Характеристики магнитных материалов. Изотропные и анизотропные материалы
Магнитными называют материалы, применяемые в технике с учетом их магнитных свойств. Магнитные свойства вещества зависят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул. Магнитные материалы могут быть металлы (в основном ферромагнетики), диэлектрики и полупроводники (главным образом ферри- и антиферромагнетики.
Основная характеристика магнитных материалов - намагниченность М, которая определяется как магнитный момент единицы объема вещества. Единица намагниченности в СИ - А/м. Зависимость М от напряженности поля H для ферро- и ферримагнетиков определяется кривой намагничивания с петлей гистерезиса (рис.). Если напряженность поля достаточна для намагничивания образца до насыщения, соответствующая петля гистерезиса называют предельной; множество др. возможных петель, получаемых при меньших значениях H и лежащих внутри предельной петли, называют частными (непредельными). Если до начала действия внеш. поля образец был полностью размагничен, кривая зависимости М от H называют основной кривой намагничивания.
Кривые
намагничивания и размагничивания
ферромагнетика: Н - напряженность внеш.
магнитного поля; М
-намагниченность образца; Нc
- коэрцитивная сила; Мr
- остаточная
намагниченность; Мs
- намагниченность насыщения; 1 - предельная
петля гистерезиса; 2 - непредельная
(частная) петля; 3 - начальная кривая
намагничивания.
Изотропные материалы имеют одинаковые свойства во всех направлениях, анизотропные - разные. К числу изотропных композитов относятся псевдосплавы и хаотично армированные материалы. Упрочнение хаотично армированных композитов осуществляется короткими
(дискретными) частицами игольчатой формы, ориентированными в пространстве случайным образом. В качестве таких частиц используют отрезки волокон или нитевидные кристаллы ( усы), при этом композиты получаются квазиизотропными, т.е. анизотропными в микрообъемах, но изотропными в макрообъеме всего изделия.
Изотропный материал обладает полной ортогональной группой симметрии, содержащей всевозможные повороты и отражения в плоскостях. Изотропные материалы допускают изготовление сердечников путем штамповки Ш - образных и П - образных пластин или шайб. Изотропными материалами являются металлы, камни, бетон, некоторые пластмассы.
Многие изотропные материалы, будучи помещены в электрическое поле, ведут себя подобно одноосным кристаллам, оптическая ось которых совпадает с направлением поля.
Анизотропные материалы, материалы, отличающиеся неодинаковыми (механическими, оптическими, магнитными и др.) свойствами по различным направлениям. К Анизотропные материалы относятся: кристаллы и монокристаллы, заготовки сплавов и сталей (прокат, штамповки и др.), волокнистые и плёночные материалы, армированные пластики, пьезокварц, графит и др. Большое значение приобретает новый класс Анизотропные материалы — композиционные материалы, в которых сочетаются свойства различных материалов: наполнителя (сверхпрочные волокна металлов и их окислов, нитевидные кристаллы и др.) и связующего (полимеры и металлы). Применение Анизотропные материалы с определённым образом ориентированной неоднородностью свойств позволяет сократить расход материалов и улучшить качество изделий; например, в машиностроении возможно изготовлять детали и конструкции с повышенной прочностью. Трансформаторы с сердечниками из неоднородной по свойствам текстурованной стали, в которой магнитный поток совпадает с направлением наиболее лёгкого намагничивания, весят на 20—40% меньше, чем трансформаторы с сердечниками из обычной горячекатаной стали. Отливка лопаток газотурбинных двигателей с направленной структурой повышает их длительную прочность при высоких температурах на 50%, ударную вязкость в 2—3 раза, увеличивает срок службы в 3—5 раз в сравнении с лопатками, отлитыми обычными методами.