15.2. Магнитотвердые материалы

Основными характеристиками магнитотвердых материалов явля­ются коэрцитивная сила Hс, остаточная индукция Вs и максимальная удельная магнитная энергия W_M, отдаваемая материалом в простран­ство.

Коэрцитивная сила магнитотвердых материалов на 1—4 десятич­ных порядков больше, чем у магнитомягких, однако магнитная про­ницаемость ц у них меньше; при этом чем больше Hс, тем меньше μ.

Магнитотвердые материалы применяют для изготовления посто­янных магнитов — источников постоянных магнитных полей, ис­пользуемых в различной аппаратуре, устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Если постоянный магнит в виде кольцевого сердечника, то он практически не отдает энергию во внешнее пространство, так как почти все магнитные силовые линии замыкаются внутри него. В этом случае магнитное поле вне сердечника практически отсутствует. Что­бы использовать магнитную энергию постоянных магнитов, нужно в замкнутом магнитопроводе создать воздушный зазор определенного размера. Тогда на образовавшихся концах возникнут полюсы, создаю­щие размагничивающее поле с напряженностью Hd, снижающее ин­дукцию внутри магнита до Bd, которая меньше остаточной индукции Вr. Остаточная индукция Вr характеризует материал в том случае, ко­гда магнит находится в замкнутом состоянии и предварительно был намагничен до состояния технического насыщения (Bs).

На рис. 15.5 приведены кривые, характеризующие свойства маг-нитотвердого материала при размагничивании, для случая, когда об­разец материала был предварительно намагничен до состояния тех­нического насыщения (В= Bs). Кривая I— кривая размагничивания

Рис. 15.5. Кривые размагничивания (1) и удельной магнитной энергии (2) в воздушном зазоре

на участке гистерезисной петли, расположенной во втором квадран­те (от т. Вr к т. Hс), и кривая 2 —кривая изменения магнитной энер­гии в воздушном зазоре. Известно, что удельная энергия Wd магнит­ного поля в единице объема воздушного зазора магнита, выраженная в Дж/м³, определяется формулой

Wd=Bd•Hd/2, (15.6)

где значения Bd и Hd принадлежат т. D, расположенной на кривой размагничивания (см. рис. 15.5, кривая 1).

При изменении величины воздушного зазора т. D будет переме­щаться на кривой размагничивания и будут изменяться значения Bd, Hd и Wd. Если зазор между полюсами отсутствует, то Bd= Вr, а Wd — 0, так как Hd = 0. Если зазор очень велик, то Wd → 0, так как Bd =0, а Hd = Hс.

Таким образом, чем меньше длина магнита и больше воздушный зазор, тем больше размагничивающее поле полюсов и меньше Bd. При некоторых значениях B'd и H'd, равных наибольшим значениям (Bmах и Hmах), удельная магнитная энергия достигнет максимального значения Wм Дж/м³:

Wм=(BH)mах/2. (15.7)

Максимальная удельная магнитная энергия Wм является важней­шей характеристикой при оценке качества магнитотвердых материа­лов. Она изменяется в широком диапазоне: от ~1 кДж/м³ для хроми­стых сталей, закаленных на мартенсит, до ~80 кДж/м³ для сплавов кобальта с редкоземельными элементами, образующими интерметал­лические соединения. Максимальная энергия Wм в воздушном зазоре тем больше, чем больше остаточная индукция Вr, коэрцитивная сила Hс и коэффициент выпуклости кривой размагничивания материала γ:

γ=(BH)mах/(2BrHc) (15.8)

С увеличением прямоугольности петли гистерезиса коэффици­ент выпуклости у приближается к единице.

Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается. Это явление называют старением магнита. Старение может быть обратимым и необратимым.

Обратимое старение происходит под действием ударов, толчков, резких колебаний температуры, воздействия внешних постоянных полей. Оно приводит к снижению Вr на 1—3 %. Магнитные свойства при этом старении можно восстановить путем повторного намагни­чивания.

Необратимое старение связано с изменением структуры материа­ла во времени — повторным намагничиванием не устраняется.

Высокая коэрцитивная сила у магнитотвердых материалов дости­гается путем создания в кристаллической решетке большого количе­ства внутренних напряжений, дислокаций и других дефектов путем легирования • материала и последующей термической обработки. Кроме того, очень высокую Яс получают у материалов, состоящих из смеси магнитной и немагнитной фаз. При этом частицы магнитной фазы настолько мелкие, что не делятся на домены.

Классификация магнитотвердых материалов. По составу и способу получения магнитотвердые материалы подразделяются на следую­щие группы: 1) легированные стали, закаленные на мартенсит; 2) ли­тые высококоэрцитивные сплавы; 3) металлокерамические и метал-лопластические магниты; 4) магнитотвердые ферриты; 5) сплавы на основе редкоземельных элементов; 6) сплавы для магнитных носите­лей информации.