- •1. Магнитные материалы
- •1.1. Магнитные характеристики
- •1.2. Классификация веществ по магнитным свойствам
- •1.3. Природа ферромагнетизма
- •1.4. Доменная структура
- •1.5. Намагничивание магнитных материалов. Кривая намагничивания
- •1.6. Магнитный гистерезис
- •1.11. Электрические свойства магнитных материалов
- •1.12. Классификация магнитных материалов
- •2. Магнитомягкие материалы
- •2.1. Технически чистое железо
- •2.2. Электротехнические стали
- •2.3. Пермаллои
- •2.4. Альсиферы
- •2.5. Магнитомягкие ферриты
- •2.6. Специальные магнитные материалы
- •2.7. Аморфные магнитные материалы (амм)
- •3. Магнитотвердые материалы
- •3.1. Магнитотвердые материалы
- •3.2. Сплавы на основе железа-никеля-алюминия
- •3.3. Металлокерамические магниты
- •3.4. Магнитотвердые ферриты
- •3.5. Сплавы на основе редкоземельных металлов (рзм)
1. Магнитные материалы
1.1. Магнитные характеристики
Намагниченность любого вещества в магнитном поле можно определить как отношение суммарного момента М материала к единичному объему V
J = M / V. (1.1)
Намагниченность зависит от намагничивающего поля
J = kм • H, A/M (1.2)
где kм - магнитная восприимчивость - безразмерная величина, характеризующая способность к намагничиванию данного вещества.
Магнитная индукция В является основным параметром магнитного материала
B = μ0H + μ0J = μ0H(1 + kм) = μ0μH (1.3)
где μ0 =4π • 10-7 Гн/м - магнитная постоянная; μ = 1 + kм - относительная магнитная проницаемость.
Основная кривая намагничивания. Зависимости B=F(H) и J=F(H), полученные на предварительно размагниченных образцах, называют основными кривыми намагничивания.
Основная кривая намагничивания - важнейшая характеристика магнитных материалов. Физика процессов намагничивания магнитных материалов может быть понята при отождествлении ее с характерными участками основной кривой намагничивания. На рис. 1.1 а показана основная кривая намагничивания по намагниченности и по индукции.
|
рис. 1.1 а |
1.2. Классификация веществ по магнитным свойствам
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 kм - (10 - 6 - 10 - 7), μ < 1. kм слабо изменяется от температуры. Диамагнетизм присущ всем веществам, однако в большинстве случаев он маскируется другими типами магнитного состояния.
Примерами диамагнетиков являются все вещества с ковалентной химической связью, щелочно-галлоидные кристаллы, неорганические стекла, полупроводники-соединения АIIIВV, АIIВVI, кремний, германий, бор и др.,; ряд металлов: медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.; водород, азот, вода, нефть и др.
Парамагнетики - вещества с нескомпенсированными магнитными моментами и отсутствием магнитного атомного порядка. Магнитный момент парамагнетика равён нулю. Под действием внешнего поля из-за преимущественной ориентации магнитных моментов в направлении поля появляется намагниченность. Для парамагнетиков kм > 0, μ < 1. kм парамагнетиков в большинстве случаев сильно зависит от температуры. При комнатной температуре kм 10 - 6 - 10 - 3.
К парамагнетикам относятся щелочные и щелочно-земельные металлы, соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных металлов, кислород, окись азота, Al, Na, Mg, Та, W, СаO и др.
Ферромагнетики - вещества, в которых ниже температуры Кюри Тк наблюдается магнитная упорядоченность соответствующая параллельному расположению спинов в макроскопических областях даже в отсутствие внешнего магнитного поля. kм ферромагнетиков (также как и μ) достигает больших положительных значений, сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.
К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, некоторые сплавы марганца, серебра, марганца, алюминия и др. При низших температурах некоторые редкоземельные элементы - гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий. А также сплавы RCo5, где R - редкоземельный элемент (Sm, Се или Рr).
Антиферромагнетики - характеризуются антиферромагнитным атомным порядком, возникающим из-за антипараллельной ориентации одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. Для антиферромагнетиков kм = 10-3 - 10-5 сильно зависит от температуры. При нагревании магнитная упорядоченность исчезает при температуре, называемой точкой Нееля (антиферромагнитная точка Кюри).
К антиферромагнетикам относятся хром, марганец, церий, неодим и др. Химические соединения на основе металлов переходной группы окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и др.: MnSe, FeCl2, FeF2, CuCl2, MnO, FeO, NiO.
Ферримагнетики - вещества с нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Как и антиферромагнетизм ферримагнетизм существует при температуре не выше точки Нееля, выше этой температуры ферримагнетики переходят в парамагнитное состояние.
К ферримагнетикам относятся некоторые упорядоченные металлические сплавы и различные оксидные соединения, наибольший интерес среди которых представляют ферриты МnО • Fe2О3, ВаO • 6Fе2O3, (NiO • ZnO) Fe2O3, Li2O(Fе2O3) и др.
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. У таких веществ имеет место обменное взаимодействие (обменной энергией) между ближайшими соседними атомами. Такими структурами могут быть, например, проводящие сплавы с малым содержанием переходных элементов. Металлические магнитомягкие аморфные сплавы состоят из одного или нескольких переходных металлов (Fe, Co, Ni), сплавленных со стеклообразователем - бором, углеродом, кремнием или фосфором.
Спиновые магнитные стекла - это сильномагнитные вещества с ферромагнитным порядком, если магнитные свойства в них возникают в результате косвенных обменных взаимодействий через электроны проводимости и с антиферромагнитным порядком, если возбуждение происходит через промежуточные немагнитные атомы.