1tom126

5. MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE 254

początkowa przenikalność magnetyczna i niewielka zależność p od częstotliwości Konsekwencją wprowadzenia tego składnika do materiału jest jednakże zmniejszenie jeo₀magnesowalności.

Ferroplasty to magnesy trwałe, powstałe z połączenia proszku stopu, np. Nd-Fe-B z tworzywem sztucznym i wtrysku ciekłej mieszaniny do formy. Podobnie jak dla magnetodielektryków, taka technika kształtowania pogarsza właściwości magnetyczne wyrobów, ale też zmniejsza znacznie ich cenę.

5.6.6.2. Materiały proszkowe spiekane (ferryty)

Ferrytami nazywa się związki typu OX Y₂0₃, XY,Oj, w których X i Y są jonami metali, przy czym jon Y jest jonem Fe³". Ferryty typu OX Fe,Ó₃ są nazywane prostymi’ pozostałe — złożonymi. Ferryty otrzymuje się metodami ceramicznymi (czarna ceramika!. Proces wytwarzania ferrytów przebiega następująco:

— mieszanie składowych tlenków metali,

— przemiał wstępny,

— spiekanie wstępne (brykietowanie),

— przemiał wtórny,

— prasowanie lub wytłaczanie odpowiednich kształtek i ich wypalanie w temperaturze 1100 "7* 1300°C (obecnie wprowadza się nagrzewanie do temperatury nieco powyżej 13()0'C przy zastosowaniu urządzeń mikrofalowych, uzyskując lepszą jednorodność parametrów, mniejsze zużycie energii).

Otrzymany w ten sposób materiał jest twardy i kruchy. Można go obrabiać materiałami ściernymi lub przy użyciu ultradźwięków; najczęściej wykonuje się kształtki w postaci gotowych elementów obwodu magnetycznego.

Ferryty mają właściwości ferrimagnetyków zarówno o cechach materiałów magnetycznie twardych, jak i magnetycznie miękkich izotropowych lub anizotropowych. Odznaczają się one znacznie większą rezystywnością (10" —10³ fi-cm przy 20^:C) niż rczystywność blach magnetycznych (ok. 10”³ fi-cm), dzięki czemu nadają się m.in. do pracy przy dużych częstotliwościach. Przewodnictwo ferrytów ma charakter półprzewodnikowy, tj. zwiększa się wraz z temperaturą.

indukcję nasycenia ferryty mają znacznie mniejszą niż materiały metaliczne, a ich właściwości magnetyczne zależą bardziej od temperatury i są mniej stabilne w czasie. Mają niższą temperaturę Curie T_c, ale również większe nachylenie charakterystyki magnetyzacji nasycenia w funkcji temperatury w zakresie temperatur poniżej T_c (por. rys. 5.13), co jest wspólną cechą wszystkich ferrimagnetyków.

Masa właściwa ferrytów jest znacznie mniejsza niż materiałów' metalicznych (4,5 -r- 5 g/cm³ w porównaniu do 7 -f- 8 g/cm³ w przypadku metali).

Charakterystykę właściwości ferrytów magnetycznie miękkich podano w tabl. 5.40. Ferryty magnetycznie twarde odznaczają się na ogół większym niż materiały stopowe natężeniem koercyjnym. Mniejsza jest pozostałość magnetyczna ferrytów w stosunku do pozostałości magnetycznej stopów metali. Dużą wadą ferrytów jest wrażliwość parametrów na zmiany temperatury. Współczynnik temperaturowy indukcji określa zależność

-100%

(5.17)

w której: AB — zmiana indukcji wywołana różnicą temperatury A.9; B₀ — początkowa wartość indukcji.

Współczynnik a_B ferrytów wynosi ok. 0,2% na stopień C.

Przeciętne właściwości ferrytów magnetycznie twardych produkowanych w ZMM Polfer podano w tabl. 5.41, zaś charakterystyki odmagnesowania na rys. 5.21.

Najczęściej stosowanymi ferrytami magnetycznie miękkimi są następujące ferryty: niklowe, manganowo-cynkowe, niklowo-cynkowe, manganowo-magnezowe i niklo-wo-cynkowo-kobaltowe. Dobre właściwości wykazują ferryty magnetycznie twarde, w skład których wchodzą tlenki baru, strontu i kobaltu. Przy przemiale -wtórnym tlenki te są tak rozdrobniane, że wymiary cząstek są bliskie wymiarom domen (10”⁵ cm³). Proszki te następnie są prasowane w polu magnetycznym. Otrzymuje się w ten sposob

Tablica 5.40. Właściwości fermów magnetycznie miękkich, zaczerpnięto z [5.22]

[Wielkość	Wartość
początkowa wartość względnej przenikalności magnetycznej n_rp	10-5000
Temperatura Curie T_c, K.	400 — 800
Natężenie powściągające w temp. 20^JC. H_cB(20'C), A/m	10 - 2400
Natężenie powściągające w temp. 75 C, H_cB{15 C), A/m	40 — 3300
Indukcja nasycenia w temp. 20C, B_ł(20^cC), T	0.2-0.42
Częstotliwość f MHz	0,1-200

Tablica 5.41. Parametry magnesów trwałych produkcji ZMM Polfer, wg danych katalogowych

Rodzaj materiału

B_r

H_eB

kA/m

TkA/m

kA/m

Anizotropowy ferryt barowy FB-27 (spiekany) Izotropowy ferryt barowy (wiązany)

0,375-0.42 0,082 - 0,09

135-159,2

60-66

25.5-29,5 1,3-1,5

ok. 0,22

ok. 125

Rys. 5.21. Charakterystyki (krzywe) odmagnesowania ferrytów magnetycznie twardych produkcji ZMM Polfer (na podstawie danych katalogowych)

1 — izotropowego ferrytu barowego (wiązanego),

2 anizotropowego ferrytu barowego FB-27 (spiekanego)

Uwaga: zaprezentowano odmienny niż na rys. 5.16 sposób przedstawiania skali iloczynu energetycznego

jednoosiową anizotropię, która utrwala się po wypaleniu wyrobów. W elektrotechnice stosuje się je m.in. w obwodach magnetycznych silników małej mocy, w uszczelkach magnetycznych, głośnikach oraz w technice impulsowej i technice wielkich częstotliwości, Do zalet ferrytów należy ich duża odporność na działanie czynników chemicznych i wilgoci, a także cena niższa niż materiałów metalicznych.

5.6.7. Kierunki rozwoju materiałów magnetycznych

W' dziedzinie materiałów magnetycznie miękkich dużą wagę przywiązuje się do postępu w badaniach właściwości ferromagnetyków metalicznych o strukturze bezpostaciowej (amorficznej). Strukturę taką otrzymuje się przez gwałtowne schładzanie stopu znajdującego się w stanie ciekłym (szybkość obniżania temperatury 10°-t- I0⁶ K/s). W temperaturze, w której ciecz przestaje być w stanie równowagi termodynamicznej, zostaje ona zamrożona, tj. przechodzi w stan szklisty, ponieważ szybkość krystalizacji jest znacznie mniejsza od szybkości schładzania. Otrzymywane w ten sposób materiały' noszą nazwę szkieł metalicznych (Metglass — nazwa produktu firmy Allied Chemical Corporation, USA). Są one zwykle wieloskładnikowe; zawierają Fe, Co i Ni oraz B, Si, C lub P. Cechuje je izotropia magnetyczna i bardzo wąska pętla histerezy. W porównaniu z typową orientowaną blachą magnetyczną mają one mniejszą, bardziej zależną od temperatury, mdukcję nasycenia (1,6 h- 1,8 T). Niższa jest ponadto temperatura Curie T_c (orientacyjnie 688 S-714K), większa natomiast, ok. 3-krotnie, rezystywność. Odznaczają się bardzo dużą twardością, która uniemożliwia ich wykrawanie metodami mechanicznymi. Ferromag-