Магнітні матеріали

МАГНІ́ТНІ МАТЕРІА́ЛИ — матеріали, які сут­тєво змінюють значе­н­ня магнітного поля, де вони роз­міщені. Серед поширених елементів високі феромагнітні властивості мають залізо, кобальт і нікель, серед рідкоземел. — дис­прозій, тербій, гадоліній, гольмій, М. м. пере­важно є сплавами, хоча існують й кераміки (ферити), які не проводять електр. струм. До складу майже всіх магніт. сплавів входять залізо, кобальт і нікель. Існують також сплави з немагніт. елементів, які мають невеликі феромагнітні властивості, — т. зв. гейслер. сплави. М. м. широко використовують у сучас. промисловості. Більшу їх частину за величиною коерцитив. сили поділяють на 2 великі групи: магнітно-тверді (понад 1кА/м) та магнітно-мʼякі. Магнітно-твердим матеріалам властиві мала магнітна проникність та великі гістерезисні втрати. За­звичай з них виготовляють по­стійні магніти. Магнітно-мʼякі матеріали мають малу коерцитивну силу, велику магнітну проникливість та малі гістерезисні втрати. Їх використовують як провід­ники та пере­творювачі магніт. поля. Важливою характеристикою М. м. є петля гістерезису. Для магнітно-мʼяких матеріалів вона надає інформацію про індукцію насиче­н­ня матеріалу, його магнітну проникність та коерцитивну силу. Ці величини є вихід. даними для роз­рахунків магніт. ланцюгів. Для магнітно-твердих матеріалів за другим квадрантом петлі гістерезису знаходять залишк. індукцію, коерцитивну силу за намагніченістю та індукцією, а також роз­раховують робочу точку по­стій. магніту. Ці дані дають можливість оцінити, який матеріал є найбільш придатним для викори­ста­н­ня у конкрет. випадку. Важлива характеристика М. м. — температура Кюрі. Якщо матеріал на­грівається вище цієї температури, то він втрачає феромагнітні властивості, тобто стає немагнітним. При досягнен­ні цієї температури втрачається магнітне впорядкува­н­ня. Будь-який М. м. можна роз­магнітити на­грівши його вище температури Кюрі. Наявні магнітні рідини — роз­чини дріб. порошків магнітно-твердих матеріалів, які завдяки поверх­невому натягнен­ню поводяться як єдине ціле з роз­чин­ником. Проте вони складні у виробництві, дуже коштовні та зберігають свої магнітні властивості значно менше, ніж справжні М. м. Водночас, використовуючи магнітні рідини, можна вдосконалити низку приладів і при­строїв. Макс. температура, при якій планують використовувати магнітно-твердий матеріал, є одним із осн. критеріїв вибору класу матеріалу. Її називають робочою т-рою, інколи — т-рою 5 % незворот. втрат. По­стій. магніт при кімнат. т-рах може мати високі силові характеристики, великі зворотні втрати залишк. індукції та коерцитив. сили і бути взагалі не­придат. при т-рах вищих за його робочу температуру. Робоча температура магнітно-твердих матеріалів також сут­тєво залежить від форми та геом. роз­мірів по­стій. магнітів. У таблицях робочих т-р за­звичай наводять температуру для циліндрів намагнічених уздовж осі симетрії з від­ноше­н­ням довжини до діаметра, що дорівнює 0,7. Магніти у ви­гляді прямокут. призм мають робочу температуру на 10–20° вищу (при однак. від­станях між полюсами магнітів), ніж у циліндрів. Робоча температура по­стій. магніту також може бути під­вищена збільше­н­ням від­стані між полюсами магніту іноді до 70 °С (при по­стій. попереч. роз­мірах). Тобто робоча температура двох по­стій. магнітів зі злиплими торцями вища на 30–50 °С за робочу температуру окремого магніту. Найбільшу робочу температуру (до 550 °С) та найменші коефіцієнти температур. втрат мають магнітно-тверді матеріали на основі сплавів Алніко. Проте їхня коерцитивна сила від­носно мала, що є їхнім сут­тєвим недоліком. Магнітні ланцюги з викори­ста­н­ням цих магнітів намагнічуються після збира­н­ня магніт. системи для викори­ста­н­ня всіх потенціал. можливостей матеріалу. Якщо ці сплави намагнічуються окремо від магніт. системи, то при вилучен­ні з при­строю, що намагнічує, вони втрачають частину залишк. індукції внаслідок невисокої коерцитив. сили (частково роз­магнічуються). Матеріали з такими властивостями називають докритичними. На від­міну від них, сплави на основі рідкоземел. елементів (самарій-кобальтові, неодимові магніти) є закритичними. Для них немає значе­н­ня намагнічувалися вони в магніт. системі або окремо від неї — вони зберігають свої високі магнітні властивості незалежно від способу намагнічува­н­ня. Найкращі магнітні властивості нині мають сплави на основі системи Nd–Fe–B. Залишк. індукція деяких з них досягає майже 1,5 Тл, коерцитивна сила 800 кА/м, енергет. здобуток 420 кДж/м³. У агресив. середовищах доцільно використовувати самарій-кобальт. магніти. Вони хоч і мають залишк. індукцію 1,2 Тл та енергет. здобуток 260 кДж/м³, проте їм властиві кращі температурні коефіцієнти (0,03 % / °С). За­звичай магніти на основі рідкоземел. елементів з високими магніт. властивостями, які є анізотропними, виготовляють методами порошк. металургії. Залишк. індукція ізотроп. рідкоземел. магнітів складає лише при­близно половину від індукції анізотроп. магнітів, і, як наслідок, їх енергет. здобуток у 4 рази менший порівняно з анізотроп. магнітами. Недоліком анізотроп. магнітів є неможливість їх намагнічува­н­ня у напрямках перпендикуляр. до осі легкого намагнічува­н­ня. Індукція насиче­н­ня магнітно-мʼя­­ких сплавів може досягати 2,45 Тл для деяких пермендюрів (49 КФ) та 2,2 Тл (електротех. сталі), що значно більше ніж у найкращих магнітно-твердих сплавів (1,5 Тл). Тому їх використовують для концентраторів і магніто­проводів у магніт. ланцюгах. Магнітно-мʼякі матеріали (за­звичай сплави) до­зволяють максимально викори­стати потенц. магнітні властивості магнітно-твердих матеріалів. Серед М. м. зі спец. властивостями — термомагнітні (з невисокою т-рою Кюрі; у великих обсягах використовують в різноманіт. реле) й магнітострикційні (змінюють геом. роз­міри у магніт. полі).

Завантажити статтю