Магнитные материалы

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

“Алтайский  государственный технический университет

имени И.И. Ползунова"

Бийский технологический институт (филиал) 

Факультет ИТАУ 
 

Кафедра МСИА 
 
 

РЕФЕРАТ

Материаловедение  и технология конструкторских материалов

По теме «Магнитные материалы» 
 
 

           Выполнила   студентка гр. ИИТТ-81 Куксина С. И. 

      Проверил    старший преподаватель Лебедев А.Н.  
 
 
 

Бийск 2009

СОДЕРЖАНИЕ 

СОДЕРЖАНИЕ………………………………………………………………2

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….…….3

1 История развития магнитного материаловедения ……………………4

2 Основные характеристики магнитных материалов……………………...5

2.1 Кривая намагничивания …………………………………………….….6

2.2 Петля гистерезиса ……………………………………………………....7

2.3 Магнитная проницаемость…………………………………………..…9

3 Классификация магнитных материалов…………………………………10

3.1 Магнитомягкие материалы……………………………………………..10             3.1.1 Материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей...12

3.1.2 Высокочастотные магнитомягкие материалы………………………13

3.2 Магнитострикционные материалы…………………………………...14

3.3 Термомагнитные материалы………………………………………..….15

3.4 Магнитные жидкости……………………………………………………16

3.5 Магнитотвёрдые материалы……………………………………………..18

3.5.1Литые высококоэрцитивные сплавы…………………………………..20

3.5.2 Магнитотвердые ферриты…………………………………………….21

3.5.3 Сплавы для магнитных носителей информации……………………...22

4 Применение …………………………………………………………………23

4.1 Магнитные дисковые накопители……………………………………….23

4.2 Применение ферритовых магнитных материалов……..….…..25       4.3 Магнитные датчики систем охранной сигнализации ……………..…..26

4.4 Использование магнитных материалов в космической технике……...27 

 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….……...28

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………29 

     ВВЕДЕНИЕ 

     Магнитные материалы, магнетики - материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях - изменение физических размеров, температуры, проводимости , возникновению электрического потенциала и т. д.

     К магнитным материалам относят вещества, обладающие определенными магнитными свойствами и используемые в современной  технологии. Магнитными материалами  могут быть различные сплавы, химические соединения, жидкости.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 История развития магнитного материаловедения  

     В глубокой древности, более двух тысяч  лет назад, греки и китайцы  знали о свойстве магнитного железняка (горной породы магнетита) притягивать  железные предметы. Применение магнитного компаса в кораблевождении сыграло  большую роль в открытии новых  земель и стран и, в частности, 500 лет назад в открытии Колумбом Америки.

     Однако  большое значение магнитных материалов для технического прогресса человечество ощутило только в середине XIX века после открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции, когда стало возможным конструирование и производство электрогенераторов, моторов, трансформаторов и других аппаратов и приборов для электротехники и техники средств связи.

     Основа  современного магнитного материаловедения - по-прежнему металлы группы железа (Fe, Ni, Co); из них изготовляют различные металлические и диэлектрические оксиды (соединения Fe и других металлов с кислородом, называемые ферритами) магнитные материалы. Задача физики магнетизма - разработать пути дальнейшего изыскания новых магнитных материалов и усовершенствование уже применяемых. Однако эту задачу невозможно решить на основе использования только металлов группы железа.

     В 60-е годы наметилась тенденция создания магнитных материалов на основе металлов, входящих в группу лантаноидов: Gd, Tb, Dy , Ho, Er , Sm, Eu и других, обычно называемых редкоземельными. [1] 

 

     2 Основные характеристики магнитных материалов 

     Простейшие  проявления магнетизма известны очень  давно и знакомы большинству  из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на основе фундаментальных  принципов физики удалось лишь сравнительно недавно.

     Механизмы магнетизма : зонный магнетизм, молекулярный магнетизм.

     Зонный  магнетизм - магнетизм металлов и  сплавов, интерпретируемый в рамках моделей, основанных на зонной теории. Типичные представители зонных магнетиков (ЗМ) - переходные металлы Fe, Co, Ni, Сr, Мn, их сплавы и соединения.

     Физическое  явление, характеризующее магнитные свойства молекул - микроскопических объектов. При объединении множества этих молекул в ансамбль - макрообъект, возможно возникновение качественно нового магнетизма за счет кооперативных межмолекулярных взаимодействий. Ниже определенных температур магнитные моменты отдельных молекул макрообъекта могут выстраиваться в определенный порядок. Такое вещество называется магнетиком. Отдельные молекулы выступают в качестве строительных блоков магнетика.

     В качестве магнитных материалов техническое значение имеют ферромагнитные  вещества и ферромагнитные химические соединения (ферриты). [2]

     Магнитные свойства материалов обусловлены внутренними скрытыми формами движения электрических зарядов , представляющими собой элементарные круговые токи (вращение электронов вокруг собственных осей – электронные спины и орбитальное вращение электронов в атомах )

     Магнитные свойства материалов характеризуется  петлей гистерезиса, кривой намагничивания, магнитной проницаемостью, потерями энергии при перемагничивании. 

     2.1. Кривая намагничивания

     Это важнейшая характеристика магнитных  материалов, она показывает зависимость  намагниченности или магнитной  индукции материала от напряженности  внешнего поля Н.

     Если  в процессе намагничивания довести  напряженность поля до некоторого значения, а затем начать уменьшать, то уменьшение индукции будет происходить медленнее, чем при намагничивании и новая  кривая будет отличаться от первоначальной. Кривая изменения индукции при увеличении напряженности поля для предварительно полностью размагниченного вещества называется начальной кривой намагничивания. На рисунке 1 она показана утолщенной линией. Основная кривая намагничивания имеет ряд характерных участков, которые можно условно выделить при намагничивании монокристалла ферромагнетика. Первый участок кривой намагничивания соответствует процессу смещения границ менее благоприятно ориентированных доменов. На втором участке происходит поворот векторов намагниченности доменов в направлении внешнего магнитного поля. Третий участок соответствует парапроцессу, т.е. завершающему этапу процесса намагничивания, когда сильное магнитное поле поворачивает в направлении своего действия не сориентированные магнитные моменты доменов ферромагнетика. 

     

     Рисунок 1 - Начальная кривая намагничивания 

     2.2 Петля гистерезиса. 

     После нескольких (около 10) циклов изменения напряженности от положительного до отрицательного максимальных значений зависимость B=f(H) начнет повторяться и приобретет характерный вид симметричной замкнутой кривой, называемой петлей гистерезиса. Гистерезисом называют отставание изменения индукции от напряженности магнитного поля. Явление гистерезиса характерно вообще для всех процессов, в которых наблюдается зависимость какой-либо величины от значения другой не только в текущем, но и в предыдущем состоянии, т.е. =f(, ) - где и - соответственно текущее и предыдущее значения напряженности.

     Петли гистерезиса можно получить при  различных значениях максимальной напряженности внешнего поля (рисунок 2). Геометрическое место точек вершин симметричных циклов гистерезиса называется основной кривой намагничивания. Основная кривая намагничивания практически совпадает с начальной кривой.

     Симметричная  петля гистерезиса, полученная при  максимальной напряженности поля (рисунок 2), соответствующей насыщению ферромагнетика , называется предельным циклом.

     Для предельного цикла устанавливают  также значения индукции при H = 0, которое называется остаточной индукцией, и значение при B = 0, называемое коэрцитивной силой. Коэрцитивная (удерживающая) сила показывает, какую напряженность внешнего поля следует приложить к веществу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля.

     Форма и характерные точки предельного  цикла определяют свойства ферромагнетика. Вещества с большой остаточной индукцией, коэрцитивной силой и площадью петли гистерезиса (кривая 1 рис. 2) называются магнитнотвердыми. Они используются для изготовления постоянных магнитов. Вещества с малой остаточной индукцией и площадью петли гистерезиса (кривая 2 рисунке 2) называются магнитномягкими и используются для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, в особенности работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке.

     

     Рисунок 2 – Петли гистерезиса 

     Площадь гистерезисных петель в промежуточных  и предельном состояниях характеризует  рассеивание электрической энергии  в процессе перемагничивания материала, т.е. потери на гистерезис. Площадь гистерезисной  петли зависит от свойств материала, его геометрических размеров и частоты  перемагничивания. 

     2.3. Магнитная проницаемость.  

     Магнитная проницаемость, физическая величина, характеризующая  связь между магнитной индукцией  В и магнитным полем Н в  веществе. Обозначается m, у изотропных веществ m= В/Н  или m= В/Н ( - магнитная постоянная).

       У анизотропных тел (кристаллов) магнитная проницаемость - тензор. Магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью c соотношением m = 1 +c , m измеряется в безразмерных единицах. Для физического вакуума c = 0 и m= 1.

       У диамагнетиков c<0 и m < 1, у  парамагнетиков и ферромагнетиков  c>0 и m > 1. В зависимости от  того, измеряется ли m ферромагнетиков в статическом или переменном магнитном поле, её называют соответственно статической или динамической магнитной проницаемостью. Значения этих магнитных проницаемостей не совпадают, так как на намагничивание ферромагнетиков в переменных полях влияют вихревые токи, магнитная вязкость и резонансные явления. Магнитная проницаемость ферромагнетиков сложно зависит от Н, для описания этой зависимости вводят понятия дифференциальной, начальной и максимальной  магнитной проницаемости.[2] 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3 Классификация магнитных материалов 

     Существуют  магниты двух разных видов. Одни  - так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитнотвердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитномягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток.

     Процессы  намагничивания материалов обеих групп  протекают одинаково: на первом этапе  происходит смещение границ доменов, на втором – вращение магнитных моментов доменов в направлении намагничивающего поля, на третьем парапроцесс. Согласно кривой намагничивания смещение границ доменов требует меньших энергетических затрат, чем процессы вращения магнитных  моментов и парапроцесс. В магнитомягких  материалах намагничивание происходит в основном за счет смещения границ доменов. Магнитотвердые материалы  намагничиваются преимущественно  за счет вращения векторов намагничивания и парапроцесса.