В чем отличие магнитотвердых и магнитомягких материалов

Ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Их применяют во всех устройствах, которые работают или могут работать при периодически изменяющемся магнитном потоке (трансформаторах, электрических двигателях и генераторах, индуктивных катушках и т. п.).

Некоторые магнитомягкие материалы, например перминвар, сплавы и др., обладают петлей гистерезиса по форме, близкой к прямоугольной (рис. 14.4,а). Такие материалы получили распространение в вычислительных устройствах и устройствах автоматики.

В группу магнитомягких материалов входят электротехнические стали, железоникелевые сплавы типа пермаллоя и др.

Магнитотвердые материалы обладают полого поднимающейся основной кривой намагничивания и большой площадью гистерезисной петли. В группу магнитотвердых материалов входят углеродистые стали, сплавы магнико, вольфрамовые, платинокобальтовые сплавы и сплавы на основе редкоземельных элементов, например самарийкобальтовые. У последних ВГ .

На рис. 14.4, б качественно сопоставлены гистерезисные петли для магнитомягкого материала типа пермаллоя (кривая ) и для магнитотвердого материала (кривая 2).

Различают магнитомягкиеимагнитотвердые магнитные материалы. Магнитомягкие материалы характеризуются значительными магнитной проницаемостью, индукцией насыщения, малой коэрцитивной силой (не более 4 кА/м) и, следовательно, узкой петлей гистерезиса. К магнитомягким материалам относятся технически чистое железо, электротехнические стали сплавы железа с углеродом, кремнистые стали ( содержат 0,55% кремния), пермаллой – сплав железа с никелем с добавками других металлов, магнитомягкие ферриты – системы окислов железа, цинка, никеля, марганца и некоторых других металлов, магнитодиэлектрики – мелкодисперсные порошки высокопроницаемых материалов на основе карбонильного железа (Р10, Р20. Р100 и др.), альсифера (ТЧ-90,ТЧК-55), пермаллоев (П-250, П-160, ..), ферритов (НМ-5) в неферромагнитной связке.

Магнитотвердые материалы, напротив, имеют большую коэрцитивную силу, высокие значения объемной плотности энергии, малую магнитную проницаемость. К магнитотвердым материалам относятся стали с высоким содержанием углерода (ЕХ3, ЕВ6, ЕХ5К5), алнико – сплавы железа с алюминием, никелем, кобальтом, магнитотвердые ферриты, викаллой – сплав железа с ванадием, соединения на основе редкоземельных элементов – самария, празеодима и др.

Кроме указанных групп магнитных материалов, все большее распространение в технике находят магнитные материалы с цилиндрическими магнитными доменами, магнитострикционные, тонкопленочные, аморфные магнитные материалы, магнитные жидкости.

Петля гистерезиса

Магнитные свойства материалов описываются зависимостями индукции Вот напряженностиНи потерь на перемагничиваниеРот индукции и частоты. Зависимость видаВ(Н)называют кривой намагничивания. При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образуетпетлю гистерезиса.

Различают следующие типы зависимостей:

Частная петля гистерезиса 2 – петля, полученная при циклическом изменении напряженности, если H 3 ).

По основной кривой намагничивания могут быть определены также: начальная магнитная проницаемость

и дифференциальная магнитная проницаемость

.

Магнитные свойства материалов характеризуются также реверсивной (обратимой) магнитной проницаемостью _р, которая измеряется на переменном сигнале малой амплитуды на фоне большого смещающего поля. Реверсивная проницаемость обусловлена явлением гистерезиса в магнитных материалах.

Перемагничивание магнитных материалов в переменных полях возбуждает вихревые токи, магнитное поле которых направлено встречно внешнему полю. В результате напряженность магнитного поля в материале падает с удалением в глубь от поверхности. Вихревые токи вносят вклад в потери на перемагничивание. Для уменьшения потерь на вихревые токи на высоких частотах следует применять магнитомягкие высокочастотные материалы (магнитодиэлектрики, ферриты), у которых значение удельного сопротивления значительно больше, чем у низкочастотных материалов – электротехнических сталей, пермаллоев.

Таким образом, потери на перемагничивание состоят в основном из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи: .

Их различают по ширине петли гистерезиса.

У магнитомягких материалов узкая петля гистерезиса. У магнитожестких материалов широкая петля гистерезиса с формой близкой к прямоугольной.

По форме петли гистерезиса хорошо видно, что для перемагничивания магнитожестких материалов требуются большие магнитные поля. При достижении таких полей магнитожесткий материал быстро перемагничивается почти до насыщения.

По форме петли гистерезиса хорошо видно, что для перемагничивания магнитомягких материалов требуются небольшие магнитные поля. При достижении таких полей магнитомягкий материал слегка перемагничивается. Чтобы перемагнитить его до насыщения нужно дальше продолжать увеличивать магнитное поле.

На более глубоком уровне разница в том, что у кристаллов магнитомягких материалов очень слабые легкие оси намагничивания. Порой вместо легких осей намагничивания имеются плоскости легкого намагничивания. Поэтому во внешнем магнитном поле у магнитомягких материалов не только сдвигаются границы магнитных доменов, но и поворачиваются намагниченности самих доменов.
В то время, как в кристаллах магнитожестких материалов есть сильные оси легкого намагничивания и дефекты, за которые цепляются доменные границы. Поэтому при намагничивании у магнитожестких материалов направление намагниченности доменов не меняется, а для смещения доменных границ требуются некоторые пороговые значения внешних магнитных полей.