Не обладают ферромагнитными свойствами стали класса
Не обладают ферромагнитными свойствами стали классаСвойства ферромагнитных материалов
=== Скачать файл ===
Справочник химика 21
Общие сведения.
Возникновение магнитных свойству ферромагнетиков связано с их доменным строением. Домены - это области самопроизвольной намагниченности, возникающие даже в отсутствии внешнего магнитного поля, в которых магнитные моменты атомов ориентированы параллельно. Атомы или ионы приобретают магнитный момент, как правило, если они имеют некомпенсированные спины электронов. Например, в атомах железа на внутренней 3 d — оболочке имеется четыре некомпенсированных спина. Так как самопроизвольная намагниченность относится к внутриатомным явлениям, то ее природа может быть установлена только на основе квантово — механических понятий. Гейзенбергу главную роль в возникновении ферромагнитного состоянию играют силы обменного взаимодействия между атомами, имеющие квантовый характер и по происхождению являющиеся электростатическими. Энергию А, возникающую в результате обмена электронами обмена электронами родственных атомов, называют обменной энергией или интегралом обменной энергии. При положительном интегралом обменной энергии А на рисунке 5. При отрицательном знаке А энергетически выгодно антипараллельное расположение спинов. Численное значение и знак интеграла А зависит от степени перекрытия электронных оболочек, то есть зависит от расстояния между атомами. Эта зависимость позволила обнаружить ферромагнетизм у сплавов марганца с неферромагнитным висмутом, сурьмой, серой и т. Хотя максимум обменного взаимодействия в металлах носит более сложный характер, чем это следует из теории Френкеля — Гейзенберга, данная теория позволяет качественно объяснить причину незаполненных внутренних электронных оболочек, радиус которых должен быть мал по сравнению с расстоянием между ядрами в решетке. Каждый реальный магнитный материал разделен по всему объему на множество замкнутых областей — доменов, в каждом из которых самопроизвольная намагниченность од6нородна и направлена по одной из осей легкой намагниченности. Такое состояние энергетически выгодно и кристалл в целом немагнитен, так как магнитные моменты доменов ориентированны в пространстве равно вероятно. Между соседними доменами возникают граничные слои стенки Блоха. Внутри доменных стенок векторы намагниченности плавно поворачиваются на рисунке 5. Толщина границы зависит главным образом от соотношения энергий: Магнитной, анизотропии и магнитоупругой. Размеры самих доменов зависят от неметаллических включений, границ зерен, скоплений дислокаций и других неоднородностей. Обычно домены имеют правильную форму. Доменная структура поликристалла приведены на рисунке 5. В магнитных материалах, предназначенных для устройств записи и хранения информации, создаются изолированные цилиндрические магнитные домены ЦМД. Емкость отдельного ЦМД - элемента может достигать бит. В отсутствии внешнего магнитного поля смещение в ЦМД — материалах доменная структура. Идеализированная доменная структура кристаллического ферромагнетика. Ферромагнетики в основном кристаллизируются в трех типах решеток: На рисунке эта зависимость показана для железа. Направления намагничивания указаны в квадратных скобках. При отсутствии внешнего поля векторы намагничивания располагаются в легком направлении. Площадь, заключенная между кривыми легкого и трудного намагничивания, пропорциональна энергии, которую требуется затратить для изменения направления намагничивания от легкого до трудного. Энергию естественной кристаллографической магнитной анизотропии —Е к характеризуют константами кристаллографической магнитной анизотропии. Сумму энергий кристаллографической магнитной анизотропии и магнитоупругой результате магнитострикции называют энергией магнитной анизотропии. Анизотропия магнитных свойств железа. В технике используется несколько десятков видов магнитной проницаемости в зависимости от конкретных применений магнитного материала. Магнитная индукция и напряженность поля в изотропной среде связаны простым соотношением. Сравнивая магнитное поле тока в проводе, расположенном в данной среде и в вакууме, установили, что в зависимости от свойств среды материала поле получается более интенсивным, чем в вакууме парамагнитные материалы , или наоборот, менее интенсивным диамагнитные материалы. Таким образом, интенсивность магнитного поля, то есть индукция В , зависит от среды, в которой существует поле. Абсолютная магнитная проницаемость вакуума называется магнитной постоянной. Абсолютную магнитную проницаемость различных материалов и сред сравнивают с магнитной постоянной. Отношение абсолютной магнитной проницаемости какого-либо материала к магнитной постоянной называется магнитной проницаемостью или относительной магнитной проницаемостью , так что. Магнитная проницаемость — отвлеченное число. При технических расчетах магнитная проницаемость диамагнитных и парамагнитных материалов и сред принимается равной единице. У ферромагнитных материалов, играющих исключительную роль в электротехнике, магнитная проницаемость достигает десятков тысяч и зависит от магнитных свойств материала, температуры, интенсивности магнитного поля, то есть величины индукции или от величины напряженности магнитного поля. Зависимость показана на рис. Начальная и максимальная проницаемости являются частными случаями нормальной проницаемости. Характер этой зависимости различен в слабых, средних и сильных полях. Для при наблюдается четко выраженный максимум, сглаживающийся при увеличении напряженности поля на рисунке 5. Возрастание объясняется тем, что при нагревании облегчается смещение доменных границ и поворот векторов намагниченности доменов. Главным образом из-за уменьшения констант магнитострикции и магнитной анизотропии. Уменьшение при высоких температурах связывается с резким уменьшением спонтанной намагниченности доменов. Потери в магнитных материалах. В переменных полях площадь петли гистерезиса увеличивается за счет потерь на гистерезис и дополнительных потерь. Такая петля называется динамической, а суммарные потери полными или суммарными. Потери на гистерезис, отнесенные к единице объема материала удельные потери. При перемагничивании с частотой f Гц. Потери на вихревые токи для листового образца. Дополнительные потери или потери на магнитную вязкость магнитное последействие обычно находят как разность между полными потерями и суммой потерь на гистерезис и вихревые токи. Магнитная вязкость зависит от времени действия магнитного поля. J при включении магнитного поля Н быстро достигает значения J 1 , а затем со временем возрастает в соответствии с формулой. В магнитотвердых материалах время магнитной релаксации может достигать нескольких минут. Такое явление называют сверхвязкостью. Тангенс угла магнитных потерь используется в переменных полях. Его можно выразить через параметры эквивалентной схемы, показанной на рисунке 5. Индуктивную катушку с сердечником из магнитного материала представляют в виде последовательной схемы из индуктивности L и активного сопротивления R. Пренебрегая собственной емкостью и сопротивлением обмотки катушки, получаем. Электрические свойства магнитных материалов. Удельное электрическое сопротивление металлических магнитных материалов зависит от состава и направления намагниченности по отношению к направлению движения электронов проводимости. Электрические свойства технических Fe , Co , Ni показаны в таблице 5. Схема замещения а и векторная диаграмма б индуктивной катушки с сердечником из магнитного материала. Температурный коэффициент электрического сопротивления,. В чистых монокристалличеких образцах металлов наблюдается значительная анизотропия электросопротивления. В ферритах по сравнению с металлическими ферромагнетиками удельное электрическое сопротивление много выше, сопоставимо с полупроводников и может меняться в широких пределах в зависимости от состава, типа элементов структуры, вида примесей. Энергия активации проводимости ферритов находится в пределах 0,2 - 2 эВ. В ферритах часто наблюдается поляронная прыжковая проводимость, обусловленная перескоком локализованных электронов из одного состояния в другое. Поляроны — квазичастицы, образованные локализованными на ионах электронами вместе с окружающим их полем поляризации. В случае поляронов мало радиуса энергия ионизации примесного центра 0,,6 эВ. Все вещества при рассмотрении магнитных свойств принято называть магнетиками , когда они способны под действием магнитного поля приобретать магнитный момент намагничиваться. По своим магнитным свойствам магнетики подразделяются на три основные группы: Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина — намагниченность J. Диамагнетиками называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции поля. К диамагнетикам относятся вещества, магнитные моменты атомов, молекул или ионов которых в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и многие другие органические и неорганические соединения. В случае отсутствия магнитного поля диамагнетик немагнитен, поскольку в данном случае магнитные моменты электронов взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент атома равен нулю. Наряду с диамагнитными веществами существуют и парамагнитные вещества, — вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля. У парамагнитных веществ при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы молекулы парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом. Однако вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому парамагнитные вещества магнитными свойствами не обладают. При внесении парамагнетиков во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по полю полной ориентации препятствует тепловое движение атомов. Таким образом, парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем и усиливающее его. При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ориентация магнитных моментов вследствие теплового движения нарушается и парамагнетик размагничивается. Особый класс магнетиков образуют вещества, способные обладать намагниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля. По своему наиболее распространенному представлению железо их называют ферромагнетиками. Ферромагнетиками называются твердые вещества, обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной спонтанной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий — магнитного поля, деформации, изменения температуры. Ферромагнетики в отличие от слабомагнитных диа- и парамагнетиков являются сильномагнитными средами: Ферромагнитные материалы в большой или меньшей степени обладают магнитной анизотропией, то есть свойством намагничиваться с различной степенью трудности в различных направлениях. Магнитные свойства ферромагнитных материалов сохраняются до тех пор, пока их температура не достигнет значения, называемого точкой Кюри. При температурах выше точки Кюри ферромагнетик ведет себя во внешнем магнитном поле как парамагнитное вещество. Он не только теряет свои ферромагнитные свойства, но у него изменяется теплоемкость, электропроводимость и некоторые другие физические характеристики. При намагничивании ферромагнетиков происходит небольшое изменение их линейных размеров, то есть увеличение или уменьшение их длины с одновременным уменьшением или увеличением поперечного сечения. Это явление называется магнитострикцией, оно зависит от строения кристаллической решетки ферромагнетика. Ферромагнетики при температурах ниже точки Кюри обладают спонтанной намагниченностью независимо от наличия внешнего намагничивающего поля. Однако многие ферромагнитные материалы при температурах ниже точки Кюри не намагничены. П роцесс смешения границ доменов приводит к росту размеров тех доменов, которые самопроизвольно намагничены в направлениях, близких к направлению вектора H. Процесс вращения магнитных моментов доменов по направлению H играет основную роль только в области, близкой к насыщению то есть при H близких к H s. При постепенном увеличении намагничивающего тока, то есть МДС магнито - движущая сила , а следовательно, и напряженности поля от нуля до некоторого наибольшего значения. Если затем ток и напряженность поля уменьшаются, то и магнитная индукция уменьшается, при соответствующих значениях напряженности магнитная индукция несколько больше, чем при увеличении напряженности. Кривая изменения магнитной индукции участок aб на рисунке 5. При нулевых значениях тока и напряженности поля магнитная индукция имеет некоторое значение B r , называемое остаточной индукцией отрезок Об на рисунке 5. Таким образом, магнитная индукция в ферромагнитном материале зависит не только от напряженности поля, но и от предшествующего состояния ферромагнетика. Это явление называется гистерезисом. Оно обусловлено как бы внутренним трением, возникающим при изменении ориентации магнитных моментов доменов. При изменении направления намагничивающего тока, а, следовательно, и направления Рис. Затем при уменьшении тока и напряженности поля до нуля магнитная индукция B д становится равной - B б. Наконец, при следующем изменении направления тока и напряженности поля и увеличения ее до прежнего значения Н а магнитная индукция увеличится также до прежнего значения B a. Рассмотренный цикл перемагничивания ферромагнетика по кривой абвгдеа называется гистерезисным циклом петлей гистерезиса. Такая симметричная замкнутая петля гистерезиса по рисунку 5. При первых циклах перемагничивания петля несимметричная и незамкнутая. Наибольшая замкнутая петля, которая может быть получена для данного ферромагнитного материала, называется предельной на рисунке 5. Если для данного ферромагнитного материала, выбирая различные наибольшие значения тока I a , получить несколько симметричных петель гистерезиса и соединить вершины петель, то получим кривую, называемую основной кривой намагничивания , близкую к кривой начального намагничивания. Периодическое перемагничивание связано с затратой энергии, которая, превращаясь в тепло, вызывает нагрев магнитопровода. Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, затраченной при одном цикле перемагничивания. Энергия, затраченная на процесс перемагничивания, называется потерями от гистерезиса. Мощность потерь на циклическое перемагничивание, выражаемая обычно в ваттах на килограмм, зависит от материала, максимальной магнитной индукции и числа циклов перемагничивания в секунду или, что тоже, частоты перемагничивания. Ферромагнитные материалы делятся на две группы: Намагничивание магнитно -мягких материалов происходит в основном за счет смещение междоменных границ, а в магнитно —твердых —за счет вращения вектора намагниченности в магнитно —твердых материалах на основе редкоземельных элементов преобладают процессы смещения. К этой группе материалов относятся: Пермаллои — это сплавы различного процентного содержания железа и никеля, а некоторые из них, кроме того, молибдена, хрома, кремния, алюминия. Ферритами называют ферромагнитные материалы, получаемые из смеси окислов железа, цинка и других элементов. Ферриты обладают очень большим удельным сопротивлением, вследствие чего потери из-за вихревых токов чрезвычайно, малы и их можно применять при высокой частоте. Магнитодиэлектрики — это материалы, получаемые из смеси мелкозернистого ферромагнитного порошка с диэлектриком поливинилхлорид, полиэтилен. Смесь формуют, прессуют и запекают; в результате мельчайшие частицы ферромагнетика оказываются разделенными электроизолирующей пленкой из немагнитного материала. Ферриты и магнитодиэлектрики широко применяются в качестве сердечников в аппаратуре проводной и радиосвязи, в магнитных усилителя, вычислительных машинах и в других областях техники. Значения B max - максимальной магнитной индукции — соответствует намагниченности насыщения ферромагнетиков. Как показано на рисунке 5. Магнитная энергия в воздушном зазоре постоянного магнита будет максимальна при некоторых значениях Н Д и В Д. Определяет наилучшее использование магнита и является важнейшим параметром, характеризующим качество материала. Характеризует форму кривой размагничивания — степени прямоугольности. Для магнитно — твердых материалов. Используемых в различных областях современной техники , ,. Магнитно-твердые материалы предназначены для изготовления постоянных магнитов самого различного назначения. Эти материалы характеризуются большой коэрцитивной силой и большой остаточной индукцией. К магнитно-твердым материалам относятся: Пермаллои — железоникелевые сплавы с высокой проницаемостью в слабых полях. Такое подразделение обусловлено смещением магнитных электрических характеристик в зависимости от процентного содержания никеля. Обе группы пермаллоев для улучшения элктромагнитных свойств легируются различными элементами, например молибденом, хромом, медью и некоторыми другими элементами. Плавка осуществляется в вакууме или нейтральных газах. Тонкие листы и ленты выпускаются или штампуются холоднокатанными с последующим отжигом для получения высоких магнитных свойств. Поверхность ленты для навивки при изготовлении тороидальных сердечников и последующего отжига покрывается тонким слоем окислов кремния, магния или алюминия способом катафореза или осаждением из суспензии, жидкой фазой которой является легко испаряющаяся жидкость, например ацетон. В процессе сборки и эксплуатации сердечников из пермаллоя не допустимы механические напряжения удары, рихтование, сдавливание обмоткой и другие из-за ухудшения магнитных характеристик. Высокие магнитные свойства пермаллоев, их способность легко намагничиваться объясняют близостью к нулю констант кристаллографической анизотропии и намагниченности насыщения, но это же приводит и к большей чувствительности магнитных свойств от внешних напряжений. Механические, магнитные и электрические свойства магнитомягких ферритов. Механические свойства, как и у керамики - твердость, хрупкость, недопустимость обработки резанием. Хорошо шлифуются и полируются абразивными материалами, режутся алмазным инструментом. Наиболее широко в качестве магнитомягких ферритов применяют никель-цинковые и марганец - цинковые ферриты, представляющие собой твердые растворы замещения, образованные простыми ферритами NiFe 2 O 4 и М nFe 2 O 4 являющиеся ферромагнетиками, с немагнитным ZnFe 2 O 4. Для ферритов потерями на вихревые токи и гистерезис в области слабых полей можно пренебречь. Эту частоту называют критической f к p. Причина уменьшения и роста tg б связывается со сложными резонансными и релаксационными процессами. Магнитные и электрические свойства трех марок никель-цинковых ферритов приведены в таблице r ферритов в зависимости от химического состава и термической обработки изменяется от 10 до 10 8 Ом м. О сновной недостаток ферритов по сравнению с металлическими магнитными материалами - малое значение их магнитной проницаемости. Некоторые типы изделий из магнитомягких ферритов показаны на рисунке. Материалы с цилиндрическими магнитными доменами ЦМД. Емкость отдельного устройства типа на ЦМД может составлять 10 5 бит. Чем меньше Н c , тем выше быстродействие ЦМД - устройства. Основные материалы с ЦМД устройства приведены в таблице 5. Аморфные магнитомягкие материалы АММ. Аморфные тонкие пленки с цилиндрическими магнитными доменами ЦМД можно получать катодным распылением или вакуумным напылением редкоземельных и переходных металлов. По магнитным свойствам АММ близка к электротехническим сталям и пермаллоям. Наиболее перспективные сплавы - железоникелевые. Для получения оптимальных свойств применяют термомагнитную обработку, что позволяет повысить Bs и прямоугольность петли гистерезиса. Ортоферриты RFeO 3 R - редкоземельный элемент Y , Sm , Eu , Ег. Плотность информации не велика. Ферриты гранаты R 3 Fe 5 O Применяются в виде монокристаллических пленок. Cd - Co , CdFe. Низкая термостабильность и низкое эл. Гексагональные ферриты Ва F е12О19 и др. Магнитные свойства двух промышленных сплавов после термообработки показаны в таблице 5. АММ имеют повышенную твердость и коррозионную стойкость. Удельное сопротивление АММ в 3 - 5 раз больше, чем у кристаллических,. Как и ферриты являются высокочастотными магнитными материалами. По сравнению с ферритами имеют более стабильные свойства, но по ряду электромагнитных параметров уступают ферритам. Получаются по технологии аналогичной технологии пластмасс. МД состоят из мелкоизмельченного ферромагнетика, частицы которого изолированы и скреплены немагнитным материалом. В качестве ферромагнетика наиболее часто используют альсифер, карбонильное железо, пермаллой, в качестве связки как органические материалы такие как бакелит, полистирол, шеллак, так и неорганические - жидкое стекло, стеклоэмали и другие. Прессование изделий из МД - колец, сердечников и т. Примеры магнитных характеристик промышленных магнитодиэлектриков показаны в таблице 5. Пределы линейности тангенса угла потерь. На частоте f, МГц. Магнитотвердые материалы применяются в основном для изготовления постоянных магнитов многих устройств в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике. По сравнению с электромагнитами постоянного тока имеют ряд преимуществ, главные из которых: 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, посторонних включений при высокой магнитострикций и других. В результате затрудняются процессы смещения доменных границ. У высококоэрцитивных сплавов магнитная текстура создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле. Сплавы на основе железа - никеля - алюминия. Сплавы на основе железа никеля - алюминия применяют в основном л егированные медью и кобальтом. Намагничивание этих сплавов происходит главным образом за счет процессов вращения векторов намагничивания. Эти сплавы отличаются высокой твердостью и хрупкостью, поэтому магниты из них изготавливают методом литья. Обрабатывается шлифовкой, в том числе с применением алмазного инструмента, ультразвука и др. Самые дешевые бескобальтовые сплавы ЮНД и другие, но магнитные свойства у них относительно низки. ЮНДК и ЮНДК магнитоизотропные сплавы с относительно высокими магнитными свойствами. ЮНДКТ8 - титанистый сплав, применяемый в сильно разомкнутых системах. Имеет наиболее высокую коэрцитивную силу. Получают методами порошковой металлургии из сплавов Fe - Ni - AI - Co и из деформируемых сплавов Cu - Ni - Co , Cu - Ni - Fe , Fe - Co - Mo , Pt - Co и Ag - Mn - Al. Высокая Н с этих материалов связана с малым размером кристаллических зерен и сильной магнитокристаллической анизотропией. Магниты из ферритов можно использовать при высоких частотах, что связано с высоким удельным сопротивлением. Анизотропные магниты обладают более высокими магнитными свойствами Wmax , H с. По сравнению с литыми бариевые магниты имеют много большую Нс и малую B s , отличаются высокой стабильностью при воздействии магнитных полей, различных механических воздействий, структурного старения. Стоимость магнитов из ферритов почти в 10 раз меньше, чем у магнитов из сплава ЮНДК Недостатки - большая хрупкость и твердость, сильная зависимость магнитных свойств от температуры. Сплавы на основе редкоземельных металлов РЗМ. Сплавы на основе РЗМ обладают очень высокими значениями Н с и W max. Наибольший интерес представляют соединения RCo 5 и R 2 Co 17, где R - редкоземельный металл. Магниты из этих сплавов получаются наиболее часто жидкофазным спеканием из порошков. Стенка Блоха Такое состояние энергетически выгодно и кристалл в целом немагнитен, так как магнитные моменты доменов ориентированны в пространстве равно вероятно. В отсутствии внешнего магнитного поля смещение в ЦМД — материалах доменная структура Рис. Доменная структура поликристалла Энергию естественной кристаллографической магнитной анизотропии —Е к характеризуют константами кристаллографической магнитной анизотропии. Для кубического кристалла , где К 0 , К 1 , К 2 — константы кристаллографической магнитной анизотропии; - направляющие косинусы вектора намагниченности по отношению к осям x , y , z ребер куба. Справочник Детали машин Теория механизмов и машин Материаловедение Металлургия Металлорежущие станки Машиностроение Подъемно-транспортные машины Резание материалов. О портале Карта сайта. Процесс смешения границ доменов. Субмикронное ЦМД , однако низкая подвижность ограничивает применение.
Аэробус 333 схема салона лучшие места аэрофлот
Понятие дипломатического права
У кошки запор 3 дня что делать
Большой тест драйв инфинити фх
Влияние стажа на размер пенсии
Диагностика лечение заболеваний
Во всех субъектах есть планы по импортозамещению