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-м’які. Магнітно-твердим матеріалам властиві мала магнітна проникність та великі гістерезисні втрати. Зазвичай з них виготовляють постійні магніти. Магнітно-м’які 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-м’яких 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-м’я­­ких 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-м’які 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