Презентация Материалы с особыми магнитными свойствами онлайн

Содержание слайда: Материалы с особыми физическими свойствами

Содержание слайда: Материалы с магнитными свойствами Намагничивание материалов в магнитном поле связано с наличием у атомов собственного магнитного поля

Содержание слайда: Магнитный момент атома является суммой векторов орбитальных и собственных (спиновых) моментов электронов. При наложении внешнего магнитного поля векторы ориентируются вдоль поля. Орбитальный момент – уменьшается, так как в атоме индуцируется добавочный добавочный момент, направленный против поля, - диамагнитный эффект. Наличие нескомпенсированных спинов электронов, наоборот, усиливает намагниченность атома – парамагнитный эффект.

Содержание слайда: Схема ориентации магнитных моментов атомов различных материалов

Содержание слайда: Диамагнетиками называют кристаллы, в которых преобладает диамагнитный эффект: Cu, Ag, Au, Be, Zn, Ge, Si. Они слабо намагничиваются в направлении, противоположном направлению магнитного поля. Парамагнетиками называют кристаллы, в которых преобладает парамагнитный эффект: Pt, Al, Mg, Ti, Zr. Они слабо намагничиваются в направлении намагничивающего поля. Ферромагнетики – особая группа кристаллов, обладающие большим собственным магнитным полем и способные создавать при намагничивании большие магнитные поля. Это Fe, Ni, Co, многие редкоземельные металлы и химические соединения. В антиферромагнетиках магнитные моменты атомов ориентируются антипараллельно, и результирующий момент равен нулю. (Если момент не равен нулю, материал называют ферримагнетиком.

Содержание слайда: Ферромагнетизм – результат обменного взаимодействия электронов недостроенных подуровней соседних атомов, перекрывающихся при образовании кристаллов. Такое взаимодействие электронов оценивают обменной энергией

Содержание слайда: Обменная энергия ферромагнитных материалов I-антиферромагнетики II-ферромагнетики III-парамагнетики

Содержание слайда: Домен – это область кристалла размером 10-4 - 10 -6 м, где магнитные моменты атомов ориентированы параллельно определенному кристаллографическому направлению.

Содержание слайда: Энергетически выгодная четырех доменная структура с замкнутым магнитным полем

Содержание слайда: Между доменами имеются переходные слои (доменные стенки) шириной 10-7 - 10 -8 м, внутри которых спиновые магнитные моменты постепенно поворачиваются

Содержание слайда: Изменение ориентации магнитных моментов атомов в доменной границе

Содержание слайда: Кривые намагничивания для монокристалла железа

Содержание слайда: Удельная энергия, которую необходимо затратить на перемагничивание из направления легкого намагничивания в направление трудного намагничивания, называется константой кристаллографической магнитной анизотропии. Прокаткой можно создать кристаллографическую анизотропию, которая облегчит намагничивание.

Содержание слайда: Магнитная индукция – плотность магнитного потока – определяется как сумма внешнего и внутреннего магнитных полей:

Содержание слайда: Интенсивность роста индукции при увеличении напряженности намагничивающего поля характеризует магнитная проницаемость.

Содержание слайда: Петля гистерезиса ферромагнетика

Содержание слайда: Изменение индукции и доменной структуры при намагничивании ферромагнетика

Содержание слайда: Намагничивание в полях напряженностью меньше Нs называют техническим намагничиванием, а в полях с большей напряженностью – истинным намагничиванием, или парапроцессом. Намагниченность полностью исчезает при нагреве выше температуры точки Кюри На процесс намагничивания влияют магнитострикционные явления, которые могут как облегчать, так и тормозить намагничивание λ = ± Δ l/l

Содержание слайда: При выборе магнитных материалов следует учитывать: То, что магнитные характеристики Ms ,Bs , K, λs точка Кюри, зависят только от химического состава ферромагнетика. Hc, Br , Hs , μ – зависят также и от вида термической обработки, так как являются структурно чувствительными

Содержание слайда: Легко намагничиваются химически чистые ферромагнитные металлы и однофазные сплавы на их основе. Количество дефектов в них должно быть минимальным (крупнокристаллическая структура, минимальное количество дислокаций, минимальный уровень остаточных напряжений, особенно вредны примеси) Намагничивание идет тем легче, чем меньше К и λs

Содержание слайда: Магнитные материалы делятся на: Магнитомягкие Магнитотвердые Магнитные материалы со специальными свойствами

Содержание слайда: Магнитомягкие материалы Магнитомягкие материалы намагничиваются в слабых магнитных полях вследствие большой магнитной проницаемости и малых потерь на перемагничивание. Применяют для изготовления сердечников катушек, электромагнитов, трансформаторов, динамомашин

Содержание слайда: При перемагничивании ферромагнетиков в магнитном поле возникает несколько видов энергетических потерь: Потери на гистерезис Потери на перемагничивание Тепловые потери, связанные с возникновением токов Фуко

Содержание слайда: В переменных полях появляются потери связанные со сдвигом по фазе индукции и напряженности поля. В таком поле магнитная проницаемость выражается комплексным числом потери энергии характеризует Тепловые потери и значение определяют допустимые рабочие частоты

Содержание слайда: Магнитомягкие материалы подразделяют на: Низкочастотные Высокочастотные

Содержание слайда: Глава 17 Материалы с особыми тепловыми свойствами 17.1. Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения 17.2. Сплавы с заданным температурным коэффициентом модуля упругости Изучить материал самостоятельно.

Содержание слайда: Материалы с высокой индукцией насыщения

Содержание слайда: Магнитные свойства железа

Содержание слайда: Магнитные свойства нелегированной электротехнической тонколистовой стали (ГОСТ 3836-83)

Содержание слайда: Электрическое сопротивление стали можно повысить легированием кремнием. Кремний образует легированный твердый раствор. Один процент кремния повышает удельное электросопротивление на 0,12 мкОм х м. При отжиге кремний способствует росту кристаллов и несколько уменьшает коэрцитивную силу.

Содержание слайда: Магнитные свойства легированной электротехнической тонколистовой стали (ГОСТ 21427-75)

Содержание слайда: После технологических операций, необходимых для изготовления деталей магнитопровода (резка, штамповка и др.), магнитные свойства сталей ухудшаются. Для восстановления магнитных свойств применяют отжиг при температуре ниже температуры фазового превращения (880-900оС) в среде, предохраняющей от окисления и науглероживания.

Содержание слайда: Материалы с высокой магнитной проницаемостью

Содержание слайда: Для достижения больших значений индукции в слабых магнитных полях применяют сплавы c большой начальной проницаемостью. Это сплавы систем Fe-Ni (пермаллои), Fe-Co, Fe-Al (альсиферы) Для маркировки магнитомягких сплавов используют буквенно-цифровую систему. 79НМ, 50НП

Содержание слайда: Магнитомягкие сплавы являются прецизионными: концентрации легирующих элементов поддерживают в узких интервалах содержание углерода и других примесей ограничено По качеству сплавы разделяют на классы: С нормальными магнитными свойствами (обеспечивается выплавкой в открытых печах) С повышенными магнитными свойствами (обеспечивается выплавкой в вакууме) С высокими магнитными свойствами (обеспечивается выплавкой вакуумных индукционных печах с последующими переплавами)

Содержание слайда: Влияние состава на магнитные характеристики железоникелевых сплавов

Содержание слайда: Магнитные свойства холоднокатаных лент толщиной 0,1 мм из пермаллоев (ГОСТ 10160-75)

Содержание слайда: Магнитные свойства сплавов с прямоугольной петлей гистерезиса (холоднокатаная лента)

Содержание слайда: Петля гистерезиса сплава 65НП до (1) и после (2) обработки в магнитном поле

Содержание слайда: Железоалюминиевые сплавы – альсифер 5,4%Al и 9,6%Si Преимуществом альсиферов перед пермаллоями является отсутствие в их составе дорогих или дефицитных элементов. Высокая твердость Хрупкость Изделия получают литьем или порошковой металлургией

Содержание слайда: Аморфные металлические сплавы (АМС) По химическому составу разделяют на: Железные 2НСР, 10НСР, 9КСР Железоникелевые АМАГ225, АМАГ245 Кобальтовые 84КСР, 84КХР Они содержат 20-25% элементов-аморфизаторов (B, Si, P, C), а также добавки Cr, Mo, Nb, V, Mn. Основной технологией производства лент из АМС является быстрая закалка расплава. Ленты являются основным видом полуфабрикатов, из которых изделия получают гибкой, навивкой, вырубкой.

Содержание слайда: Высокочастотные магнитомягкие материалы

Содержание слайда: К этой группе материалов относятся ферриты Ферриты – магнитная керамика, получаемая спеканием оксида железа с оксидами других металлов: Высокое удельное электрическое сопротивление Невысокая индукция насыщения Относительно большая коэрцитивная сила Невысокая температура точки Кюри Твердые Хрупкие

Содержание слайда: Большинство ферритов обладают кристаллической структурой типа шпинели и отвечают формуле: MeO .Fe2O3 , где Me – двухвалентные металлы (Mn, Ni, Mg, Ba, Co, Cu, Zn, Cd) Ферриты - ионные кристаллы. Их решетку образуют отрицательные ионы кислорода (32) и положительные ионы металлов (24) 64 тетраэдрические поры (поры А) 32 поры октаэдрические (поры В) Ионы металлов занимают 8 пор А и 16 пор В. В результате обменного взаимодействия ионов металлов возникает антипараллельное расположение спиновых моментов. Из-за нескомпенсированного антиферромагнетизма ферриты называют ферримагнетиками

Содержание слайда: Ферриты применяют на радиочастотах до 200 МГц К ним относятся: Марганцево-цинковые ферриты Никель-цинковые ферриты

Содержание слайда: Влияние содержания цинкового феррита в никелевом феррите на магнитные свойства последнего

Содержание слайда: Влияние температуры нагрева на магнитную проницаемость никель-цинковых ферритов

Содержание слайда: Свойства некоторых ферритов, применяемых при работе в слабых полях на низких и высоких радиочастотах

Содержание слайда: Ферриты для устройств, применяемых на высоких (до 800 МГц) и сверхвысоких (более 800 МГц) частотах

Содержание слайда: Ферриты имеют сложный состав, их изготовляют из четырех и более оксидов Применение ферритов в СВЧ диапазоне основано на явлениях эффекта Фарадея и ферромагнитного резонанса Эффект Фарадея используют в модуляторах, фазовращателях, циркуляторах и других устройствах антенной техники Ферромагнитный резонанс возникает в тех случаях, когда на феррит, перемагничиваемый высокочастотным полем, наложено перпендикулярное постоянное магнитное поле. На принципе избирательного поглощения основано использование ферритов в резонансных вентилях, фильтрах, быстродействующих переключателях и в других устройствах

Содержание слайда: Изменение магнитной проницаемости феррита в условиях магнитного резонанса

Содержание слайда: Свойства ферритов для СВЧ

Содержание слайда: Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса

Содержание слайда: Ферриты применяют в переключающих устройствах, в запоминающих устройствах. Наибольшее применение получили ферриты из оксидов магния и марганца, а также полиферритов, содержащих дополнительно оксиды цинка, кальция, лития. Изделия из ферритов изготавливают в виде тонких пленок или слоистых матриц, что обеспечивает их малые габаритные размеры и высокое быстродействие

Содержание слайда: Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса

Содержание слайда: Магнитотвердые материалы

Содержание слайда: Используют для изготовления постоянных магнитов. Они намагничиваются в сильных полях 1000 кА/м, имеют: Большие потери при перемагничивании Большую остаточную индукцию Большую коэрцитивную силу Важная характеристика магнитотвердых материалов – максимальная удельная магнитная энергия

Содержание слайда: Изменение магнитной индукции и удельной магнитной мощности при размагничивании магнитно-твердого материала

Содержание слайда: Размагничивание связано с теми же процессами, что и намагничивание: Смещением доменной стенки Вращением векторов намагничивания Основным процессом при размагничивании является процесс вращения векторов намагничивания, который определяет значения Hc, Br и

Содержание слайда: Для однодоменных кристаллов размагничивание идет только в результате вращения векторов намагничивания. Для однодоменных кристаллов размагничивание идет только в результате вращения векторов намагничивания. Размер однодоменных кристаллов определяется: Формой кристалла Параметром кристаллической решетки Магнитными характеристиками (Hc, Мs, )

Содержание слайда: Значения коэрцитивной силы однодоменных кристаллов для различных видов анизотропии

Содержание слайда: Анизотропия формы вызывает появления размагничивающего поля Нр , которое уменьшает намагничивающее поле и тем самым увеличивает коэрцитивную силу Hc Анизотропия формы вызывает появления размагничивающего поля Нр , которое уменьшает намагничивающее поле и тем самым увеличивает коэрцитивную силу Hc Магнитоупругая анизотропия проявляется при возникновении неоднородных напряжений вследствие магнитострикции или приложения внешних сил.

Содержание слайда: Размагничивающее поле однодоменного неравноосного кристалла

Содержание слайда: Тонкие пленки толщиной 0,1-30 мкм однодоменны и магнитоанизотропны. При толщине пленки, близкой к 30 мкм, в них появляется полосовая доменная структура. Длинные домены намагничиваются во взаимно противо-положных направлениях и вращаются всей системой полос под действием внешнего поля.

Содержание слайда: Полосовая доменная структура в тонких пленках

Содержание слайда: Большие значения коэрцитивной силы имеют: Большие значения коэрцитивной силы имеют: Многофазные сплавы со структурой однодоменных неравноосных ферромагнитных включений в немагнитной основной фазе Сплавы с ферромагнитной основной фазой и неферромаг-нитными включениями

Содержание слайда: Требования к составу и структуре магнитотвердых материалов: Требования к составу и структуре магнитотвердых материалов: Применение имеют сплавы, а не чистые металлы Желательна для ферромагнитных включений однодоменная неравноосная форма кристаллов Для неферромагнитных включений важны их количество и размер Ферромагнитная основа должна иметь различного рода искажения: структура – предпочтительно неравновесный пересыщенный твердый раствор внедрения; желательны оста-точные напряжения.

Содержание слайда: Нестабильность свойств может вызываться структурными изменениями (структурное старение), а также ударами и вибрацией (магнитное старение)

Содержание слайда: Магнитотвердые материалы для постоянных магнитов по способу изготовления подразделяют на: Магнитотвердые материалы для постоянных магнитов по способу изготовления подразделяют на: Литые Порошковые Деформируемые

Содержание слайда: Магнитотвердые литые материалы Магнитотвердые литые материалы

Содержание слайда: К магнитотвердым литым материалам относятся сплавы системы Fe-Ni-Al. К магнитотвердым литым материалам относятся сплавы системы Fe-Ni-Al. При 20 оС в своей структуре они содержат ферромагнитную β1 фазу с большим содержанием железа, вкрапленную в слабомагнитную фазу β2. В результате термической обработки получают однодоменные кристаллы ферромагнитной фазы пластинчатой формы

Содержание слайда: Ориентация вторичных фаз в сплавах Fe-Ni-Al а-охлаждение при закалке без поля б-охлаждение при закалке в магнитном поле

Содержание слайда: Закалка - нагрев до 1200–1280 оС и охлаждение с критической скоростью, обеспечивающей наибольшую дисперсность выделений фазы β1. При отпуске (590-650 оС) происходит дораспад фаз. Закалка - нагрев до 1200–1280 оС и охлаждение с критической скоростью, обеспечивающей наибольшую дисперсность выделений фазы β1. При отпуске (590-650 оС) происходит дораспад фаз. Сплавы системы Fe-Ni-Al содержат: Ni - 12-35% Al - 6,5-16% сплавы дополнительно легируют Cu, Co, Ti, Nb

Содержание слайда: Магнитные свойства литых сплавов Fe-Ni-Al для изготовления магнитов (ГОСТ 17809-72)

Содержание слайда: Магнитные свойства можно улучшить: Магнитные свойства можно улучшить: Охлаждением при закалке в сильном магнитном поле Получением столбчатых кристаллов направленным теплоотводом (длина кристаллов до 300 мм) в магнитном поле. Недостатки литых сплавов: Высокая твердость Повышенная хрупкость Исключены все виды обработки, кроме шлифования

Содержание слайда: Кривые размагничивания литых сплавов Fe-Ni-Al 1-ЮНД4 2-ЮНДК35Т5Б 3-ЮНДК35Т5БА

Содержание слайда: Порошковые магнитотвердые материалы Порошковые магнитотвердые материалы

Содержание слайда: Сплавы системы Fe-Ni-Al получают спеканием порошков металлов при 1300оС в защитной атмосфере. Сплавы системы Fe-Ni-Al получают спеканием порошков металлов при 1300оС в защитной атмосфере. Для обеспечения высоких значений Br и : Сплавы не должны быть пористыми Порошки должны быть мелкодисперсными, неравноосными

Содержание слайда: Магнитные свойства спеченных сплавов Fe-Ni-Al для изготовления магнитов (ГОСТ 13596-68)

Содержание слайда: Магнитотвердые ферриты также получают спеканием порошков оксидов FeO, BaO, CoO. Магнитотвердые ферриты также получают спеканием порошков оксидов FeO, BaO, CoO. Они относятся к диэлектрикам (имеют большое электросопро-тивление) и поэтому могут использоваться как постоянные магниты в высокочастотных магнитных полях без тепловых потерь.

Содержание слайда: Кривые размагничивания ферритов 1-порошки сферической формы 2-порошки неравноосные, прессованные в магнитном поле

Содержание слайда: Магнитные свойства бариевых (ГОСТ 24063-80) и кобальтовых ферритов для изготовления магнитов

Содержание слайда: Магниты также изготовляют из кристаллов промежуточных фаз редкоземельных металлов с кобальтом, состав которых отвечает формулам RCo5 и R2Co17 (R – редкоземельный металл Sm, Pr, Y) Магниты также изготовляют из кристаллов промежуточных фаз редкоземельных металлов с кобальтом, состав которых отвечает формулам RCo5 и R2Co17 (R – редкоземельный металл Sm, Pr, Y) Технология изготовления магнитов из соединений с редкозе- мельными металлами является сложной, но это позволяет полу- чать большие значения : от 55-72,5 кДж/м3 (Sm-Co) до 250-400 кДж/м3 (Nd2Fe14B)

Содержание слайда: Магнитные свойства спеченных сплавов на основе РЗМ для изготовления магнитов (ГОСТ 21559-76)

Содержание слайда: Кривые размагничивания анизотропного сплава из РЗМ

Содержание слайда: Деформируемые магнитотвердые сплавы Деформируемые магнитотвердые сплавы

Содержание слайда: Сплавы получают на основе пластичных металлов (Fe, Co, Cu) Сплавы получают на основе пластичных металлов (Fe, Co, Cu) Их подвергают обработке давлением, используют как магниты в виде тонких лент и проволоки. Хорошие магнитные свойства получают после закалки и старения.

Содержание слайда: Магнитные свойства сталей для изготовления магнитов (ГОСТ 6862-71)

Содержание слайда: Магнитные свойства деформируемых сплавов для изготовления магнитов

Содержание слайда: Рубежный контроль №3 Термическая обработка сплавов с эвтектоидным превращением Нарисуйте диаграмму железо цементит и проведите фазовый анализ. Постройте кривую охлаждения для стали с содержанием углерода 0,45%. Какие виды термической обработки применяют для сталей? Перечислите. Какой вид термической обработки применяют для получения равновесной структуры? Как осуществляют закалку деталей из стали? Какую структуру получают при закалке стали на максимальную твердость? Какие существуют способы закалки сталей? Перечислите. Для какой цели после закалки деталей проводят отпуск? Какие структурные изменения происходят при нагреве закаленной стали? Какой вид отпуска применяют для пружин из стали?