Реферат: Магнитные материалы 2

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

“Алтайский государственный технический университет

имени И.И. Ползунова"

Бийский технологический институт (филиал)

Факультет ИТАУ

Кафедра МСИА

РЕФЕРАТ

Материаловедение и технология конструкторских материалов

По теме «Магнитные материалы»

Выполнила студентка гр. ИИТТ-81 Куксина С. И.

Проверил старший преподаватель Лебедев А.Н.

Бийск 2009

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ………………………………………………………………2

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….…….3

1 История развития магнитного материаловедения ……………………4

2 Основные характеристики магнитных материалов……………………...5

2.1 Кривая намагничивания …………………………………………….….6

2.2 Петля гистерезиса ……………………………………………………....7

2.3 Магнитная проницаемость…………………………………………..…9

3 Классификация магнитных материалов…………………………………10

3.1 Магнитомягкие материалы……………………………………………..10 3.1.1 Материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей...12

3.1.2 Высокочастотные магнитомягкие материалы………………………13

3.2 Магнитострикционные материалы…………………………………...14

3.3 Термомагнитные материалы………………………………………..….15

3.4 Магнитные жидкости……………………………………………………16

3.5 Магнитотвёрдые материалы……………………………………………..18

3.5.1Литые высококоэрцитивные сплавы…………………………………..20

3.5.2 Магнитотвердые ферриты…………………………………………….21

3.5.3 Сплавы для магнитных носителей информации……………………...22

4 Применение …………………………………………………………………23

4.1 Магнитные дисковые накопители……………………………………….23

4.2 Применение ферритовых магнитных материалов……..….…..25 4.3 Магнитные датчики систем охранной сигнализации ……………..…..26

4.4 Использование магнитных материалов в космической технике……...27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….……...28

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………29

ВВЕДЕНИЕ

Магнитные материалы, магнетики - материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях - изменение физических размеров, температуры, проводимости , возникновению электрического потенциала и т. д.

К магнитным материалам относят вещества, обладающие определенными магнитными свойствами и используемые в современной технологии. Магнитными материалами могут быть различные сплавы, химические соединения, жидкости.

1 История развития магнитного материаловедения

В глубокой древности, более двух тысяч лет назад, греки и китайцы знали о свойстве магнитного железняка (горной породы магнетита) притягивать железные предметы. Применение магнитного компаса в кораблевождении сыграло большую роль в открытии новых земель и стран и, в частности, 500 лет назад в открытии Колумбом Америки.

Однако большое значение магнитных материалов для технического прогресса человечество ощутило только в середине XIX века после открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции, когда стало возможным конструирование и производство электрогенераторов, моторов, трансформаторов и других аппаратов и приборов для электротехники и техники средств связи.

Основа современного магнитного материаловедения - по-прежнему металлы группы железа (Fe, Ni, Co); из них изготовляют различные металлические и диэлектрические оксиды (соединения Fe и других металлов с кислородом, называемые ферритами) магнитные материалы. Задача физики магнетизма - разработать пути дальнейшего изыскания новых магнитных материалов и усовершенствование уже применяемых. Однако эту задачу невозможно решить на основе использования только металлов группы железа.

В 60-е годы наметилась тенденция создания магнитных материалов на основе металлов, входящих в группу лантаноидов: Gd, Tb, Dy , Ho, Er , Sm, Eu и других, обычно называемых редкоземельными. [1]

2 Основные характеристики магнитных материалов

Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы большинству из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на основе фундаментальных принципов физики удалось лишь сравнительно недавно.

Механизмы магнетизма : зонный магнетизм, молекулярный магнетизм.

Зонный магнетизм - магнетизм металлов и сплавов, интерпретируемый в рамках моделей, основанных на зонной теории. Типичные представители зонных магнетиков (ЗМ) - переходные металлы Fe, Co, Ni, Сr, Мn, их сплавы и соединения.

Физическое явление, характеризующее магнитные свойства молекул - микроскопических объектов. При объединении множества этих молекул в ансамбль - макрообъект, возможно возникновение качественно нового магнетизма за счет кооперативных межмолекулярных взаимодействий. Ниже определенных температур магнитные моменты отдельных молекул макрообъекта могут выстраиваться в определенный порядок. Такое вещество называется магнетиком. Отдельные молекулы выступают в качестве строительных блоков магнетика.

В качестве магнитных материалов техническое значение имеют ферромагнитные вещества и ферромагнитные химические соединения (ферриты). [2]

Магнитные свойства материалов обусловлены внутренними скрытыми формами движения электрических зарядов , представляющими собой элементарные круговые токи (вращение электронов вокруг собственных осей – электронные спины и орбитальное вращение электронов в атомах )

Магнитные свойства материалов характеризуется петлей гистерезиса, кривой намагничивания, магнитной проницаемостью, потерями энергии при перемагничивании.

2.1. Кривая намагничивания

Это важнейшая характеристика магнитных материалов, она показывает зависимость намагниченности или магнитной индукции материала от напряженности внешнего поля Н.

Если в процессе намагничивания довести напряженность поля до некоторого значения, а затем начать уменьшать, то уменьшение индукции будет происходить медленнее, чем при намагничивании и новая кривая будет отличаться от первоначальной. Кривая изменения индукции при увеличении напряженности поля для предварительно полностью размагниченного вещества называется начальной кривой намагничивания. На рисунке 1 она показана утолщенной линией. Основная кривая намагничивания имеет ряд характерных участков, которые можно условно выделить при намагничивании монокристалла ферромагнетика. Первый участок кривой намагничивания соответствует процессу смещения границ менее благоприятно ориентированных доменов. На втором участке происходит поворот векторов намагниченности доменов в направлении внешнего магнитного поля. Третий участок соответствует парапроцессу, т.е. завершающему этапу процесса намагничивания, когда сильное магнитное поле поворачивает в направлении своего действия не сориентированные магнитные моменты доменов ферромагнетика.

Рисунок 1 - Начальная кривая намагничивания

2.2 Петля гистерезиса .

После нескольких (около 10) циклов изменения напряженности от положительного до отрицательного максимальных значений зависимость B=f(H) начнет повторяться и приобретет характерный вид симметричной замкнутой кривой, называемой петлей гистерезиса. Гистерезисом называют отставание изменения индукции от напряженности магнитного поля. Явление гистерезиса характерно вообще для всех процессов, в которых наблюдается зависимость какой-либо величины от значения другой не только в текущем, но и в предыдущем состоянии, т.е. =f(, ) - где и - соответственно текущее и предыдущее значения напряженности.

Петли гистерезиса можно получить при различных значениях максимальной напряженности внешнего поля (рисунок 2). Геометрическое место точек вершин симметричных циклов гистерезиса называется основной кривой намагничивания. Основная кривая намагничивания практически совпадает с начальной кривой.

Симметричная петля гистерезиса, полученная при максимальной напряженности поля (рисунок 2), соответствующей насыщению ферромагнетика , называется предельным циклом.

Для предельного цикла устанавливают также значения индукции при H = 0, которое называется остаточной индукцией, и значение при B = 0, называемое коэрцитивной силой. Коэрцитивная (удерживающая) сила показывает, какую напряженность внешнего поля следует приложить к веществу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля.

Форма и характерные точки предельного цикла определяют свойства ферромагнетика. Вещества с большой остаточной индукцией, коэрцитивной силой и площадью петли гистерезиса (кривая 1 рис. 2) называются магнитнотвердыми. Они используются для изготовления постоянных магнитов. Вещества с малой остаточной индукцией и площадью петли гистерезиса (кривая 2 рисунке 2) называются магнитномягкими и используются для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, в особенности работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке.

Рисунок 2 – Петли гистерезиса

Площадь гистерезисных петель в промежуточных и предельном состояниях характеризует рассеивание электрической энергии в процессе перемагничивания материала, т.е. потери на гистерезис. Площадь гистерезисной петли зависит от свойств материала, его геометрических размеров и частоты перемагничивания.

2.3. Магнитная проницаемость.

Магнитная проницаемость, физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией В и магнитным полем Н в веществе. Обозначается m, у изотропных веществ m= В/Н или m= В/Н ( - магнитная постоянная).

У анизотропных тел (кристаллов) магнитная проницаемость - тензор. Магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью c соотношением m = 1 +c , m измеряется в безразмерных единицах. Для физического вакуума c = 0 и m= 1.

У диамагнетиков c<0 и m < 1, у парамагнетиков и ферромагнетиков c>0 и m > 1. В зависимости от того, измеряется ли m ферромагнетиков в статическом или переменном магнитном поле, её называют соответственно статической или динамической магнитной проницаемостью. Значения этих магнитных проницаемостей не совпадают, так как на намагничивание ферромагнетиков в переменных полях влияют вихревые токи, магнитная вязкость и резонансные явления. Магнитная проницаемость ферромагнетиков сложно зависит от Н, для описания этой зависимости вводят понятия дифференциальной, начальной и максимальной магнитной проницаемости.[2]

3 Классификация магнитных материалов

Существуют магниты двух разных видов. Одни - так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитнотвердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитномягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток.

Процессы намагничивания материалов обеих групп протекают одинаково: на первом этапе происходит смещение границ доменов, на втором – вращение магнитных моментов доменов в направлении намагничивающего поля, на третьем парапроцесс. Согласно кривой намагничивания смещение границ доменов требует меньших энергетических затрат, чем процессы вращения магнитных моментов и парапроцесс. В магнитомягких материалах намагничивание происходит в основном за счет смещения границ доменов. Магнитотвердые материалы намагничиваются преимущественно за счет вращения векторов намагничивания и парапроцесса.

3.1 Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы - магнитные материалы с малой коэрцитивной силой ( 800 А/м) и высокой магнитной проницаемостью.

Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряженностью , которое необходимо приложить к ферромагнетику предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность или индукцию.

При температурах ниже точки Кюри магнитомягкие материалы спонтанно намагничены и состоят из хаотически ориентированных намагниченных до насыщения доменов.

Промышленные магнитомягкие материалы имеют значение порядка 0,4 А/м. Поэтому они намагничиваются до индукции технического насыщения при невысоких напряженностях поля. Намагничивание происходит в основном за счет смещения доменных границ. Для таких материалов необходимо максимально облегчить движение доменных стенок при перемагничивании, уменьшить влияние магнитной анизотропии (анизотропный характер магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного момента в веществах) и магнитострикции (изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании). Чтобы облегчить процесс намагничивания, необходимо уменьшить количество дефектов в сплаве (примесей внедрения, дислокаций и др.), мешающих свободному движению доменных стенок.

В случае использования магнитомягких материалов в переменных магнитных полях желательно иметь большое значение электросопротивления магнетика. Диапазон рабочих частот для различных магнитомягких материалов определяется в значительной степени величиной их удельного сопротивления. Чем больше удельное сопротивление материала, тем при более высоких частотах его можно применять.

Магнитомягкие материалы по области применения делят на:

- материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей и

- на магнитомягкие высокочастотные материалы.

К магнитомягким материалам специального назначения относятся магнитострикционные материалы, с помощью которых электромагнитная энергия преобразуется в механическую энергию и термомагнитные сплавы, служащие для компенсации температурных изменений магнитных потоков в магнитных системах приборов.

3.1.1 Материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей

Помимо высокой магнитной проницаемости и малой коэрцитивной силы эти магнитомягкие материалы должны обладать большой индукцией насыщения, т.е. пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. В магнитном материале, используемом в переменных полях, должны быть возможно меньшие потери на перемагничивание, которые складываются в основном из потерь на гистерезис и на вихревые токи.

Для уменьшения потерь на вихревые токи для трансформаторов выбирают магнитомягкие материалы с повышенным удельным сопротивлением или собирают магнитопроводы из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. В этом случае магнитные потери будут зависеть от толщины листа (ленты). К листовым и ленточным материалам предъявляется требование высокой пластичности. Магнитные свойства материалов зависят также от частоты магнитного поля. Важным требованием к магнитомягким материалам является обеспечение стабильности их свойств во времени, и по отношению к внешним воздействиям, таким, как температура и механические напряжения. Из всех магнитных характеристик наибольшим изменениям в процессе эксплуатации материала подвержены магнитная проницаемость и коэрцитивная сила.

К низкочастотным магнитомягким материалам относятся железо (армко-железо), электротехнические стали, в том числе кремнистая электротехническая сталь, низкокоэрцитивные сплавы, такие как пермаллой и альсифер.

3.1.2 Высокочастотные магнитомягкие материалы

Высокочастотные магнитомягкие материалы должны выполнять функции магнетиков при частотах свыше нескольких сотен или тысяч герц. По частотному диапазону их можно подразделить на материалы для звуковых, ультразвуковых и низких радиочастот, для высоких радиочастот и для СВЧ.

По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитодиэлектрики и ферриты. При звуковых, ультразвуковых и низких радиочастотах можно использовать тонколистовые рулонные холоднокатаные электротехнические стали и пермаллои.

Широко применяются в технике слабых токов смешанные ферриты (например, соединение из цинкового и никелевого ферритов), а также феррогранаты. Для них характерно исключительно высокое электрическое сопротивление и практическое отсутствие скин-эффекта. Феррогранаты применяются при очень высоких частотах (если невелики диэлектрические потери).

Свойствами магнитомягких материалов обладают также некоторые аморфные магнетики и аморфные металлы.

В электро- и радиотехнике магнитомягкие материалы применяют для изготовления датчиков магнитного поля, считывающих головок для чтения магнитной записи, сердечников трансформаторов, дросселей, магнитопроводов, полюсных наконечников, телефонных мембран, магнитных экранов и т.д. В микроэлектронике их используют как элементы интегральных схем.[3]

3.2 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]

3.3 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.

3.4 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

3.5 Магнитотвёрдые материалы

Магнитотвёрдые материалы - магнитные материалы, характеризующиеся высокими значениями коэрцитивной силы . Качество магнитотвердых материалов характеризуют также значения остаточной магнитной индукции, максимальной магнитной энергии, отдаваемой материалом в пространство и коэффициента выпуклости. Материалы также должны иметь высокую временную и температурную стабильность перечисленных параметров и удовлетворительные прочность и пластичность.

Для получения высокой коэрцитивной силы в магнитных материалах кроме выбора химического состава используют технологии, оптимизирующие кристаллическую структуру и затрудняющие процесс перемагничивания. Это закалка сталей на мартенсит, дисперсионное твердение сплавов, создание высоких внутренних механических напряжений и др. В результате затрудняются процессы смещения доменных границ. У высококоэрцитивных сплавов магнитная текстура создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле.

Магнитотвердые материалы намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях.

Применяют магнитотвердые материалы для производства постоянных магнитов. Они являются источниками постоянных магнитных полей, используемых в различной аппаратуре в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике, в устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Их используют в электрических машинах малой мощности, для записи и хранения цифровой, звуковой и видеоинформации и др. Преимущества постоянных магнитов по сравнению с электромагнитами постоянного тока - повышенная работоспособность; экономия материалов и потребления энергии; экономическая и техническая выгода применения.

Важнейшее требование к постоянному магниту — получение максимальной магнитной энергии в рабочем зазоре, поэтому удельная магнитная энергия (энергия, отнесенная к единице объема магнита) — одна из важнейших характеристик магнитотвердых материалов. Она пропорциональна произведению:

= /2

Где B и H — максимальные значения остаточной индукции внутри магнита и размагничивающей напряженности, соответственно.

Иногда магнитотвердые вещества характеризую произведением , которое называется энергетическим произведением.

С усилением прямоугольности петли гистерезиса коэффициент выпуклости приближается к единице.

Чем больше остаточная индукция, коэрцитивная сила и коэффициент выпуклости, тем больше максимальная энергия магнита. Магнитотвердые материалы намагничиваются с трудом, но зато длительное время сохраняют сообщенную энергию. Намагничивание происходит в основном за счет вращения вектора намагниченности.

По составу и способу получения магнитотвердые материалы подразделяются на легированные стали, закаленные на мартенсит, литые высококоэрцитивные сплавы, порошковые магнитотвердые материалы, магнитотвердые ферриты, пластически деформируемые сплавы, сплавы для магнитных носителей информации.

3.5.1 Литые высококоэрцитивные сплавы

К этой группе относятся сплавы систем Fe-Ni-Al (ални) и Fe-Ni-Co-Al, модифицированные различными добавками. Литые высококоэрцитивные сплавы являются основными промышленными материалами для изготовления постоянных магнитов. Они являются активными элементами многих приборов и характеризуются благоприятным соотношением между магнитными свойствами и стоимостью производства. Их магнитные характеристики: =30-110 кА/м, =3-30 кДж/м3.

Магнитная текстура высококоэрцитивных сплавов создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле. Кристаллическую текстуру создают методом направленной кристаллизации сплава, залитого в форму, используя особые условия теплоотвода. Сплавы, полученные направленной кристаллизацией, имеют специфическую столбчатую структуру. Сочетание кристаллической и магнитной текстур позволяет улучшать все параметры магнитотвердого материала.

Бескобальтовые сплавы наиболее дешевые. Сплавы, содержащие кобальт, применяются в тех случаях, когда требуются повышенные магнитные свойства и нужен изотропный магнитный материал. Сплавы с 24% кобальта (магнико), обладающие высокими магнитными свойствами в направлении магнитной текстуры, используют при направленном магнитном потоке. Сплавы с направленной кристаллизацией обладают наибольшим запасом магнитной энергии.

3.5.2 Магнитотвердые ферриты

Магнитотвердые ферриты (оксидные магниты) — это ферримагнетики с большой кристаллографической анизотропией. Применяются главным образом феррит бария BaO*6, феррит кобальта CoO.6Fe2O3 и феррит стронция SrO.6Fe2O3. Ферриты бария и стронция имеют гексагональную кристаллическую решетку с одноосной анизотропией. Высокая коэрцитивная сила у этих материалов обусловлена малым размером кристаллических зерен и сильной магнитной кристаллографической анизотропией. Технология их получения аналогична технологии приготовления керамики. Для получения мелкокристаллической структуры осуществляют тонкий помол, а спекание проводят при относительно невысоких температурах, чтобы исключить процесс рекристаллизации. Для придания анизотропии магнитных свойств материал текстурируют. Текстура создается путем формования массы в сильном магнитном поле.

В зависимости от технологии изготовления магниты на основе феррита бария могут быть изотропными и анизотропными. Ферриты кобальта имеют кубическую структуру и получают их по той же технологии, что и ферриты бария. Основное отличие заключается в термомагнитной обработке спеченных магнитов.

Магнитные свойства магнитотвердых ферритов: =120-240 кА/м, = 3-18 кДж/м3. Магниты из ферритов можно использовать при высоких частотах, что связано с высоким удельным сопротивлением. Недостатки магнитотвердых ферритов - низкая механическая прочность большая хрупкость и твердость, сильная зависимость магнитных свойств от температуры.

3.5.3 Сплавы для магнитных носителей информации

Материалы этой группы должны иметь высокие значения остаточной магнитной индукции и коэффициента выпуклости в, а также высокую остаточную индукцию для повышения уровня считываемого сигнала.

Для записи и воспроизведения информации используют тонкие металлические ленты и проволоку из специальной нержавеющей стали и викаллоя. В качестве магнитного носителя информации используют магнитотвердые порошковые покрытия, нанесенные на различные основания. Намагниченность магнетика после «отключения» поля будет зависеть от величины этого поля. Именно этот эффект используется для магнитной записи информации. Для этого различные участки ферромагнетика в виде тонкого магнитного слоя, нанесенного на диамагнитный диск или ленту, намагничивают полем, создаваемым миниатюрным источником магнитного поля — записывающей головкой. В результате такой записи различные участки ферромагнетика будут иметь различную остаточную намагниченность, несущую в себе информацию о поле, создаваемом записывающей головкой. Записанная информация может долго храниться. С помощью различных устройств, называемых считывающими головками, записанная информация может быть считана и превращена в записанный ранее электрический сигнал. В настоящее время достигнута очень высокая плотность записи — свыше 100 мегабит на .

В качестве магнитного порошка используют оксиды железа, магнитотвердые ферриты, сплавы типа ални. Магнитные свойства лент, дисков и других устройств существенно зависят от размера частиц порошка, их ориентации и объемной плотности в рабочем слое. Качество поверхности влияет на ее частотные показатели.[6]

4 Применение

Компас – первый прибор для определения направления, с применением магнитных деталей . Компасы подразделяются на два основных класса: магнитные компасы типа стрелочных, которыми пользуются топографы и туристы, и немагнитные, такие, как гирокомпас и радиокомпас. Если длинная игла из природного магнита уравновешена на оси, позволяющей ей свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то она всегда обращена одним концом к северу, а другим – к югу. Пометив указывающий на север конец, можно пользоваться таким компасом для определения направлений.

Основное применение магнит находит в электротехнике, радиотехнике, приборостроении, автоматике и телемеханике. Здесь ферромагнитные материалы идут на изготовление магнитопроводов, реле и т.д.

Область применения магнитного материала зависит, прежде всего, от его характеристик.

4.1 Магнитные дисковые накопители

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно, осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение полярности напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1. Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием

носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую. Дисковые устройства, как правило, используют метод записи называемый методом без возвращения к нулю с инверсией (Not Return Zero NRZ). Запись по методу NRZ осуществляется путем изменения направления тока подмагничивания в обмотках головок чтения/записи, вызывающее обратное изменение полярности намагниченности сердечников магнитных головок и соответственно попеременное намагничивание участков носителя вдоль концентрических дорожек с течением времени и продвижением по окружности носителя. При этом, совершенно неважно, происходит ли перемена магнитного потока от положительного направления к отрицательному или обратно, важен только сам факт перемены полярности. Для записи информации, как правило, используют различные методы кодирования информации, но все они предполагают использование в качестве информационного источника не само направление линий магнитной индукции элементарной намагниченной точки носителя, а изменение направления индукции в процессе продвижения по носителю вдоль концентрической дорожки с течением времени. Такой принцип требует жесткой синхронизации потока бит, что и достигается методами кодирования. Методы кодирования данных не влияют на перемены направления потока, а лишь задают последовательность их распределения во времени (способ синхронизации потока данных), так, чтобы, при считывании, эта последовательность могла быть преобразована к исходным данным.

Несомненный интерес представляют ультрадисперсные частицы для магнитной записи. Однако минус этих дисков в том, что нанометровые зёрна на их поверхности, на которые и производится запись, не упорядочены, поэтому информация записывается на большом количестве таких зёрен, а не на одном. Если же эти наночастицы сделать близкими по размеру, то возникает эффект их самоорганизации, а на упорядоченных структурах (например, двумерных с гексагональной упаковкой частиц) относительно легко производить запись на каждой частице. То есть на каждой частице можно записать бит информации, а при размере частицы 10—20 нанометров плотность записи возрастает на порядок по сравнению с той, что достигнута сегодня. Ещё один плюс — в силу относительно недорогих исходных материалов ультрадисперсные частицы оказываются довольно дешёвыми. Кроме этого, они химически инертны, а значит, могут быть с успехом использованы там, где нужна устойчивая запись информации: ультрадисперсные частицы легко противостоят любым агрессивным условиям и без размагничивания выдерживают температуру 250—300 градусов. [7]

4.2 Применение ферритовых магнитных материалов .

Ферриты нашли широкое применение в качестве магнитных наполнителей для полимерных композиционных материалов. В том числе магнитно-мягкие порошки никель-цинковых, марганец-цинковых, цинковых; магнитно-твёрдые порошки гексаферрита бария, стронция. Основным преимуществом полимерных магнитов, по сравнению с металлическими или керамическими, является их лёгкая формуемость, стабильность размеров и низкая стоимость.

Ферриты широко используются в промышленности бытовых электроприборов, производстве игрушек, дверных амортизаторов, автоматических дверных переключателей, таймеров.важное применение магнитные эластомеры нашли в медицине в качестве магнитотерапевтических средств, а также нетоксичных магнитных элементов при биопротезировании и создании искуственного сердца.

В качестве магнитного материала в таких элементах используется феррит бария. Ферромагнитные порошки также нашли применение в дефектоскопии в качестве обнаружителя магнитного поля дефекта. Магнитно-твёрдые ферриты, в частности гексаферрит бария, используются в аппаратах с магнитно-вихревым током. Такие аппараты предназначены для измельчения различных материалов с высокой степенью однофазности, эмульгирования и другого. Также ферриты, полученные как из чистых компонентов так и из отходов производства, могут применяться в качестве адсорбентов для очистки сточных вод.

4.3 Магнитные датчики систем охранной сигнализации Магнитные датчики в составе охранной сигнализации относятся к самым простым и устанавливаются на окна, двери и люки. Выпускаются двух видов: для наружной и скрытой установки. Обычно размещаются в верхней части двери или окна. С целью повышения надежности устанавливается по два датчика, соединенных последовательно. При установке на окнах каждая фрамуга окна защищается парой "геркон + магнит". Геркон - это герметически запаянный в стеклянную трубку контакт. Он замыкается или размыкается при поднесении к нему магнита. Обычно магнит крепиться к подвижной части двери или окна, а геркон к неподвижной. [ 8]

Магнитные замки. В цилиндровых замках некоторых моделей применяются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами постоянных магнитов. Когда в замочную скважину вставляется правильный ключ, он притягивает и устанавливает в нужное положение внутренние магнитные элементы замка, что и позволяет открыть замок

4.4 Использование магнитных материалов в космической технике

Разнообразие характеристик и специфических эффектов, наблюдаемых в магнитных материалах, позволяют отнести их к, так называемому, классу «интеллигентных» или «умных» материалов. Высокая коллоидная стабильность во времени, в гравитационном поле, а также в градиентных и постоянных магнитных полях обусловило применение магнитной жидкости в магнитожидкостных узлах герметизации. Магнитожидкостные уплотнения имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными, особенно при герметизизации вращающихся валов. Они обеспечивают полную герметичность, выдерживают высокий перепад давления (один барьер выдерживает перепад давления до 2,5 атм), долговечны, имеют малые потери на трение, нечувствительны к погрешностям размеров и формы герметизируемых деталей, не требуют смазки. Магнитная жидкость на водной основе можно использовать в качестве коммутирующих элементов токосъемников. В космической отрасли впервые магнитожидкостные уплотнения были применены для уплотнения выходного вала электромеханического привода в 1976 году и успешно используются до настоящего времени.[9]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нет области прикладной деятельности человека, где бы ни применялись магниты. Особенно пользуются успехом у человечества генераторы переменного тока и ферромагнетики.

Ферриты и изделия из них начиная с момента их изобретения нашли наиболее широкое применение в радиоэлектронике и вычислительной технике среди других магнитомягких материалов. Кроме того, что ферритовые изделия в большинстве случаев могут эффективно заменить изделия из других материалов.

Магнитные материалы сегодня присутствуют практически в любой области техники. Источники питания, фильтры подавления помех, счетчики электроэнергии, телекоммуникационное оборудование, электродвигатели, оборудование для научных исследований. В наше время трудно назвать какую-либо отрасль техники, в которой в той или иной форме не применялись бы магнитные материалы. Развитие радио- и электротехники, ядерной и космической техники требует магнитных материалов с совершенно новыми свойствами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. «Редкоземельные металлы, сплавы и соединения - новые магнитные материалы для техники» Белов К. П. 1996 г.

2. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. М., 1981г

3. Богородицкий Н.П.,Пасынков В.В. Электротехнические материалы . Энергия, 1977г.

4. Словари и энциклопедии. «Магнитострикционные материалы» . [Электронный ресурс] -Режим доступа : http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc3p/185602

5. Датчики для измерения и автоматизации. [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://www.sensor.ru/catalog/193/688/

6. «Магнитные жидкости: фундаментальный аспект» ,Е.Понизовкина. [Электронный ресурс] - Режим доступа:http://www.uran.ru/gazetanu/2004/03/nu07/wvmnu_p3_07_032004.htm

7. Большие перспективы магнитных частиц. Электронное издание «Наука и технологии России» . [Электронный ресурс] -Режим доступа : http://www.strf.ru/science.aspx?CatalogId=390&d_no=25261

8. «Датчики охранной,пожарной и аварийной сигнализации». [Электронный ресурс]-Режим доступа: http://infovideo.ru/htm/Sensors.htm

9. Использование магнитных материалов в космической технике . [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/124962.html