Основные характеристики магнитных материалов

Теоретическая часть

Магнитные материалы — это материалы, которые под действием внешнего магнитного поля способны намагничиваться, т.е. приобретать особые магнитные свойства.

Основные характеристики магнитных материалов:

- магнитная проницаемость — величина, определяющая способность материала к намагничиванию. Между абсолютной магнитной проницаемостью μ_а Гн/м, и относительной магнитной проницаемостью μ (безразмерная величина) существует соотношение

μа= μ₀ μ, (8.1)

где μ₀— магнитная постоянная, равная 1,256637- 10^-6 Гн/м;

- индукция насыщения Bs, Тл;

- остаточная магнитная индукция Вr Тл, т.е. индукция в веществе при напряженности магнитного поля, равной нулю;

- коэрцитивная сила Нс, А/м, — напряженность магнитного поля, при которой магнитная индукция становится равной нулю;

- коэффициент прямоугольности a_п петли гистерезиса, характеризующий степень прямоугольности предельной гистерезисной петли. Определяется отношением

a_п = В_r/В_max, (8.2)

где В_max — максимальная магнитная индукция;

- удельная объемная энергия w, Дж/м³, т.е. энергия, создаваемая постоянным магнитом в воздушном зазоре (между полюсами), отнесенная к единице его объема. Максимальное значение w определяется по формуле

w_max = BH/2; (8.3)

где В - индукция, соответствующая максимальному значению удельной объемной энергии; Н - напряженность магнитного поля, соответствующая максимальному значению удельной объемной энергии.

Выполните задания

8.1. Определите абсолютную магнитную проницаемость пермаллоя, если относительная магнитная проницаемость этого материала μ = 6000.

8.2. Вставьте пропущенные слова:

- Поведение магнитного материала в магнитном поле характеризуется начальной кривой. ______________________________________________

- Для размагничивания образца материала надо, чтобы вектор напряженности магнитного поля изменил свое направление на___________

- Предельная петля гистерезиса снимается при медленном изменении постоянного _________________от +Н до -Н, когда величина магнитной индукции становится равной индукции ______________________________

- Чем больше a_п, тем более ___________________гистерезисная петля.

- При воздействии на материал переменного магнитного поля получают ___________кривую намагничивания и _____________петлю гистерезиса.

- Магнитной характеристикой материала является максимальная величина удельной___________________ ____________________, Дж/м³.

Выберите правильный ответ

8.3. Свойства магнитных материалов оценивают с помощью:

A. Магнитных параметров;

B. Магнитных характеристик;

C. Магнитных величин;

D. Магнитных зависимостей.

8.4. Чем больше величина магнитной проницаемости μ, тем материал:

A. Легче намагничивается;

B. Труднее намагничивается;

C. Легче перемагничивается;

D. Свойства намагничивания материала не зависят от величины ц.

8.5. Потери энергии на вихревые токи Рв зависят:

A. От величины остаточной магнитной индукции В_r;

B. От величины коэрцитивной силы Нс;

C. От удельного электрического сопротивления r магнитного материала;

D. От параметра, который не указан в предыдущих ответах.

8.6. При увеличении остаточной магнитной индукции В_r, магнитные свойства материала ведут себя следующим образом:

A. Становятся выше;

B. Становятся ниже;

C. Не изменяются.

8.7. Магнитная проницаемость μ в большей степени зависит:

A. От величины магнитной индукции;

B. От напряженности магнитного поля;

C. От удельной объемной магнитной энергии;

D. От внутренних свойств самого материала.

8.8. Для размагничивания образца материала необходимо:

A. Чтобы магнитная индукция В достигла нуля;

B. Чтобы вектор напряженности магнитного поля Н изменил свое направление на обратное;

C. Чтобы магнитная индукция В и напряженность магнитного поля Н материала достигли нуля.

Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы обладают большой коэрцитивной силой (Н_с > >40 А/м) и большой остаточной индукцией (В_r > 0,1 Тл).

Они с большим трудом намагничиваются, а будучи намагниченными, могут несколько лет сохранять магнитную энергию, т.е. служить источниками постоянного магнитного поля.

Основными характеристиками магнитотвердых материалов являются коэрцитивная сила Н_с, остаточная индукция В_r и отдаваемая во внешнее пространство максимальная удельная магнитная энергия w_max.

Выберите правильный ответ

8.9. Магнитная проницаемость μ магнитотвердых материалов:

A. Значительно больше, чем у магнитомягких материалов;

B. Значительно меньше, чем у магнитомягких материалов;

C. Не зависит от типа материала.

8.10. У любого постоянного магнита с течением времени уменьшается магнитный поток, а следовательно, и удельная магнитная энергия. Этот процесс называется:

A. Дестабилизацией магнитных параметров;

B. Дисперсионным твердением;

C. Старением магнита;

D. Все ответы верны.

8.11. Для стабилизации магнитных характеристик все магниты подвергаются:

A. Дисперсионному твердению;

B. Искусственному старению;

C. Термомагнитной обработке;

D. Всем перечисленным процессам.

8.12. При оценке качества магнитотвердых материалов учитывают:

A. Коэрцитивную силу Н_с;

B. Остаточную магнитную индукцию В_r,

C. Максимальную удельную магнитную энергию w_max;

D. Все перечисленные параметры.

8.13. Чем «тверже» магнитный материал:

A. Тем выше его коэрцитивная сила Н_с;

B. Тем больше его остаточная магнитная индукция В_r;

C. Тем меньше его магнитная проницаемость μ;

D. Все ответы верны.

8.14. Уровень магнитных характеристик у сплавов с содержанием кобальта 15% и более, можно повысить:

A. Термомагнитной обработкой отлитых магнитов;

B. Дисперсионным твердением;

C. Искусственным старением;

D. Всеми перечисленными способами;

E. Способом, не указанным в предыдущих ответах.

Выполните задания

8.17. Вставьте пропущенные слова

- Металлические магнитотвердые материалы можно разделить на три основные группы:____________ ________________ __________________;

- Металлические магнитотвердые материалы применяют главным образом для изготовления________________________________________.

- Магнитотвердым материалам соответствует __________гистерезисная петля.

- Мартенситная структура в высокоуглеродистых сталях получается посредством их_________________________________________________.

- Порошковые магнитотвердые материалы применяют для изготовления __________________________________________________.

- Порошковые магнитотвердые материалы подразделяют на металлокерамические, металлопластические, __________и _____________.

8.18. Расшифруйте марки железо-никель-алюминиевых сплавов ЮНД8, ЮНДК15, ЮН13ДК24, ЮНДК34ТБ, ЮНДК35Т5.

8.19. Заполните табл. 8.1.

Таблица 8.1 - Основные характеристики металлических магнитотвердых материалов

 

Металлические магнитотвердые материалы	Состав	Магнитные характеристики материалов	Достоинства	Недостатки
		Нс, А/м	Вr,Тл
Мартенситные стали
Железо-никель-алюминиевые сплавы
Нековкие металлокера-мические материалы

 

Ответьте на вопросы

8.20. Каким требованиям должны отвечать магнитные материалы для носителей информации?

8.21. Что представляют собой жидкие магниты и где их применяют?

8.22. Как классифицируют магнитотвердые материалы по составу и способу получения?

8.23. В каком случае повторное намагничивание не устраняет необратимое старение?

Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы обладают большими начальным и максимальным значениями магнитной проницаемости и малыми значениями коэрцитивной силы (Н_с < 40 А/м). Эти материалы легко намагничиваются и размагничиваются.

Выберите правильный ответ

8.24. Уровень магнитных характеристик магнитомягких материалов

зависит:

A. От их химической чистоты;

B. От степени искажения их кристаллической структуры;

C. От тепловой обработки;

D. От всех перечисленных факторов.

8.25. Основными металлическими магнитомягкими материалами явля-ются:

A. Пермаллой, альсифер, кремнистые стали;

B. Мартенситные и низкоуглеродистые кремнистые стали;

C. Пермаллой и ферриты;

D. Все перечисленные материалы.

8.26. Для улучшения технических свойств пермаллоев в них необходимо ввести:

A. Вольфрам, хром, молибден;

B. Углерод, железо;

C. Молибден, хром, медь.

8.27. Детали из пермаллоя подвергают дополнительному отжигу в целях:

A. Повысить механическую прочность;

B. Повысить магнитные свойства пермаллоя;

C. В обеих указанных целях.

8.28. Без термической обработки магнитная проницаемость пермаллоев:

A. Меньше, чем у чистого железа;

B. Больше чем у чистого железа;

C. Такая же, как и после термической обработки.

8.29. Чувствительны ли все виды пермаллоев к механическим деформациям?

A. Да; B. Нет.

8.30. Эти нековкие хрупкие сплавы, состоящие из железа, алюминия (5,5... 13 %) и кремния (9... 10 %) используют для изготовления литых сердечников, работающих в диапазоне частот от 20 кГц. Приведенному описанию соответствуют:

A. Альсиферы; B. Пермаллои;

C. Мартенситные стали; D. Ферриты.

Выполните задания

8.31. Вставьте пропущенные слова.

- Основным видом потерь в магнитомягких материалах являются потери на______________________________________________________.

- Для уменьшения потерь на _________________________ необходимо снижать толщину отдельных листов магнитомягкого материала.

- Лучшие магнитные характеристики пермаллоев достигаются при ___________________________________________________их в вакууме.

- Из альсифера изготовляют ___________________________________.

8.32. Заполните табл. 8.2.

Таблица 8.2 - Основные характеристики магнитомягких материалов

 

Магнитомягкие материалы	Состав	Магнитные характеристики	Достоинства	Недостатки
		Нс, А/м	Вr,Тл
Пермаллои
Альсиферы
Электротехническое железо
Электротехнические кремнистые стали

 

Ответьте на вопросы

8.33. Применение какого вида стали позволяет уменьшить массу различных видов трансформаторов на 20...40 %?

8.34. Какими магнитными свойствами должны обладать магнитомягкие материалы?

8.35. Что помимо химического состава влияет на магнитные свойства технически чистого железа?

8.36. Почему электротехническое железо используется реже, чем другие магнитомягкие материалы?

Контрольные мероприятия

Контроль за выполнением практических работ производится в конце каждого занятия, путём проверки правильности выполнения заданий практической работы.

Отчет по каждому практическому занятию составляется в произвольной форме и должен содержать:

- краткие теоретические сведения по теме практического занятия;

- ответы на задания выполненные на практическом занятии.

В конце занятия отчет сдается на обработку результатов преподавателем и после проверки и подведения итогов занятия хранится у преподавателя. В конце семестра, на зачетной неделе, практические работы сшиваются студентом и сдаются на хранение преподавателю. Титульный лист отчёта по практическим занятиям приведен в приложении 1.

При невыполнении работы или при получении оценки «не зачтено» баллы по текущей аттестации за практическую работу не начисляются. Практическая работа считается зачтенной при правильном выполнении пятидесяти (50) % заданий входящих в занятие.

Требования при подведении итогов текущей и промежуточной аттестаций

При подведении итогов текущей аттестации студент может получить следующие баллы:

- на первой текущей аттестации: до 10 баллов;

- на второй текущей аттестации: до 6 баллов.

Порядковый номер	Сроки	Отчётность	Бальная оценка	Сумма
Первая аттестация	31.10	Посещаемость	До 7 баллов	До 30 баллов(аттестация –20 баллов и выше)
Выполнение заданий (ЛР)	До 8 баллов
Контрольные мероприятия: - первая текущая аттестация - оценка ПЗ	До 5 баллов До 10 баллов
Вторая аттестация	Последий день занятий	Посещаемость	До 5 баллов	До 30 баллов
Выполнение заданий (ЛР)	До 5 баллов
Выполнение ККР	До 10 баллов
Контрольные мероприятия: - вторая текущая аттестация - оценка ПЗ	До 4 баллов До 6 баллов

 

6 Библиографический список рекомендуемой литературы

6.1 Основная литература

1. Арзамасов Б.Н. Материаловедение: учебник для вузов/ Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; под общей редакцией Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 6 – е изд., стер. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.- 648 с., ил.

2. Горелик С.С. Материаловедение полупроводников и диэлектриков: учебник для вузов/ С.С. Горелик, М.Я. Дашевский. – 2 – е изд., перераб. и доп. – М.: МИСИС, 2003.- 480 с., ил.

3. Струк В.А. Материаловедение в машиностроении и промышленных технологиях: учебно-справочное руководство/ В.А. Струк, Л.С. Пинчук, Н.К. Мышкин, В.А. Гольдаде, П.А. Витязь. – Долгопрудный: - Изд. Дом «Интелект», 2010.- 536 с.

4. Тамм И.Е. Основы теории электричества: учебное пособие для вузов – 11 – е изд., испр. и доп. М.: Физматлит, 2003. – 616 с.

6.2 Дополнительная литература

1. Будников Г.К. Основы современного электрохимического анализа/ Г.К. Будников, В.Н. Майстренко, М.Р. Вяселев. – М.: Мир: Бином ЛЗ, 2003. – 592 с. ил.

2. Пул Ч. мл. Нанотехнологии: учеб. пособие. – М.: Техносфера, 2006.-336 с.

6.3 Периодические издания

1. Материаловедение – М.: Наука и Технологии.

2. Перспективные материалы – М.: Интерконтакт Наука.

3. Нанотехника: инженерный журнал – М.: Интерформ-Софт.