1.10. Магнитные материалы

Все магнитные материалы условно можно разделить на магнитотвердые с напряженностью  в десятки и сотни ампер на сантиметр и магнитомягкие с напряженностью  в десятые и сотые доли ампер на сантиметр. Магнитотвердые используются для изготовления постоянных магнитов. Для изготовления электромагнитных элементов применяются главным образом магнитомягкие материалы.

В общем случае магнитомягкие материалы должны легко намагничиваться в постоянном и перемагничиваться в переменном магнитном поле, т.е. иметь узкую петлю гистерезиса и, следовательно, высокую магнитную проницаемость – начальную и максимальную, большую индукцию насыщения, чтобы обеспечить прохождение наибольшего магнитного потока, возможно меньшие потери на перемагничивание на высоких частотах до тысяч килогерц.

Магнитомягкие материалы можно разделить на три группы – электротехнические стали, сплавы на основе железа с другими металлами и ферриты.

Электротехнические стали наиболее дешевы и имеют большую индукцию насыщения, что позволят создавать на их основе компактные и дешевые электромагнитные элементы. Но из-за большой коэрцитивной силы они мало чувствительны к изменению внешнего магнитного поля обмоток с током.

Они подразделяются на горячекатаные нетекстурованные и холоднокатаные текстурованные с улучшенными свойствами вдоль направления прокатки.

Для магнитных цепей постоянного тока применяют низкоуглеродистую электротехническую сталь, которую выпускают в прутках или листах толщиной в несколько миллилитров. Для магнитных целей переменного тока применяют сталь электротехническую тонколистовую и ленту холоднокатаную рулонную.

Для устройств, работающих на промышленной частоте 50 Гц, выпускают горячекатаную сталь толщиной листа 0,5 и 0,35 мм и холоднокатаную текстурованную толщиной ленты 0,5 мм.



Для устройств, работающих на частоте 400-500 Гц, выпускается горячекатаная сталь толщиной листа 0,35; 0,2 и 0,1 мм и холоднокатаная в виде ленты толщиной 0,15; 0,1; 0,08 и 0,05 мм.

Сплавы железа с другими металлами выпускаются в нескольких модификациях.

Пермаллой марок 79 НМ и 80 НХС. Содержат 79-80 % никеля и обладают высокой магнитной проницаемостью при минимальной коэрцитивной силе. Эти сплавы нетекстурованы. Их применяют в элементах с возможно большей чувствительностью к слабым изменениям магнитного поля (операционные усилители, магнитные головки). Сплавы 68 НМП и 50 НП также железоникелевые с прямоугольной петлей гистерезиса.

Пермендюр марки 35 КХ, 50 КФА содержит от 30 до 50 % кобальта. Имеют наиболее высокое значение индукции насыщения до 2,4 Тл. После обжога их петли гистерезиса близки к прямоугольным.

Железоалюминиевые сплавы 16 ЮХ и 16 ЮМ содержат до 16 % алюминия. По магнитным свойствам не уступают пермаллоям, но обладают в 10-20 раз большей, чем пермаллои, износоустойчивостью. Их применяют для изготовления магнитных головок в устройствах магнитной записи.

Особую группу представляют ферриты, неметаллические магнитные материалы, изготавливаемые из смеси оксидов железа с оксидами магния, меди, марганца, никеля и других металлов. Применяются также биферриты и полиферриты, представляющие собой твердые растворы двух и более ферритов. Оксиды измельчают, смешивают в определенных пропорциях, затем прессуют при давлении 10-30 кН/см2 в сердечники необходимой формы и размеров и обжигают при температуре 1200-1400 оС. Они не обладают магнитной анизотропией, их магнитные свойства одинаковы во всех направлениях, петля гистерезиса прямоугольна.

Удельное электрическое сопротивление ферритов в миллионы раз больше, чем металлических ферромагнетиков, и в них не возникают вихревые токи. Это позволяет перемагничивать ферриты с частотой в сотни килогерц в цифровых устройствах автоматики и вычислительной техники.