Ферриты и металлические сплавы с ППГ. Магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) находят широкое применение в устройствах автоматики, вычислительной техники, в аппаратуре телеграфной связи. Сердечники из материала с ППГ имеют два устойчивых магнитных состояния, соответствующих различным направлениям остаточной магнитной индукции. Именно благодаря этой особенности их можно использовать в качестве элементов для хранения и переработки двоичной информации. Запись и считывание информации осуществляются переключением сердечника уже из магнитного состояния в другое с помощью импульсов тока, создающих требуемую напряженность магнитного поля.
[su_box title=»Магнитопроводы специальные»]Магнитосила специализируется на производстве магнитопроводов не только стандартных конфигураций для силовых трехфазных трансформаторов. Область наших возможностей включает в себя изготовление практически любых http://step-lap.com/produkcija/magnitoprovody-specialnye/ шихтованных специализированных магнитопроводов.[/su_box]
Двоичные элементы на магнитных сердечниках с ППГ характеризуются высокой надежностью, малыми габаритами, низкой стоимостью, относительной стабильностью характеристик. Они обладают практически неограниченным сроком службы, сохраняют записанную информацию при отключенных источниках питания.
К материалам и изделиям этого предъявляют ряд специфических требований, а их характеристики привлекают некоторые дополнительные параметры. Основным из таких параметров является коэффициент прямоугольности петли гистерезиса К пу , представляющий собой отношение остаточной индукции В r к максимально индукции В max :
К пу = r /max В
Для определенности В max измеряют при H max = 5H из . Желательно, чтобы К пу был возможно ближе друг к единице. Для большей быстрого перемагничивания сердечников они должны иметь небольшой коэффициент переключения P. S q , численно равный количеству электричества на единицу толщины сердечника, которое необходимо для перемагничивания его из состояния остаточной индукции в противоположное состояние максимальной индукции.
С другой стороны, материалы с ППГ должны обеспечивать малое время перемагничивания, возможно большую температурную стабильность магнитных характеристик, следовательно, иметь высокой температуры Кюри и других свойствах.
Ферриты с ППГ в практике распространены шире, чем металлические тонкие ленты. Это тем, что технологию изготовления сердечников наиболее проста и экономична. Свойства ферритовых сердечников приведены в табл. 2.
Материал или сердечник H с ,
A/м B r ,
Тл К пу ,
(по меньшей мере) P. S q ,
мкКл/м Т к , ° С Примечание
Ферриты различных марок 10-1200 0,15-0,25 0,9 25-55 110-630 Имеется свыше 25 различных марок
Микронные сердечники из пермаллоев (толщины ленты от 2 до 10 мкм) 8-50 0,6-1,5 0,85-0,9 25-100 300-630 Сплавы 50НП, 65Н, 79НМ, 34НКПМ
Свойства сердечников и материалов с ППГ.
Ферритам свойственна спонтанная прямоугольность петли гистерезиса, то есть. специфическая форма петли реализуется во время выборов определенного химического состава и условий спечення феррита, а не является следствием какой-либо специальной обработки материала, приводящей к образованию текстуры (например, механических воздействий или обработки в сильном магнитном поле).
Из ферритов с ППГ наиболее широкое применение находят магний-марганцевые и литиевые феррошпинели. Установлено, что прямокгольная петля гистерезиса и у материалов с достаточно сильной магнитной кристаллографической анизотропией и найгірш выраженной магнитострикцией. И здесь процессы перемагничивания происходят преимущественно за счет необратимого смещения доменных границ. Сохранение большой остаточной намагниченности после снятия внешнего поля объясняется локализацией доменных границ на микронеоднородностях структуры. Такими неоднородностями могут быть области с разной степени обращенности шпинели, вакансии и с ними комплексы, междуузельные атомы и других. Например, в магний-марганцевых феритах спонтанная прямоугольность петли гистерезиса обусловлена тетрагональными искажениями кристаллической решетки с помощью ионов Mn 3+ , которые возникают при определенных условиях синтеза.
С использованием ферритов надо учитывать изменение их свойств от температуры. Так, при росте температуры от -20 до +60 ° С у ферритов различных марок коэрцитивная сила уменьшается в 1,5-2 раза, остаточная индукция — на 15-30%, коэффициент прямоугольности — на 5-35%.
В зависимости от особенности устройств, в которых применяются ферриты с ППГ, требования, предъявляемые ним, может существенно различаться. Так, ферриты, предназначенные для коммутационных и логических элемнтов схем автоматического управления, должен иметь малую коэрцитивную силу (10-20 А/м). Наоборот, материалы, используемые в устройствах хранения дискретной информвции, должен иметь повышенное значение коэрцитивной силы (100-300 А/м).
В запоминающих устройствах ЭВМ применяют либо кольцевые ферритовые сердечники малого размера (имеются сердечники с наружным диаметром 0,3-0,4 мм), либо многоотверстные ферритовые платы в которых область вокруг каждого отверстия выполняет функции отдельного сердечника. С использованием сердечников достигается более высокое быстродействие, однако возникают технологические трудности при прошивке таких сердечников проводниками и сборке матриц.
Ферриты для устройств СВЧ. Диапазон СВЧ соответствует длинам волн от 1 м до 1мм. В аппаратуре и приборах, где используются электромагнитные волны диапазона СВЧ, необходимо управлять этими колебаниями: переключать поток энергии с одного направления другое, изменять фазу колебаний, поворачивать полоскость поляризации волны, частично или полностью поглощать мощность потока.
Электромагнитные волны в пространстве, заполненном диэлектриком, как от металлов они совсем отбиваются. Поэтому металлические поверхности используют напрвления волн, их концентрации или рассеяния. Электромагнитная энергия СВЧ чаще всего передается по волноводам, представляющим собой трубы. Как твердых материалов управлять потоком энергии в волноводах используют ферриты СВЧ и объясняются некоторые немагнитные активные диэлектрики. Магнитными характеристиками первых можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, электрическими свойствами вторых — с помощью внешнего электрического поля.
Практическое применение ферритов СВЧ основано на: а) магнитооптическом эффекте Фарадея; б) эффекте ферромагнитного резонанса; в изменении внешним магнитным полем значения магнитной проницаемости феррита.
Магнитооптический эффект Фарадея зависит от повороте плоскости поляризации высокочастотных колебаний в намагниченном с помощью внешнего поля феррите. В этом можно получить различные углы поворота плоскости поляризации, следовательно, и коммутация энергии в разные каналы.
Ферромагнитный резонанс наблюдается при совпадении частоты внешнего возбуждающего половіючі ржи с собственной частотой прецессии спинов электронов. Собственная частота прецессии зависит от магнитного состояния образца, а потому ее можно изменять с помощью постоянного подмагничивающего (управляющего) поля М_. При резонансе резко возрастает поглощение энергии электромагнитной волны, распростертое в волноводе в направлении; для волны прямого направления поглощение оказывается значительно меньшим. В итоге получается высокочастотный вентиль. Рассмотренный эффект наиболее сильно в том случае, когда напряженности переменного возбуждающего поля и постоянного подмагничивающего полей взаимно перпендикулярны.
Если частоту внешнего поля поддерживать постоянной, а изменять напряженность подмагничивающего поля М_, то вентильные свойства феррита будут проявляться в довольно узком интервале напряженностей постоянного поля D М_, называемом шириной линии ферромагнитного резонанса. Чем меньше значение D М_, тем больше поглощение электромагнитной энергии, что благоприятно бьет по характеристиках ряда СВЧ-устройств (антенные переключатели и циркуляторы, служащие для распределения энергии между отдельными волноводами; фазовращатели; фильтры; модуляторы; ограничители мощности и других.).
Помимо достижения узкой линии резонанса к ферритам СВЧ предъявляют ряд специфических требований. Основные из которых являются:
1) высокая чувствительность материала к управляющему полю (возможность управления относительно слабым внешним полем);
2) высокое удельное объемное сопротивление (10 6 -10 8 Ом • м) и возможно меньший тангенс угла диэлектрических потерь (10 -3 — 10 -4 ), и даже возможно меньшее значение магнитных потерь вне области резонанса, обеспечивающее малое затухание в феррите;
3) температурная стабильность свойств и возможно более высокую значение точки Кюри. В отдельных случаях до феррита предъявляют и другие требования, которые можно даже противоречивыми. Большинство требований удовлетворяется во время использования магний-марганцевых ферритов с большим содержанием окиси магния.
Для некоторых целей применяют литий-цинковые и никель-цинковые ферриты и ферриты сложного состава (полиферриты).
Конфигурация и размеры ферритового изделия, с одной стороны, определяются принципом действия прибора, с другой, зависит от свойств самого материала. В различных приборах СВЧ применяемые ферритовые вкладыши имеют форму прямоугольной пластины, равностороннего треугольника, кольца, диска или сферы. При определенной геометрии вкладыша обеспечивается лучшее согласованию с волноводом, то есть. получается минимальное отражение электромагнитной волны от феррита. Для изготовления вкладышей используют как поликристаллические материалы, и монокристаллы ферритов. Последние характеризуются более узкой шириной линии ферромагнитного резонанса.
Магнитострикционные ферриты. Магнитострикционными называют магнитные материалы, применение которых основано на явлении магнитострикции и магнитоупругом эффекте, то есть. изменении размеров тела в магнитном поле и изменении магнитных свойств материала под влиянием механических воздействий.
Среди магнитострикциооных материалов можно назвать как чистые металлы, так и сплавы разные ферриты. Ферриты являются магнитострикционными материалами для высоких частот.
В эксплуатационных условиях она чаще всего превращается в магнитное состояние сердечника магнитострикционного преобразователя определяется одновременным воздействием переменного и постоянного подмагнич,вающих полей. Если Выполняется соотношение B m << B_, то между амплитудами переменного магнитного поля и механических колебаний существует линейная зависимость. Итак, магнитострикционные колебания небольшой амплитуды в намагниченной (магнитно-поляризованной) среде по своему внешнему проявлению аналогичны пьезоэлектрическим. Поэтому и иногда называют пьезомагнитными.
Широкое использование в магнитострикционных устройствах находит ферритовая керамика. По сравнению с никелем и металлическими сплавами, магнитострикционные свойства которых выражены очень, магнитострикционные ферриты вытекает ряд преимуществ. Благодаря высокому удельному сопротивлению в которых пренебрежимо малые потери на вихревые токи, поэтому лишними расслаивать материал некоторые пластины. В отличие от металлических сплавов ферриты не поддаются воздействию химически агрессивных сред. С помощью керамической технологии можно изготовить преобразователи практически любых форм и мелких размеров.
По составу магнитострикционная керамика является либо чистый феррит никеля (NiFe 2 O 4 ), либо твердые растворы на его основе.
Из магнитострикционных материалов изготавливают сердечники электромеханических преобразователей (излучателей и приемников) для электроакустики и ультразвуковой техники, сердечники электромеханических и магнитострикционных фильтров и резонаторов, линий задержки. Их используют также в качестве чувствительных элементов магнитоупругих преобразователей, применяемых в устройствах автоматики и измерительной техники.