Материалы специального назначения

Материалы специального назначения – это материалы с прямоугольной петлёй гистерезиса (ППГ), с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД), материалы сверхвысокочастотного диапазона (СВЧ-ферриты), магнитострикционные и термомагнитные материалы.

Магнитные материалы с прямоугольной пет­лей гистерезиса (ППГ) особенно важны в устройствах автома­тического управления аппара­туры телеграфной связи, вы­числительной техники, комму­тирующих дросселей.

Важным показателем свойств материалов с ППГ является коэффициент прямоугольности петли гистерезиса k_пу, который определяется как отношение остаточной индукции к макси­мальной магнитной индукции:

k_пу = В_г / В_max < 1 (5.12)

Материалы с ППГ должны обладать малым временем перемагничивания (время изменения знака индукции с + В_гна -В_г. которое должно быть примерно 10^-7…10^-9 с), иметь высокую температурную стабильность маг­нитных параметров.

ППГ имеют некоторые металлические сплавы железа и никеля (пермаллои) и сплавы железо—никель—кобальт с содержанием ко­бальта от 30 до 55 %, легированные медью или другими металла­ми. Они изготовляются в виде лент толщиной от единиц до нескольких сотен микрометров, их коэффициент прямоугольности от 0,85 до 0,98. Прокатка микронной ленты, ее термообработка и изготов­ление сердечников сложнее, чем производство изделий из ферритов, поэтому ферриты с ППГ находят более широкое применение.

Широкое распространение получили магний-марганцевые и литиевые ферриты со структурой шпинели. Для улучшения свойств используются легирование их ионами цинка, кальция, меди, на­трия и др. Основные характеристики ферритов с ППГ следующие: коэффициент прямоугольности k_пу=0.9…0.94; остаточная ин­дукция В_г+0.15…0.25; температура Кюри: Т_к=110…250°С (для магний-марганцевых ферритов), 550…630°С (для литиевых), коэрцитивная сила для ферритов, используемых в схе­мах автоматического управления, лежит в пределах 10…20 А/м, для материалов, используемых в вычислительной технике, 100…1200 А/м.

Ферриты с ППГ выпускаются в виде кольцевых сердечников раз­личных типоразмеров или ферритовых пластин (плат) с большим количеством отверстий, выполняющих роль сердечников, например для запоминающих устройств выпускаются платы размером 15´15 мм, которые содержат 16×16 = 256 отверстий.

К недостаткам ферритов с ППГ относится меньшая температур­ная стабильность параметров, чем металлических сплавов.

Магнитные материалы с ЦМД применяются в виде плёнок для запоминающих устройств на ЦМД. Такие ЗУ могут длительно хранить информацию без питания. Микросхема ЦМД площадью 0,5…1 см² содержит 256×10³…1000×10³ единиц информации (256 Кбит или 1 Мбт). Рабочим элементом ЗУ является монокристаллическая магнитная гранатовая плёнка толщиной 1…3 мкм на подложке немагнитного галлий-гадолиниевого граната (ГГГ). Поверх граната наносится пермаллоевая плёнка (Fe-Ni) h=0.1 мкм. Она осуществляет запись и считывание информации. Домены в магнитном гранате пленки при приложении магнитного поля превращаются в цилиндры. Пермаллоевая плёнка заставляет двигаться эти цилиндры (домены). Наличие или отсутствие ЦМД в заданной точке в определённый момент времени означает соответственно запись единицы или нуля.

Магнитострикционные материалы – это ферромагнитные материалы, которые при намагничивании изменяют свои размеры. Относительное изменение размеров ферромагнетика называется магнитострикцией. Материалы с высоким значением l_s применяются в качестве сердечников ультразвуковых генераторов, линий задержки.

l_s = Dl_s / l₀ (5.13)

Магнитострикционные материалы для генераторов УЗВ колебаний и резонаторов (Ni, ферриты Li-Na и Mg-Mn).

В электротехнике используются термомагнитные материалы с большой зависимостью магнитной проницаемости от температуры для температурной компенсации (термокомпенсации) магнитных цепей.

Применяют следующие сплавы: медно-никелевый сплав — кальмаллой, железоникелевый термаллой, железоникель-хромовый - компенсатор.

С изменением концентрации меди в кальмаллое от 3 до 40% из­готовляют сплавы, которые компенсируют изменение в магнитных цепях в пределах температур 20…80°С и от -50 до +10°С. Недо­статком кальмаллоя является низкая индукция насыщения, для повышения ее в кальмаллой добавляют присадки железа. Термал­лой содержит никель от 28,5 до 33,5 %, по сравнению с кальмаллоями они обладают более высокой индукцией насыщения, которая рез­ко зависит от температуры. Недостатками термаллоя являются наличие значительного температурного гистерезиса в области низких температур, сравнительно низкий предел отрицательных темпе­ратур, а также сильное влияние состава на свойства материала.

Для расширения работы в области низких температур железоникелевые сплавы легируют хромом. Такие сплавы называют ком­пенсаторами, свойства их в меньшей степени зависят от состава, они хорошо обрабатываются и имеют достаточно высокую индукцию насыщения.

Методами порошковой металлургии разработаны термомагнит­ные сплавы на основе Fe—Ni—Mo. Магнитные свойства их близки к сплавам-компенсаторам, но отличаются эти материалы более вы­сокой воспроизводимостью свойств.