Виды магнитных материалов и область их применения

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.

По реакции на внешнее магнитное поле и по характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно разделить на пять групп:

Диамагнетики – магнитная проницаемость m меньше единицы и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относят инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть и др.), большинство полупроводников и органических соединений.

Парамагнетики – вещества с m больше единицы, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. К числу парамагнетиков относятся: кислород, окись азота, щелочные и щелочно-земельные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.

К ферромагнетикам относят вещества с большой магнитной проницаемостью (до106), сильно зависящей от напряженности внешнего магнитного поля и температуры. Это железо, кобальт, никель и некоторые сплавы.

Антиферромагнетиками являются вещества, в которых ниже некоторой температуры Т° спонтанно возникает антипараллельная ориентация магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки (Ce,Nd,Sm,Tm и др.).

К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Магнитная проницаемость у них высока и сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

Диа-, пара- и антиферромагнетики можно объединить в группу слабомагнитных веществ, тогда как ферро- и ферримагнетики представляют собой сильномагнитные материалы.

В основном магнитные материалы относятся к группе ферромагнетиков и их можно разделить на две большие группы — Магнитотвёрдые материалы и Магнитомягкие материалы.

Магнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения в слабых полях, обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на перемагничивание. Условно к магнитомягким относят материалы с коэрцитивной силой < 800 А/м. Применяются в основном в качестве магнитопроводов дросселей, трансформаторов, электромагнитов, электрических машин.

Магнитотвердые материалы отличаются большой удельной энергией, которые тем больше, чем чем больше остаточная индукция и коэрцитивная сила материала. К магнитотвердым относят материалы с коэрцитивной силой >4 кА/м. Используются главным образом для постоянных магнитов.

16 Классификация магнитных материалов

Классификация по магнитной восприимчивости:

1. Диамагнетики – магнитная восприимчивость очень мала. Атомы не имеют магнитного момента, т.е. магнитные моменты частиц скомпенсированы. Существуют только магнитные моменты, наведенные магнитным полем. Диамагнетиками являются инертные газы, водород, большинство органических материалов, вода, некоторые металлы (Cu, Zn, Ag, Au, Be, Pb, Hg) и п/п (Se, Si, Ge).

2. Парамагнетики. Атомы обладают собственными магнитными моментами, расположенными беспорядочно. Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов ориентируются в направлении внешнего магнитного поля и усиливают его. К парамагнетикам относят кислород, некоторые металлы (Al, Cr, Na, Mg, Ta, Pt, W), их оксиды (CaO, Cr₂O₃, CuO).

3. Ферромагнетики. Магнитные моменты атомов упорядочены, обладают суммарным магнитным моментом даже при отсутствии магнитного поля. Магнитная восприимчивость велика. Упорядочение исчезает при температуре Кюри (q_к).

4. Антиферромагнетики. Магнитные моменты упорядочены. Суммарный магнитный момент равен нулю. Упорядочение исчезает при температуре Нееля (q_н).

Классификация ферромагнетиков

1. Магнитомягкие материалы характеризуются высокой магнитной проницаемостью () и малыми потерями на перемагничивание.

2. Магнитотвердые материалы характеризуются большим значением произведения , что соответствует большим значениям B_r и H_c, но так как B_r меняется незначительно, то основным критерием деления на магнитомягкие и магнитотвердые материалы является H_c.Граница эта условна. Так материалы, обладающие H_c = 0,4…4000 А/м относятся к магнитомягким, а материалы с H_c > 4000 А/м относятся к магнитотвердым.

3. Материалы специализированного назначения, к которым относятся материалы с ППГ, термомагнитные, магнитострикционные материалы, СВЧ-ферриты.

4. Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы делятся на металлические и ферритовые.

К металлическим магнитомягким материалам (ММ) относят технически чистое железо, электротехнические стали и ММ сплавы.

Термин «железо» относят к низкоуглеродистым сталям, получаемых с помощью электролитического, карбонильного процесса или методом прямого восстановления из руд.

Железо электролитическое изготавливают методом электролитического рафинирования в расплавленных солях и поставляют в виде порошка (ПЖЕ-1, ПЖЕ-2) или кусков (ЖЕ-МП).

Карбонильное железо получают при термическом разложении петакарбонила железа Fe(CO)₅ и используется для изготовления магнитодиэлектриков.

Все эти материалы предназначены либо для получения изделий методом порошковой металлургии, либо в качестве???????? материала при выплавке специальных сталей и сплавов, в том числе и магнитомягких.

Магнитные свойства технически чистого железа зависят от следующих факторов: содержание примесей; искажение кристаллической решетки вследствие деформации (особенно пластической); ориентации направления намагничивания относительно кристоллограф осей и текстурированности материала; размеров зерна и термической обработки.

Наиболее сильное влияние на магнитные свойства оказывает углерод, азот, кислород, сера и водород. где k_m - магнитная восприимчивость - безразмерная величина, характеризующая способность к намагничиванию данного вещества.

Диамагнетики - вещества, в которых в "чистом" виде проявляется диамагнитный эффект, являющийся результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи. Магнитный момент, возникающий при этом эффекте, направлен навстречу внешнему полю. Для диамагнетиков

k_m= -(10^-6 - 10^-7), <1

k_m - слабо изменяется от температуры. Диамагнетизм присущ всем веществам, однако в большинстве случаев он маскируется другими типами магнитного состояния.

Примеры диамагнетиков: все вещества с ковалентной химической связью, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла, полупроводниковые соединения А₃В₅, А₂В₆, кремний, германий, бор и другие. Ряд металлов: медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и другие, водород, азот, вода и другие.

Парамагнетики - вещества с нескомпенсированными магнитными моментами и отсутствием магнитного атомного порядка. Магнитный момент парамагнетика равен нулю. Под действием внешнего поля из-за преимущественной ориентации магнитных моментов в направлении поля появляется намагниченность. Для парамгнетиков

k_m>0, >1

k_m парамагнетиков в большинстве случаев меньше зависит от температуры. При комнатной температуре k_m = 10^-6 - 10^-3.

Примеры парамагнетиков: щелочные и щелочно-земельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных металлов, кислород, окись азота. Al, Na, Mg, Ta, W, CaO, CoO и другие.

Ферромагнетики - вещества, в которых (ниже температуры Кюри) наблюдается магнитная упорядоченность, соответствующая параллельному расположению спинов в макроскопических областях (доменах) даже в отсутствие внешнего магнитного поля. k_m ферромагнетиков (также как и ) достигает больших положительных значений, сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

Примеры ферромагнетиков: железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия и др. При низких температурах некоторые редкоземельные элементы - гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий. Сплавы RCo₅, где R редкоземельный элемент (Sm, Ce или Pr).

Антиферромагнетики - характеризуются антиферромагнитным атомным порядком, возникающим из-за антипараллельной ориентации одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. Для антиферромагнетиков k_m=10^-3-10^-5 сильно зависит от температуры. При нагревании магнитная упорядоченность исчезает при температуре, называемой точкой Нееля (антиферромагнитная точка Кюри).

Примеры антиферромагнетиков: хром, марганец, цезий, неодим, самарий и другие. Химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и др. MnSe, FeCl₂, FeF₂, CuCl₂, MnO, FeO, NiO.

Ферримагнетики - вещества с нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Как и антиферромагнетизм существует при температуре не выше точки Нееля. Выше этой температуры ферримагнетики переходят в парамагнитное состояние.

К ферримагнетикам относятся некоторые упорядоченные металлические и различные оксидные соединения, наибольший интерес среди которых представляют ферриты MnO*Fe₂O₃, BaO*6Fe₂O₃, (NiO*ZnO)Fe₂O₃, Li₂O*Fe₂O₃ и другие.

Ферро- и ферримагнетики относятся к сильномагнитным материалам, остальные группы к слабомагнитным веществам.

Аморфные магнитные материалы. Магнитный порядок наблюдается и в некоторых химических соединениях в аморфном состоянии, в которых имеет место обменное взаимодействие (обмен энергией) между ближайшими соседними атомами. Металлические магнитомягкие аморфные сплавы состоят из одного или нескольких переходных металлов (Fe, Co, Ni), сплавленных со стеклообразователем - бором, углеродом, кремнием или фосфором.

Date: 2016-06-06; view: 1010; Нарушение авторских прав