Parte 1: Terminología del material magnético
Material magnético
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material magnético
Una sustancia que puede inducir o cambiar la intensidad de magnetización de un campo magnético. Según la fuerza del magnetismo, las sustancias se pueden dividir en varias categorías: diamagnéticas, paramagnéticas, ferromagnéticas, antiferromagnéticas y ferrimagnéticas. Las sustancias ferromagnéticas y ferrimagnéticas son sustancias fuertemente magnéticas y el resto son sustancias débilmente magnéticas. La mayoría de los materiales magnéticos prácticos en la ingeniería moderna son sustancias magnéticas fuertes. Los llamados materiales magnéticos suelen referirse a materiales magnéticos fuertes.
Los materiales magnéticos tienen una amplia gama de usos. Se utiliza principalmente para fabricar componentes o dispositivos utilizando sus diversas propiedades magnéticas y efectos especiales; se utiliza para almacenar, transmitir y convertir energía e información electromagnética, o para generar un campo magnético de cierta intensidad y distribución en un espacio específico; También se utiliza directamente en la forma natural del material utilizado (como el líquido magnético). Los materiales magnéticos juegan un papel importante en el campo de la tecnología electrónica y otros campos científicos y tecnológicos.
Breve Historia China es el primer país del mundo en descubrir el fenómeno magnético de la materia y aplicar materiales magnéticos. Ya en el Período de los Reinos Combatientes, había registros de materiales magnéticos naturales (como la magnetita). El método de fabricación de materiales magnéticos permanentes artificiales se inventó en el siglo XI. En 1086, "Mengxi Bi Tan" registró la producción y el uso de la brújula. Del 1099 al 1102 hay registros del uso de brújulas para la navegación, y también se descubrió el fenómeno de la declinación geomagnética. En los tiempos modernos, el desarrollo de la industria de la energía eléctrica ha promovido el desarrollo de materiales magnéticos metálicos: láminas de acero al silicio (aleación Si-Fe). Los metales con imanes permanentes se desarrollaron a partir del acero al carbono en el siglo XIX hasta llegar a aleaciones de imanes permanentes de tierras raras más tarde, y su rendimiento aumentó más de 200 veces. Con el desarrollo de la tecnología de las comunicaciones, los materiales metálicos magnéticos blandos han pasado de láminas a filamentos y a polvo, pero aún no pueden cumplir con los requisitos de expansión de frecuencia. En la década de 1940, el holandés J.L. Snoik inventó materiales magnéticos blandos de ferrita con alta resistividad y buenas características de alta frecuencia, y luego aparecieron ferritas de imanes permanentes de bajo precio. A principios de la década de 1950, con el desarrollo de las computadoras electrónicas, el chino-estadounidense Wang An utilizó por primera vez componentes de aleación magnética de momento como memoria interna de la computadora, que pronto fue reemplazado por núcleos de memoria de ferrita magnética de momento. Estos últimos desempeñaron un papel importante en el desarrollo de las computadoras. Las computadoras en los años 1960 y 1970 jugaron un papel importante. A principios de la década de 1950, se descubrió que la ferrita tenía propiedades de microondas únicas y se fabricaron una serie de dispositivos de ferrita de microondas. Los materiales piezomagnéticos se habían utilizado en la tecnología del sonar desde la Primera Guerra Mundial, pero su uso disminuyó debido a la llegada de la cerámica piezoeléctrica. Posteriormente aparecieron aleaciones de tierras raras magnéticas altamente compresivas 1 / 17
Los materiales magnéticos amorfos (amorfos) son el resultado de la investigación magnética moderna. Después de la invención de la tecnología de enfriamiento rápido, el proceso de fabricación de cintas se resolvió en 1967 y la transición al uso práctico estaba en marcha.
Clasificación Los materiales magnéticos se dividen según sus funciones magnéticas, incluyendo imanes permanentes, imanes blandos, imanes de momento, materiales giromagnéticos y piezomagnéticos según su composición química, incluyen imanes metálicos y ferritas; , son imanes monocristalinos, policristalinos y amorfos según la forma, existen películas magnéticas, imanes plásticos, líquidos magnéticos y bloques magnéticos; Los materiales magnéticos suelen clasificarse según su función.
Una vez que el material del imán permanente es magnetizado por un campo magnético externo, aún puede mantener parte o la mayor parte de su magnetismo en la dirección de magnetización original incluso bajo la acción de un campo magnético inverso considerable. Los requisitos para este tipo de material son una alta intensidad de inducción magnética residual Br, una fuerte fuerza coercitiva BHC (es decir, resistencia a la desmagnetización) y un gran producto de energía magnética (BH)max (es decir, energía del campo magnético proporcionada al espacio). En relación con los materiales magnéticos blandos, también se le llama material magnético duro.
Existen tres tipos de materiales de imanes permanentes: aleaciones, ferritas y compuestos intermetálicos. ①Aleaciones: incluidas las aleaciones fundidas, sinterizadas y mecanizables. Las principales variedades de aleaciones de fundición son: AlNi(Co), FeCr(Co), FeCrMo, FeAlC, FeCo(V)(W); las aleaciones sinterizadas son: Re-Co (Re representa elementos de tierras raras), Re-Fe y AlNi); (Co), FeCrCo, etc.; las aleaciones procesables incluyen: FeCrCo, PtCo, MnAlC, CuNiFe y AlMnAg, etc. La que tiene el BHC más bajo de estas dos últimas también se denomina material magnético semipermanente. ② Ferrita: El componente principal es MO·6Fe2O3, M representa Ba, Sr, Pb o SrCa, LaCa y otros componentes compuestos. ③Compuestos intermetálicos: representados principalmente por MnBi.
Los materiales magnéticos permanentes tienen muchos usos.
① Las aplicaciones basadas en el principio de fuerza electromagnética incluyen principalmente: altavoces, micrófonos, medidores, botones, motores, relés, sensores, interruptores, etc. ② Las aplicaciones basadas en el principio de magnetoelectricidad incluyen principalmente: tubos de electrones de microondas como magnetrones y tubos de ondas progresivas, tubos de imagen, bombas de titanio, dispositivos de ferrita de microondas, dispositivos magnetorresistivos, dispositivos Hall, etc. ③ Las aplicaciones basadas en el principio de fuerza magnética incluyen principalmente: cojinetes magnéticos, concentradores de minerales, separadores magnéticos, mandriles magnéticos, sellos magnéticos, pizarras magnéticas, juguetes, letreros, cerraduras de combinación, fotocopiadoras, controladores de temperatura, etc. Otras aplicaciones incluyen: terapia magnética, agua magnetizada, anestesia magnética, etc.
Según las necesidades de uso, los materiales de imanes permanentes pueden tener diferentes estructuras y formas. Algunos materiales también tienen propiedades isotrópicas y anisotrópicas.
Los materiales magnéticos blandos se utilizan principalmente para la conducción magnética y la conversión y transmisión de energía electromagnética. Por lo tanto, se requiere que este tipo de material tenga una alta permeabilidad magnética e intensidad de inducción magnética y, al mismo tiempo, el área del bucle de histéresis o pérdida magnética debe ser pequeña. A diferencia de los materiales magnéticos permanentes, cuanto más pequeños sean el Br y el BHC, mejor, pero cuanto mayor sea la intensidad de inducción magnética de saturación Bs, mejor. Los materiales magnéticos blandos generalmente se pueden dividir en cuatro categorías. ①Tiras o láminas de aleación: FeNi(Mo), FeSi, FeAl, etc. ②Tira delgada de aleación amorfa: a base de Fe, a base de Co, a base de FeNi o a base de FeNiCo, etc. con Si, B, P y otros elementos dopantes apropiados, también conocido como vidrio magnético. ③ Medio magnético (núcleo de polvo de hierro): FeNi (Mo), FeSiAl, carbonilo de hierro y polvos de ferrita se recubren y se unen con medios aislantes eléctricos y luego se prensan y forman según sea necesario. ④ Ferrita: incluyendo tipo espinela─M++ O·Fe (M++
2O3 representa NiZn, MnZn, MgZn, Li1/2Fe1/2Zn, CaZn, etc.), tipo magnetita─Ba3Me2Fe24O41 (Me representa Co, Ni , Mg, Zn, Cu y sus componentes compuestos).
Los materiales magnéticos blandos son ampliamente utilizados, principalmente utilizados en antenas magnéticas, inductores, transformadores, cabezales magnéticos, auriculares, relés, vibradores, yugos de desviación de TV, cables, líneas de retardo, sensores, materiales de absorción de microondas, electroimanes, acelerador cavidad aceleradora de alta frecuencia, sondas de campo magnético, sustratos magnéticos, blindaje de campo magnético, recolección de energía de enfriamiento de alta frecuencia, mandriles electromagnéticos, componentes magnéticos sensibles (como materiales magnetocalóricos para interruptores), etc.
Los materiales magnéticos de momento y los materiales de grabación magnética se utilizan principalmente para el registro de información, interruptores sin contacto, operaciones lógicas y amplificación de información. Este material se caracteriza por la forma rectangular del bucle de histéresis.
Los materiales giromagnéticos tienen propiedades magnéticas de microondas únicas, como propiedades tensoriales de permeabilidad magnética, rotación de Faraday, absorción de vibraciones, cambio de campo, cambio de fase, birrefringencia y efectos de onda de espín. Los dispositivos diseñados en base a esto se utilizan principalmente para la transmisión y conversión de energía de microondas. Los más utilizados incluyen aisladores, circuladores, filtros (fijos o ajustables eléctricamente), atenuadores, desfasadores, moduladores, interruptores, limitadores y líneas de retardo, etc. , así como dispositivos de ondas de superficie magnética y ondas magnetostáticas que aún están en desarrollo (ver dispositivos de ferrita de microondas). Los materiales comúnmente utilizados han formado una serie, incluidos materiales de ferrita como la serie Ni, la serie Mg, la serie Li, la serie YlG y la serie BiCaV y se pueden convertir en diferentes estructuras, como monocristalino, policristalino, amorfo o de película delgada, según las necesidades; del dispositivo y la forma.
Los materiales piezomagnéticos se caracterizan por deformarse mecánicamente bajo la acción de un campo magnético externo, por lo que también se les llama materiales magnetoestrictivos. Su función es convertir el sonido magnético o la energía magnética. Se utiliza comúnmente en cabezales vibratorios de generadores ultrasónicos, filtros mecánicos en máquinas de comunicación y líneas de retardo de señales de impulsos eléctricos. Cuando se combina con la tecnología de microondas, se pueden producir dispositivos microacústicos (o acústicos giratorios). Debido a la alta resistencia mecánica de los materiales de aleación, que resisten la vibración sin estallar, los cabezales vibratorios están hechos principalmente de aleaciones de Ni y NiCo cuando se usan con señales pequeñas, se utilizan principalmente hierros de Ni y NiCo
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p>Cuerpo de oxígeno. Las nuevas variedades de aleaciones amorfas con fuertes propiedades piezomagnéticas son adecuadas para fabricar líneas de retardo. La producción y aplicación de materiales piezomagnéticos son mucho menores que las de los cuatro materiales anteriores. Perspectivas La ley básica de la existencia de la magnetoelectrónica ha llevado al inevitable desarrollo de materiales magnéticos y tecnología electrónica. Por ejemplo, la tecnología optoelectrónica ha promovido el desarrollo de materiales optomagnéticos y materiales magnetoópticos. Los materiales semiconductores magnéticos y los materiales y dispositivos magnéticamente sensibles se pueden utilizar en teledetección, tecnología de control remoto y robots. Se están estudiando nuevos materiales magnéticos amorfos y de tierras raras (como las aleaciones de FeNa). Los líquidos magnéticos han entrado en la etapa práctica.
El descubrimiento de ciertos efectos físicos y químicos nuevos (como los efectos topológicos) también proporciona las condiciones para el desarrollo y aplicación de nuevos materiales (como la aplicación de efectos magnetoacústicos y magnetocalóricos). Bibliografía
Editado por Dai Lizhi: "Metallic Magnetic Materials", Shanghai People's Publishing House, Shanghai, 1973. Zhou Zhigang y otros editaron: "Ferrite Magnetic Materials", Science Press, Beijing, 1981.
Li Yinyuan y Li Guodong editaron: "Ferrite Physics" Segunda edición, Science Press, Beijing, 1983.
Materiales con propiedades ferromagnéticas. Los materiales magnéticos comúnmente utilizados en tecnología eléctrica se pueden dividir en dos categorías: materiales magnéticos blandos con alta permeabilidad magnética, baja coercitividad y baja remanencia; y materiales magnéticos permanentes con alta coercitividad y alta remanencia. Los materiales magnéticos permanentes también se denominan materiales magnéticos duros.
El magnetismo es una propiedad básica de la materia. Las sustancias se pueden dividir en sustancias diamagnéticas, paramagnéticas, ferromagnéticas, antiferromagnéticas y ferrimagnéticas según su estructura interna y sus propiedades en un campo magnético externo. Las sustancias ferromagnéticas y ferrimagnéticas son sustancias fuertemente magnéticas, mientras que otras son sustancias débilmente magnéticas.
Los materiales magnéticos se dividen en isotrópicos y anisotrópicos.
Las propiedades magnéticas de los materiales anisotrópicos varían según la dirección. Por tanto, cuando se utilizan materiales anisotrópicos, se debe prestar atención a la dirección de sus propiedades magnéticas. Los materiales magnéticos comúnmente utilizados en el campo eléctrico son todos sustancias altamente magnéticas. Las propiedades magnéticas básicas de los materiales magnéticos reflejan las curvas de magnetización, los bucles de histéresis y las pérdidas magnéticas. La curva de magnetización y el bucle de histéresis son curvas que reflejan las características de magnetización de los materiales magnéticos. Se puede utilizar para determinar algunos parámetros característicos básicos de materiales magnéticos, como la permeabilidad magnética μ, la densidad de flujo magnético de saturación Bs, la intensidad del campo magnético residual (fuerza coercitiva Hc), la densidad de flujo magnético residual (remanencia Br) y la pérdida de histéresis P, etc. . La curva de magnetización básica es una curva en la que B cambia con H durante el proceso de magnetización repetido de materiales ferromagnéticos a partir del estado magnéticamente neutro. Se denomina curva de magnetización (Figura 1). Es la base para determinar el punto de trabajo de materiales magnéticos blandos. La relación entre B y H es la siguiente: B=μ0 (H+M)
donde μ0 es la permeabilidad magnética del vacío (también llamada constante magnética), y en el Sistema Internacional de Unidades (SI), su valor es
μ=4π×10-7
0 Henry/metro; H es la intensidad del campo magnético, en A/m (A/m es la magnetización); intensidad, en A/m ( A/m). El valor B en la figura cuando la magnetización alcanza la saturación se denomina densidad de flujo magnético de saturación Bs, y la intensidad del campo magnético correspondiente es Hs. Generalmente, se requiere que los materiales magnéticos tengan valores de Bs altos.
La relación entre B y H en cualquier punto de la curva de magnetización es la permeabilidad magnética μ, es decir, para permeabilidad magnética isotrópica
La sustancia μ=B/H, la comúnmente Se utiliza la conductividad magnética relativa μr
=μ/μ0, que es un número puro adimensional que se utiliza para expresar la capacidad de magnetización de la materia. Por tanto, según el tamaño de μr, varios tipos de sustancias se dividen en: μr
<1 sustancia diamagnética
sustancia, μr>1 sustancia paramagnética, μr
< Sustancias magnéticas fuertes con p>1. Según la curva B-H, se puede dibujar la curva μ-H3 / 17
. En la figura, μm y μi se denominan permeabilidad magnética máxima y permeabilidad magnética inicial, respectivamente. . μi es un parámetro importante cuando se utilizan materiales magnéticos blandos bajo campos magnéticos bajos.
La figura 2 muestra la curva cerrada formada por el cambio de B con H cuando el campo magnético externo H cambia durante un ciclo.
Dado que el cambio de B va por detrás de H, este fenómeno se llama histéresis. La curva cerrada se llama bucle de histéresis. Se puede ver en la figura que cuando Hs cae a cero, B no regresa a cero, sino que solo alcanza el punto b. Este valor (Br) se denomina densidad de flujo magnético residual o, para abreviar, magnetismo residual. Para reducir Br a cero, es necesario agregar un campo magnético inverso. El valor absoluto de la intensidad de este campo magnético inverso se denomina fuerza coercitiva de inducción magnética, denominada fuerza coercitiva Hrr
c. La relación de B a Bs se denomina relación de magnetización residual o relación de cuadratura de conmutación (B/Bs), que representa el grado en que el bucle de histéresis del material magnético de momento se aproxima a una forma rectangular. La forma y el área del bucle de histéresis caracterizan directamente las principales propiedades magnéticas de los materiales magnéticos.
El bucle de histéresis de los materiales magnéticos blandos es estrecho, por lo que la fuerza coercitiva es baja y la pérdida por histéresis también es baja (Figura 3a). relés.
Si el bucle de histéresis es estrecho y cercano a un rectángulo (llamado material magnético de momento) (Figura 3c), entonces este material magnético blando no solo tiene una fuerza coercitiva baja sino que también tiene un valor Br
/Bs. alto, adecuado para componentes de memoria
y componentes de conmutación. El área del bucle de histéresis de los materiales magnéticos permanentes es amplia (Figura 3b), Br y Hc son grandes después de la magnetización de saturación, la energía del campo magnético almacenado es grande. Se utiliza comúnmente como polos magnéticos permanentes en generadores, motores, instrumentos de medición e imanes permanentes en altavoces.
Pérdida magnética: Una unidad de peso de material magnético se magnetiza en un campo magnético alterno. La potencia absorbida del campo magnético cambiante y disipada en forma de calor se llama pérdida magnética o pérdida de hierro P. Es causado principalmente por pérdida por histéresis y pérdida por corrientes parásitas. La pérdida de energía causada por la histéresis se denomina pérdida de histéresis y es proporcional al área rodeada por el bucle de histéresis. La potencia de pérdida de histéresis Ph se puede calcular mediante la siguiente fórmula: Ph=кhBmnV
Donde es la frecuencia (Hz) es la densidad máxima de flujo magnético (T) el índice n es un parámetro empírico, relacionado; al tamaño de Bm; V es el volumen de material magnético; кh es un coeficiente relacionado con las propiedades de los materiales ferromagnéticos. En un campo magnético alterno, los materiales conductores (incluidos los materiales ferromagnéticos) inducirán corrientes parásitas, y la pérdida de resistencia causada por las corrientes parásitas se denomina pérdida por corrientes parásitas. La potencia Pe de la pérdida por corrientes parásitas se puede calcular mediante la siguiente fórmula: P2
e=кeBmnV
Donde кe es un coeficiente relacionado con la resistividad, el tamaño de la sección transversal y la forma de la materia. Ph y Pe son parámetros importantes para medir la calidad de equipos eléctricos y productos de instrumentos.
Materiales con fuertes propiedades magnéticas. La característica microscópica de este tipo de materiales es que los momentos magnéticos de los átomos o iones adyacentes están dispuestos de forma ordenada, mostrando así ferromagnetismo o ferrimagnetismo. La característica macroscópica es que tiene una intensidad de magnetización obvia bajo la acción de un campo magnético externo. 4 / 17
Según la clasificación de su composición química, se puede dividir básicamente en dos categorías: materiales magnéticos metálicos y ferrita. ①Materiales magnéticos metálicos. Principalmente elementos de hierro, níquel, cobalto y sus aleaciones, como aleaciones de hierro-silicio, aleaciones de hierro-níquel, aleaciones de hierro-cobalto, aleaciones de samario-cobalto, aleaciones de platino-cobalto, aleaciones de manganeso-aluminio, etc. Tienen las propiedades conductoras de los metales, generalmente muestran ferromagnetismo, tienen una magnetización de alta saturación, una temperatura de Curie alta, un coeficiente de temperatura bajo y tienen una gran pérdida por corrientes parásitas y efecto de piel en campos electromagnéticos alternos. Por lo tanto, los materiales magnéticos blandos metálicos suelen ser adecuados para bajos. -Industrias de frecuencia, alta potencia y electrónica. Por ejemplo, la intensidad de inducción magnética de saturación de las láminas de acero al silicio es de aproximadamente 2 T (Tesla), que es 5 veces mayor que la de la ferrita ordinaria. Se usa ampliamente en transformadores de potencia. Los materiales metálicos de imanes permanentes actualmente tienen un producto de alta energía magnética. Se pueden usar para fabricar dispositivos de imanes permanentes pequeños y livianos, que son especialmente adecuados para su uso en el sector aeroespacial y otros campos de tecnología espacial. Las desventajas son que el níquel, el cobalto y los metales de tierras raras. Son caros y hay pocas fuentes de materiales. ② Ferrita. Se refiere a un óxido magnético con óxido de hierro como componente principal. Inicialmente se tradujo como "imán de óxido de hierro", o "óxido de hierro" para abreviar. Debido a que su proceso de preparación sigue el proceso de cerámica y pulvimetalurgia. A veces también se le llama magnetismo. La mayoría de ellos son ferrimagnéticos, por lo que la magnetización de saturación es baja, pero su resistividad es más de 106 veces mayor que la de los materiales magnéticos metálicos y la pérdida en el campo electromagnético alterno es baja. Ventajas únicas cuando se utiliza en bandas de frecuencia óptica, de microondas y de alta frecuencia. Teniendo en cuenta la estructura cristalina, la ferrita se divide principalmente en: tipo espinela (isomorfa con la espinela natural de MgAl2O4), como ferrita de manganeso-zinc, ferrita de níquel-zinc, etc. .; tipo granate [isomorfo con granate (Fe,Mn)3Al2(SiO4)3 natural], tal como ferrita tipo granate de itrio y hierro (Y3Fe5O12)), etc., cuerpo de ferrita de cristal hexagonal, tal como bario isomorfo con Pb(Fe7) natural; .5)Mn3.5Al0.5Ti0.5)O19 magnetoplumbita
ferrita (BaFe)O2+
1219), ferrita tipo Y (Ba2MeFe12)O22), etc., cuya fácil El eje de magnetización está en el plano hexagonal. Clasificación por aplicación Se puede dividir aproximadamente en 6 categorías (debido a la gran variedad de materiales magnéticos y su amplia gama de aplicaciones, de hecho, estas 6 categorías no se pueden resumir completamente).
①Los materiales magnéticos permanentes también se denominan materiales magnéticos duros. Tiene altos valores de coercitividad y remanencia. El mérito de los materiales magnéticos permanentes generalmente se mide por el producto de energía magnética máximo (BH)m. Por ejemplo: aleación de álnico, aleación de samario y cobalto, aleación de manganeso y aluminio, aleación de hierro, cromo y cobalto, ferrita de bario, ferrita de estroncio, etc.
②Materiales magnéticos blandos.
Tiene menor coercitividad y bucle de histéresis más estrecho. Su rendimiento principal suele estar marcado por la permeabilidad magnética inicial, la intensidad de inducción magnética de saturación y la pérdida de CA. Los materiales principales incluyen hierro puro, series de aleaciones de hierro y silicio, series de aleaciones de hierro y níquel, ferrita de manganeso y zinc, ferrita de níquel y zinc, etc. Los materiales magnéticos blandos son el tipo de materiales magnéticos más diversos y ampliamente utilizados en la industria eléctrica, se utilizan principalmente como materiales magnéticos para transformadores,
motores y
diversos generadores magnéticos. Los componentes se fabrican en la industria electrónica y se utilizan ampliamente en televisión, radio, comunicaciones y otros campos.
③ Momento magnético de los materiales. Un material magnético blando con un bucle de histéresis de forma rectangular y una pequeña fuerza coercitiva suele caracterizarse por su relación de rectangularidad Br/Bm, que es la relación entre el magnetismo residual Br y la intensidad máxima de inducción magnética Bm. Los materiales principales incluyen ferrita de litio y manganeso, ferrita de manganeso y magnesio, etc. A menudo se utiliza como material para componentes de memoria, interruptores y componentes lógicos en computadoras electrónicas, control automático y otras tecnologías.
④Materiales giromagnéticos. Los materiales magnéticos que aprovechan el efecto giromagnético se utilizan habitualmente en la banda de frecuencia de microondas y sus principales propiedades están marcadas por la permeabilidad tensorial compleja, la magnetización de saturación, etc. Los materiales más utilizados son ferrita de granate, ferrita de litio, etc. Se pueden producir varios tipos de dispositivos de microondas, como aisladores, circuladores, desfasadores, etc. Desde 1952, la aplicación de la ferrita en el campo de las microondas ha promovido cambios revolucionarios en la tecnología de las microondas. Se puede fabricar una serie de dispositivos de microondas no recíprocos utilizando las características de permeabilidad tensorial de la ferrita; se puede diseñar una serie de dispositivos activos utilizando el efecto no lineal de la ferrita, como multiplicadores de frecuencia, osciladores, etc. ⑤Materiales piezomagnéticos. Los materiales magnéticos que aprovechan el efecto magnetoestrictivo, cuyas propiedades principales están marcadas por coeficientes magnetoestrictivos, se suelen utilizar para la conversión mutua de energía mecánica y eléctrica. Por ejemplo, se pueden fabricar diversos dispositivos ultrasónicos, filtros, memorias de alambre trenzado magnético, instrumentos de medición de vibraciones, etc. Los materiales más utilizados son láminas de níquel, ferrita de níquel, etc. Actualmente se está estudiando en profundidad el efecto de acoplamiento magnetoacústico con vistas a explorar nuevas áreas de aplicación.
⑥Materiales de grabación magnéticos. Incluye principalmente dos categorías: materiales de cabezal magnético y medios de grabación magnéticos. El primero es un material magnético blando y el segundo es un material magnético permanente. Se clasifica en una categoría separada debido a la importancia de su aplicación y requisitos especiales de rendimiento. Además de las características generales de los materiales magnéticos blandos, los materiales de los cabezales magnéticos a menudo requieren una alta densidad de grabación y un bajo desgaste. Los más utilizados incluyen ferrita policristalina prensada en caliente, ferrita monocristalina, ferroaleaciones de aluminio y silicio, aleaciones duras de ariete, etc. El medio de grabación magnético requiere un valor de remanencia grande y un valor de coercitividad adecuadamente alto, para que la información eléctrica pueda pasar a través del cabezal magnético y grabarse en la cinta con una cierta remanencia. El material comúnmente utilizado es el óxido férrico γ. Los materiales con alta densidad de grabación incluyen películas metálicas de dióxido de cromo, etc. En la actualidad, la grabación magnética se ha utilizado ampliamente en diversos campos, como la grabación, la codificación, la grabación de vídeo, etc. Por lo tanto, la producción de materiales de grabación magnética ha aumentado drásticamente en los últimos años. En términos generales, los materiales de burbujas magnéticas también entran en esta categoría.
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Los materiales magnéticos están en constante desarrollo. Por ejemplo, los materiales magnéticos amorfos, los semiconductores magnéticos, etc. son actualmente áreas de investigación extremadamente activas. Los usos de los materiales magnéticos son cada vez más extensos.
Bibliografía
Li Yinyuan y Li Guodong, editores: "Ferrite Physics", edición revisada, Science Press, Beijing, 1978. Guo Yicheng: "Ferromagnéticos", Higher Education Press, Beijing, 1965. Escrito por R.S. Tebel y D.J. Craik, traducido por el Instituto de Metalurgia de Beijing: "Magnetic Materials", Science Press, Beijing, 1979. (R.S.Tebble y D.J.Craik, materiales magnéticos, Wiley Interscience, Londres, 1969.)
Los materiales magnéticos fuertes con ordenamiento magnético, en un sentido amplio, también incluyen magnetismo débil y materiales inversos que pueden aplicar su magnetismo y Efectos magnéticos. Sustancias ferromagnéticas. El magnetismo es una propiedad fundamental de la materia. Las sustancias se pueden dividir en sustancias diamagnéticas, paramagnéticas, ferromagnéticas, antiferromagnéticas y ferrimagnéticas según su estructura interna y sus propiedades en un campo magnético externo. Las sustancias ferromagnéticas y ferrimagnéticas son sustancias fuertemente magnéticas, mientras que las sustancias diamagnéticas y paramagnéticas son sustancias débilmente magnéticas. Los materiales magnéticos se dividen en dos categorías según sus propiedades: metales y no metales. Los primeros incluyen principalmente acero eléctrico, aleaciones a base de níquel y aleaciones de tierras raras, mientras que los segundos incluyen principalmente materiales de ferrita. Según su uso, se dividen en materiales magnéticos blandos, materiales magnéticos permanentes y materiales magnéticos funcionales.
Los materiales magnéticos funcionales incluyen principalmente materiales magnetoestrictivos, materiales de grabación magnética, [[materiales de magnetorresistencia], materiales de burbujas magnéticas, materiales magnetoópticos, materiales giromagnéticos y materiales de películas magnéticas, etc. Las propiedades magnéticas básicas de los materiales magnéticos incluyen curvas de magnetización, bucles de histéresis magnéticos. y pérdida magnética, etc.
Imán
Una unidad de masa de material magnético se magnetiza en un campo magnético alterno. La potencia absorbida del campo magnético cambiante y disipada en forma de calor se llama pérdida magnética o. Pérdida de hierro, que incluye pérdida por histéresis y pérdida por corrientes parásitas. La pérdida de energía causada por la histéresis es una pérdida por histéresis, que es proporcional al área rodeada por el bucle de histéresis. En un campo magnético alterno, los materiales conductores inducirán corrientes parásitas. La pérdida de resistencia causada por las corrientes parásitas se llama pérdida por corrientes parásitas.
Parte 2: Puntos clave para la selección y diseño de materiales de blindaje electromagnético
Puntos clave para la selección y diseño de materiales de blindaje electromagnético
El blindaje es la conducción de blindaje electromagnético entre dos zonas espaciales. Aislamiento de metales para controlar la inducción y radiación de campos eléctricos, campos magnéticos y ondas electromagnéticas de una zona a otra. Específicamente, el cuerpo de protección se usa para rodear la fuente de interferencia de los componentes, circuitos, conjuntos, cables o todo el sistema para evitar que el campo electromagnético de interferencia se propague hacia afuera; el cuerpo de protección se usa para rodear el circuito, equipo o sistema receptor para; evitar que se vean afectados por el mundo exterior La influencia de los campos electromagnéticos. Debido a que el escudo juega un papel en la absorción de energía (pérdida por corrientes parásitas), la reflexión de energía (reflexión de la interfaz de ondas electromagnéticas en el escudo) y la cancelación de energía (reflexión de la interfaz de ondas electromagnéticas en el escudo) y las ondas electromagnéticas internas de las ondas electromagnéticas de interferencia externa y Las ondas electromagnéticas internas de alambres, cables, componentes, circuitos o sistemas generan un campo electromagnético inverso en la capa de protección, que puede compensar parte de las ondas electromagnéticas de interferencia), por lo que el cuerpo de protección tiene la función de debilitar la interferencia.
(1) Cuando la frecuencia del campo electromagnético de interferencia es alta, la corriente parásita generada en el material metálico con baja resistividad se utiliza para compensar las ondas electromagnéticas externas, logrando así un efecto de blindaje.
(2) Cuando la frecuencia de las ondas electromagnéticas interferentes es baja, se deben utilizar materiales con alta permeabilidad magnética para limitar las líneas de fuerza magnéticas dentro del escudo y evitar que se propaguen al espacio protegido.
(3) En algunas situaciones, si se requiere tener un buen efecto de blindaje en campos electromagnéticos de alta y baja frecuencia
, el blindaje multicapa a menudo se compone de Cuerpo metálico de diferentes materiales.
Muchas personas no comprenden el principio del blindaje electromagnético y piensan que siempre que fabriquen una caja de metal y luego la conecten a tierra, puede desempeñar el papel de blindaje electromagnético. El resultado bajo este concepto es el fracaso. Porque el blindaje electromagnético no tiene nada que ver con si el blindaje está conectado a tierra o no. Solo hay dos factores que realmente afectan la efectividad del blindaje: uno es que toda la superficie del blindaje debe ser conductora y continua, y el otro es que no debe haber conductores que penetren directamente el blindaje. Hay muchas discontinuidades conductoras en el blindaje. El tipo más importante es el espacio no conductor que se forma en la unión de diferentes partes del blindaje. Estos espacios no conductores crean fugas electromagnéticas, al igual que el líquido que se escapa de los espacios en un contenedor. Una forma de solucionar esta fuga es rellenar los huecos con material elastomérico conductor para eliminar los puntos no conductores. Es como llenar los huecos de un recipiente de líquido con goma. Este material de relleno conductor elástico es la junta de sellado electromagnética.
En muchas publicaciones, el escudo electromagnético se compara con un recipiente sellado para líquidos. Parece que sólo cuando el espacio se sella con materiales elásticos conductores en la medida en que sea hermético, se pueden evitar las fugas de ondas electromagnéticas. . En realidad esto no es exacto. Porque si un espacio o un agujero filtrará ondas electromagnéticas depende del tamaño del espacio o del agujero en relación con la longitud de onda de la onda electromagnética. Cuando la longitud de onda es mucho mayor que el tamaño de la abertura, no se producirá ninguna fuga obvia. Por lo tanto, cuando la frecuencia de interferencia es mayor y la longitud de onda es más corta, es necesario utilizar juntas de sellado electromagnéticas. En concreto, cuando la frecuencia de interferencia supera los 10MHz, se debe considerar el uso de juntas de sellado electromagnéticas.
Como junta de estanqueidad electromagnética se puede utilizar cualquier material que sea elástico y buen conductor de la electricidad. Las juntas de sellado electromagnético fabricadas según este principio incluyen:
Caucho conductor: El caucho de silicona está relleno de partículas metálicas que representan del 70 al 80% del peso total, como polvo de plata, polvo de cobre, polvo de aluminio, y polvo de cobre plateado, polvo de aluminio plateado, bolas de vidrio plateadas, etc. Este material conserva algunas de las buenas propiedades elásticas del caucho de silicona y tiene buena conductividad eléctrica.
Malla trenzada metálica: Trenzada con alambre de cobre berilio, alambre de Monel o alambre de acero inoxidable en una larga tira tubular, la forma es muy similar a la capa de blindaje de un cable blindado.
Pero su método de trenzado es diferente al del blindaje del cable, que se trenza con varios cables, mientras que este revestimiento de blindaje se trenza con un solo cable. Para usar una metáfora, es como las mangas de un suéter. Para mejorar la elasticidad de la malla metálica, a veces se añade un núcleo de caucho al tubo de la malla.
Caña de dedo: Caña fabricada en cobre berilio, que tiene buena elasticidad y conductividad. Conductividad y elasticidad.
Caucho conductor múltiple: Se compone de dos capas de caucho, la capa interior es caucho de silicona ordinario y la capa exterior es caucho conductor. Este material supera las deficiencias de la poca elasticidad del caucho conductor tradicional, permitiendo que la elasticidad del caucho se refleje completamente. Funciona como una tira de malla de alambre con un núcleo de goma.
Se deben considerar cuatro factores al elegir qué tipo de junta de sellado electromagnética utilizar: requisitos de eficiencia de blindaje, requisitos de sellado ambiental, requisitos de estructura de instalación y requisitos de costos. Las características de diferentes materiales de revestimiento se comparan como se muestra en la tabla.
El blindaje se puede dividir en blindaje de campo eléctrico, blindaje de campo magnético y blindaje de campo electromagnético según el mecanismo.
1 Mecanismo de blindaje de campo eléctrico: piense en la inducción de campo eléctrico como un acoplamiento entre capacitancias distribuidas.
Puntos de diseño:
a. Es mejor que la placa protectora esté cerca del objeto protegido y la placa protectora debe estar bien conectada a tierra. ! !
b. La forma de la placa protectora tiene un impacto significativo en la eficiencia del blindaje. Lo mejor es una caja de metal completamente cerrada, ¡pero es difícil de lograr en ingeniería!
c.El material de la placa de blindaje es preferentemente un buen conductor, pero no hay requisito de espesor, siempre que tenga suficiente resistencia.
2 Blindaje de campo magnético El blindaje de campo magnético generalmente se refiere al blindaje de campos magnéticos de CC o de baja frecuencia.
Su efecto es mucho peor que el blindaje de campo eléctrico y el blindaje de campo electromagnético. Mecanismo de protección: se basa principalmente en la baja resistencia magnética de los materiales de alta permeabilidad magnética para desviar el flujo magnético, debilitando en gran medida el campo magnético dentro del escudo.
Puntos de diseño:
a. Utilice materiales de alta permeabilidad magnética, como permalloy;
b. Aumentar el espesor del escudo. reducir la resistencia magnética del escudo es pequeña; c. No coloque el objeto blindado cerca del escudo para minimizar el flujo magnético que pasa a través del objeto blindado.
d. juntas, orificios de ventilación, etc. pueden aumentar la resistencia magnética del escudo, reduciendo así el efecto de blindaje.
e. Para proteger campos magnéticos fuertes, se puede utilizar una estructura de cuerpo de protección magnética de doble capa. Para aquellos que necesitan proteger campos magnéticos fuertes externos, la capa exterior del escudo debe estar hecha de materiales que no se saturan fácilmente, como el acero al silicio, mientras que la capa interna puede estar hecha de materiales altamente permeables que sean fáciles de saturar; como la aleación permanente. Por el contrario, si se desea proteger el fuerte campo magnético interno, es necesario invertir la disposición de los materiales. Al instalar los protectores interior y exterior, preste atención al aislamiento entre ellos. Cuando no existe ningún requisito de conexión a tierra, se pueden utilizar materiales aislantes como soportes. Si se requiere conexión a tierra, se pueden utilizar como soporte materiales no ferromagnéticos (como cobre y aluminio).
3 Blindaje de campos electromagnéticos El blindaje de campos electromagnéticos es una medida que utiliza cuerpos de blindaje para evitar que los campos electromagnéticos se propaguen en el espacio.
Parte 3: Propiedades de los materiales ferromagnéticos
Propiedades de los materiales ferromagnéticos
Los materiales ferromagnéticos tienen fuertes propiedades de magnetización y sus anillos colectores quedan afuera bajo la acción de un campo magnético, se puede generar un campo magnético adicional que es mucho mayor que el campo magnético externo. El campo magnético de una bobina con sólo un núcleo de hierro es mucho más fuerte que el de una bobina sin núcleo de hierro, por lo que los motores, aparatos eléctricos y otros equipos deben utilizar núcleos de hierro. Esta escobilla de carbón puede utilizar una corriente más pequeña para generar un campo magnético más fuerte, lo que reduce en gran medida el volumen y el peso de la bobina.
Los materiales ferrosos presentan principalmente las siguientes propiedades magnéticas de los resortes de tensión constante:
① Alta permeabilidad magnética. La permeabilidad magnética de los materiales ferromagnéticos es mucho mayor que la de los materiales no ferromagnéticos en circunstancias normales.
②Magnetismo remanente. Después de que el material ferromagnético se transforma en un arrancador magnético sin escobillas y sin anillo, si la corriente de excitación se reduce a o, aún se puede retener una cierta cantidad de magnetismo residual en el material ferromagnético.
3 Saturación magnética. Después de que el campo magnético en el material ferromagnético aumenta hasta cierto nivel, la mejora del campo magnético se vuelve extremadamente lenta y alcanza un valor de saturación.
④Histéresis. Durante el proceso de magnetización alterna de materiales ferromagnéticos, el cambio en la intensidad de la inducción magnética va por detrás del cambio en la intensidad del campo magnético y provoca una pérdida de histéresis.
Los materiales ferromagnéticos suelen dividirse en dos categorías, materiales blandos y materiales magnéticos fuertes.
El magnetismo residual y la pérdida por histéresis de los materiales magnéticos blandos son pequeños. Los materiales magnéticos blandos comúnmente utilizados incluyen láminas de acero al silicio (placas de acero eléctricas), acero fundido y hierro fundido. El magnetismo residual y la pérdida por histéresis de los materiales magnéticos duros son relativamente grandes. Una vez magnetizados los materiales magnéticos duros, pueden obtener un fuerte magnetismo residual y no son fáciles de desmagnetizar. Los materiales magnéticos duros de uso común incluyen acero de tungsteno, aleaciones de aluminio, níquel y diamante, etc., que se utilizan principalmente para fabricar imanes permanentes.