Высококачественные магнитомягкие материалы.
Для работы на высоких (от единиц до десятков мегагерц) частотах используются материалы, по своим электрическим свойствам относящиеся кдиэлектрикам и полупроводникам – магнитодиэлектрики и ферриты. Например, величина удельного электрического сопротивления ферритов в 106–1011 раз выше стали, следовательно, ферриты имеют относительно малые потери энергии при повышенных и высоких частотах.
Магнитодиэлектрики – это композиционные материалы из мелкодисперсного порошка низкокоэрцитивного металлического ферромагнетика, частицы которого изолированы друг от друга и механически связаны в единое целое органическими и неорганическими диэлектриками. Исходными ферромагнетиками являются карбонильное железо, пермаллои, алъсиферы (см. п.5.5.3.), а в качестве изолирующего состава, занимающего по объему 5–10%, используется полистирол, жидкое стекло, стеклоэмали. Изделия из магнитодиэлектриков изготавливаются по технологии пластмасс.
Магнитодиэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением, малым tg магнитных потерь, начальная магнитная проницаемость составляет 10–250, предельная частота – 250МГц. К их достоинствам относятся высокая температурная стабильность ( постоянна в широком диапазоне температур), стабильность параметров при механических воздействиях, а кнедостаткам – невозможность с помощью внешнего поля управлять магнитными параметрами материала.
Магнитодиэлектрики в основном используются в качестве сердечников катушек индуктивностей, дросселей, трансформаторов, радиочастотных контуров РЭА.
Ферриты – это магнитные материалы на основе оксидов металлов, обладающие ферримагнитными свойствами. Магнитомягкие ферриты – моно- и поликристаллические материалы со значением коэрцитивной силы не более 4кА/м. Промышленные магнитомягкие ферриты – в основном поликристаллические материалы, синтезируемые покерамической технология, включающей в себя составление смеси оксидов в заданной пропорции, ферритизацию смеси (т.е. образование феррита из оксидов), формование изделий и их последующее спекание.
Наибольшее распространение получили две группы ферритов:
–марганец-цинковые (Mn-Zn) ферриты – твердые растворы феррита марганца MnFe2O4 и феррита цинка ZnFe2O4;
–никель-цинковые (Ni-Zn) ферриты – твердые растворы феррита никеля NiFe2O4 и феррита цинка ZnFe2O4. Также применяются литий-цинковые, свинцово-никелевые и другие ферриты.
Обычно ферриты используются в слабых исредних полях, так как они имеют относительно низкую индукцию насыщения (0,15–0,7Тл). Ряд марок Mn-Zn ферритов с высокой начальной проницаемостью применяется при частотах до нескольких сотен кГц как в слабых, так и в сильных полях.
Тангенс угла магнитных потерь tg ферритов имеет значения 0,005–0,1. В области очень слабых полей потери в основном определяются дополнительными потерями на последействие, так как составляющие потерь на вихревые токи и на гистерезис в ферритах малы, но в слабых и сильных полях эти составляющие возрастают. При повышении частоты tg, начиная с некоторой определенной для каждого феррита частоты, значительно возрастает и одновременно уменьшается, что обусловлено главным образом релаксационными явлениями (рис.5.21).
Для ферритов вводится параметр, называемый критической частотой. fКР – частота магнитного поля, при которой tg=O,l (рис.5.21). Для НЧ марганец-цинковых и никель-цинковых ферритов fКР=0,01÷30МГц, для ВЧ никель-цинковых ферритов fКР=25÷250МГц. Установлено, что чем выше значение H, тем меньше fКР.
Свойства ферритов сильно зависят от температуры, особенно по сравнению с магнитодиэлектриками (рис.5.22), что связано с относительно высокой точкой Кюри некоторых ферритов, а при температуре ниже точки Кюри,но близких к ней, магнитная проницаемость идругие свойства значительно изменяются. Для уменьшения ТК в ферриты вводят небольшие добавки некоторых веществ (например, CoO), благоприятно действующих на их температурные свойства.
На рис.5.23 указаны ориентировочные значения магнитной проницаемости и частотный диапазон применения ферритов различного состава. Из рисунка видно, что в ВЧ-части спектра радиочастот применяют ферриты с в десятки единиц.
В табл. 5.2 приведены параметры некоторых марок ферритов общего применения. Маркировка магнитомягких ферритов: первые цифра – значение начальной магнитной проницаемости, затем идут буквы, обозначающие частотный диапазон применения, ограничиваемый сверху fПР. Ферриты для звуковых, ультразвуковых инизких частот обозначаются буквой Н (низкочастотные), высокочастотные – буквой В. Далее в маркировке магнитомягких ферритов следуют буквы, обозначающие состав: М – Mn-Zn, Н – Ni-Zn.
Таблица 2.2. Параметры некоторых магнитомягких ферритов общего применения.
| Марка | ТK, °С | H | MAX | ТК·106K-1 при 20–125°С | fКР, МГц при tg=0,1 | , Ом·м |
| 20000 НМ | 15000-25000 | -0,5…+0,75 | 0,005 | <0,01 | ||
| 6000 НМ | 4800-8000 | – | 0,005 | 0,1 | ||
| 2000 НМ | 1700-2500 | -1,0…+3,5 | 0,5 | 0,5 | ||
| 2000 НН | 1800-2400 | -0,6…+4,5 | 0,6 | 0,5 | ||
| 600 НН | 500-800 | – | 1,5 | |||
| 150 ВН | 130-170 | – | ||||
| 50 ВН | 40-60 | 0…10 | ||||
| 7 ВН | 6-8 | -14…+70 |
Рассмотренные группы ферритов используют для изготовления сердечников различной конфигурации и размеров для трансформаторов, катушек индуктивности, фильтров, магнитных антенн, статоров и роторов ВЧ-микродвигателей, деталей отклоняющих систем ТВ аппаратуры.
Свойства ферритов зависят от механических напряжений которые могут возникнуть при плотной обмотке, креплении изделия, поэтому их необходимо оберегать от механических нагрузок.
Магнитотвердые материалы.
К магнитотвердым относятся высококоэрцитивные материалы (см. 2.1), площадь петли гистерезиса которых значительно больше, чем у магнитомягких материалов. МТМ применяет для изготовления постоянных магнитов, при этом используется магнитная энергия, возникающая между полюсами магнита, а также для магнитных лент, предназначенных для записи информации.
Классификация МТМ представлена на рис. 5.24.