Металлические магнитно-мягкие материалы
Основными металлическими магнитно-мягкими материалами, приме-няемыми в РЭА, являются карбонильное железо, пермаллой, альсиферы и низкоуглеродистые кремнистые стали.
Карбонильное железо – это тонкодисперсный порошок, состоящий из частиц Ø 1 – 8 мкм. Карбонильное железо получают термическим разло-жением пентакарбонила железа Fe(CO)5 – cоединения оксида углерода с железом. Карбонильное железо обладает высокими магнитными характерис-тиками: μн = 2500÷3000; μm = 20000÷21000; НС =4,5÷6,2 А/м.
В основном порошкообразное карбонильное железо применяют при изготовлении высокочастотных магнитодиэлектрических сердечников.
Пермаллои – пластичные железоникелевые сплавы с содержанием ни-келя 45 – 80% – обладают высокой пластичностью, поэтому легко прокаты-ваются в тонкие листы и ленты толщиной до 1 мкм.
Все пермаллои отличаются высокими магнитными характеристиками (таблицы 10.1 и 10.2), которые обеспечиваются не только их составом и химической чистотой сплава, но также специальной термической обработкой.
Из таблиц 10.1 и 10.2 следует, что наибольшим удельным электрическим сопротивлением, а следовательно, малыми потерями на вихревые токи и лучшими магнитными характеристиками обладают легированные пермаллои, поэтому их применяют в ВЧ узлах РЭА.
Все виды пермаллоев чувствительны к механическим деформациям ма-териала – наклепу при резке, штамповке и другим механическим воздействи- ям. Поэтому изделия из пермаллоя, полученные такими способами, подверга-ют дополнительной термической обработке – отжигу в вакууме и охлажде-нию со скоростью, установленной для пермаллоя данного состава.
Таблица 10.1 Основные характеристики нелегированных пермаллоев
| Содержание никеля, % | Начальная магнитная проницаемость | Максимальная магнитная проницаемость | Коэрцитивная сила, А/м | Удельное электричес- кое сопро- тивление, мкОм·м |
| 78,5 | 7000 – 14000 | 130000–270000 | 2 – 3 | 0,25 |
| 3000 – 3700 | 120000–200000 | 3 – 5 | 0,33 | |
| 2000 – 3000 | 50000 – 70000 | 6 – 10 | 0,45 |
Таблица 10.2 Основные характеристики легированных пермаллоев
| Содержание никеля, % | Содержание легирующих элементов, % | Начальная магнитная проница- емость | Максималь- ная магнитная проница- емость | Коэрци- тивная сила, А/м | Удельное электричес- кое сопро- тивление, мкОм·м |
| 78,5 | 3,8 Мо | 0,55 | |||
| 2 Мо | 0,7 | 0,48 | |||
| 4 Сr | 0,95 |
Пермаллои поставляют в виде лент толщиной 0,002 – 0,5 мм, листов толщиной 1 – 2 мм и прутков Ø5 – 50 мм. Низконикелевые пермаллои при-меняют для изготовления сердечников дросселей, малогабаритных трансфор- маторов. Легированные низконикелевые и высоконикелевые пермаллои применяют для деталей аппаратуры, работающих на частотах до 1 – 5 мм. В магнитных усилителях применяют пермаллои (50НП, 79НМ, НМ), обладаю-щие прямоугольной гистерезисной петлей, мало зависящей от температуры. Магнитные характеристики пермаллоев стабильны в интервале температур от -60 до +60°С.
Альсиферы представляют собой нековкие хрупкие сплавы, состоящие из 5,5 – 13% алюминия, 9 – 10% кремния, остальное – железо. Альсиферы имеют следующие характеристики: μн = 6000÷7000; μm = 30000÷35000;
НС =2,2 А/м, ρ= 0,8 мкОм·м.
Альсифер заменил пермаллой в сравнительно ограниченной области применения. Из него изготовляют литые сердечники, работающие в диапазо-не частот не более 50 кГц, так как на более высоких частотах в них возни-кают большие потери на вихревые токи. Для изготовления магнитных голо-вок применяют стойкий к истиранию сплав 16ЮХ на основе 16% алюминия, 2,5% хрома и остальное железо. Магнитные характеристики этого сплава:
μн = 15000; μm = 140000; ρ= 1,5 мкОм·м.
Таблица 10.3
| Содержание кремния в Стали, % | Характер прокатки стали | Начальная магнитная проница- емость | Максималь- ная магнитная проница- емость | Коэрци- тивная сила, А/м |
| 4,0 | Горячекатаная | 300 – 400 | 6000 – 8000 | 31 – 33 |
| 3,8 | Холоднокатаная | 600 – 900 | 2000 – 3500 | 9,5 – 14 |
Низкоуглеродистые кремнистые стали представляют собой сплавы железа с 0,8 – 4,8% кремния.Кремний способствует росту кристаллов железа, а также вызывает распад цементита Fe3C, что повышает магнитные характеристики стали. В кремнистых сталях содержится не более 0,08% углерода. Кремнистая сталь прокатывается в листы и ленты толщиной 0,05 – 1 мм и является сравнительно дешевым материалом. Введение большого количества кремния в сталь улучшает ее магнитные характеристики, но повышает хрупкотсь, которая затрудняет изготовление из стали штампован-ных деталей. Кремнезем повышает удельной электрическое сопротивление стали и снижает потери на вихревые токи. Основные характеристики кремни- стых высоколегированных сталей приведены в таблице 10.3
Сравнивая магнитные характеристики кремнистых сталей с магнитны-ми характеристиками пермаллоев можно заметить огромные преимущества последних. Поэтому стали применяют в менее ответственных узлах аппаратуры, где не требуется большая магнитная проницаемость и можно допустить некоторые потери энергии.