магнітного гистерезиса - відставання магнітної індукції від напруженості поля.

3. Процеси обертання доменів. В цьому випадку закінчення процесів зсуву кордонів доменів призводить до технічного насичення матеріалу. В області насичення все домени повертаються по напрямку поля. Петля гістерезису, що досягає області насичення іменується граничної.

Гранична петля гістерезису має наступні властивості: Bmax - індукція насищенія- Br - залишкова індукція- Hc - затримує (коерцитивну) сила.

Матеріали з малими значеннями Hc (вузенькою петлею гистерезиса) і великий магнітною проникністю іменуються магнитомягкими.

Матеріали з великими значеннями Hc (широкої петлею гистерезиса) і низькою магнітною проникністю іменуються магнітотверді.

При перемагничивании феромагнетика в змінних магнітних полях завжди спостерігаються тепловтрати енергії, іншими словами матеріал гріється. Ці втрати обгрунтовані втратами на гістерезис і втратами на вихрові струми. Втрати на гістерезис пропорційні площі петлі гістерезису. Втрати на вихрові струми залежать від електричного опору феромагнетика. Чим вище опір - тим менше втрати на вихрові струми.

Магнитомягкие і магнітотверді матеріали

До магнітомягкого матеріалів відносять:

1. На технічному рівні чисте залізо (електротехнічна низьковуглецевий сталь).

2. Електротехнічні крем`янисті стали.

3. залізонікелевого і железокобальтовие сплави.

4. Магнитомягкие ферити.

Магнітні характеристики низьковуглецевої сталі (на технічному рівні чистого заліза) залежать від вмісту домішок, заломлення кристалічної решітки через деформацію, величини зерна і термообробки. Через низький питомого опору на технічному рівні чисте залізо в електротехніці вживається досить рідко, в основному для магнітопроводів постійного магнітного потоку.

Електротехнічна кремниста сталь є головним магнітним матеріалом масового вживання. Це сплав заліза з кремнієм. Легування кремнієм дозволяє зменшити коерцитивної силу і збільшити питомий опір, іншими словами знизити втрати на вихрові струми.

Листова електротехнічна сталь, що поставляється в окремих аркушах або рулонах, і стрічкова сталь, що поставляється виключно в рулонах - є напівфабрикатами, створеними для виробництва магнітопроводів (сердечників).

Лінії по переробці формують або з окремих пластинок, одержуваних штампуванням або різкої, або навивкой з стрічок.

Железонікелевие сплави називають пермаллоев. Вони володіють великою вихідної магнітної проникністю в області слабких магнітних полів. Пермаллои використовують для сердечників компактних силових трансформаторів, дроселів і реле.

Ферити являють собою магнітну кераміку з величезним питомим опором, в 1010 разів перевершує опір заліза. Ферити використовують в високочастотних ланцюгах, тому що їх магнітна проникність практично не знижується з підвищенням частоти.

Недоліком феритів є їх низька індукція насичення і низька механічна міцність. Тому ферити використовують, зазвичай, в низьковольтної електроніці.

До магнітотвердих матеріалів відносять:

1. Литі магнітотверді матеріали на базі сплавів Fe-Ni-Al.

2. Порошкові магнітотверді матеріали, одержувані методом пресування порошків з наступною термічною обробкою.

3. Магнітотверді ферити. Магнітотверді матеріали - це матеріали для незмінних магнітів, що використовуються в електродвигунах та інших електротехнічних пристроях, в яких потрібно незмінне магнітне поле.