Классификация магнитомягких материалов
Магнитомягкие материалы – это материалы, которые обладают свойствами ферромагнетика или ферримагнетика, причем коэрцитивная сила составляет не более 4 кА/м.
Ферромагнетики – это вещества, которые при температуре ниже точки Кюри, могут обладать намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля.
Ферримагнетики – это материалы, в которых магнитные моменты атомов разных подрешеток ориентируются антипараллельно.
Основной параметр, который определяет применение магнитомягкого материала - относительная магнитная проницаемость, показывающая то, насколько легко материал реагирует на приложенное магнитное поле. К другим важным параметрам относятся:
- Удельная электропроводность.
- Коэрцитивная сила.
- Намагниченность насыщения.
Магнитомягкие материалы делятся на:
- Низкочастотные материалы. Данные материалы, в свою очередь, делятся на материалы для работы в статических магнитных полях - железо и нелегированные электротехнические стали, и материалы для работы в низкочастотных магнитных полях – низкокоэрцетивные магнитомягкие сплавы, кремнистые электротехнические стали, аморфные и нанокристаллические сплавы.
- Высокочастотные материалы. Данные материалы, в свою очередь, делятся на ферриты - никель-цинковые и марганец-цинковые материалы, и магнитодиэлектрики - порошковые ферриты, карбонильное железо, альсифер, порошковые пермаллои.
Область применения магнитомягких материалов
Сфера применения магнитомягких материалов делится на две области: постоянного и переменного электрического тока. В приборах и устройствах с магнитной системой, которые работают от постоянного тока, во время включения магнитомягкий материал намагничивается и остается в данном состоянии, передавая магнитный поток для выполнения какой-либо задача, а при выключении переходит в состояние остаточной намагниченности, которая стремится к нулю или ничтожно мала. В устройствах которые работают от переменного тока, магнитомягкий материал циклически непрерывно перемагничивается в течении всего периода работы устройства, например, трансформатора.
Областью применения магнитомягких материалов определяется значимость иx основных параметров. При использовании магнитомягкого материала в магнитном поле, созданного постоянным током, основным параметром, определяющим выбор того или иного материала, является магнитная проницаемость. Например, при экранировании устройств от проникновения магнитного поля или его ослабления в магнитомягком материале локализуется магнитная энергия в границах определенного пространства. Намагниченность насыщения влияет на выбор магнитомягкого материала в том случае, если он применяется для создания магнитного поля в рабочем зазоре.
Если необходимо использовать магнитомягкий материал в системах, которые работают от переменного тока, необходимо учитывать, какой объем энергии будет им поглощаться при циклическом перемагничивании по петле гистерезиса. Из-за движения доменных границ и вращения намагниченности изменяются размеры доменов и ориентация вектора намагниченности соответственно. Данные процессы сопровождаются вихревыми токами, релаксацией намагниченности, переходом некоторой части энергии атомов в теплоту и упругой деформацией. Стоит отметить, что в металлических материалах преобладают магнитные потери на вихревые токи, а в диэлектрических материалах магнитные, связанные со спиновой релаксацией. По способу измерения потери при работе магнитомягкого материала можно разделить на следующие виды:
- Потери, связанные с изменением размеров доменов из-за вращение вектора намагниченности и движения границ доменов.
- Потери на гистерезис, появляющиеся при периодическом перемагничивании.
- Потери на вихревые токи, связанные с их генерацией.
Потери на гистерезис могут быть сокращены благодаря уменьшению внутренней коэрцитивности магнитомягкого материала, что уменьшает площадь петли гистерезиса. От отношения ширины домена к толщине пластины зависят потери на вихревые токи, потому что изменение магнитной индукции в магнитном материале происходит из-за проводимости магнитомягкого материала и движения границ доменов. Снижение потерь на вихревые токи достигается благодаря использованию магнитомягкого материала с более низкой проводимостью и при помощи нанесения изоляционного покрытия. Данное покрытие значительное влияет на величину потерь с увеличением частоты перемагничивания. Потери из-за изменение размеров доменов уменьшаются за счет использования абсолютно однородного материала, у которого внутри отсутствуют помехи для движения доменных стенок.
