Магнитно-твёрдые материалы. Классификация, основные свойства, получение, применение.

Магнитно-твёрдые материалы – это магнитные материалы, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряжённостью в тысячи и десятки тысяч А/м (10²–10³ Э).

Магнитно-твёрдые материалы характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы H_С, остаточной индукции Br, магнитной энергии (BH)max на участке размагничивания. После намагничивания магнитотвёрдые материалы остаются

постоянными магнитами из-за высоких значений Br и H_С. Большая коэрцитивная сила магнитно-твёрдых материалов может быть обусловлена следующими причинами:

1) задержкой смещения границ доменов благодаря наличию посторонних

включений или сильной деформации кристаллической решётки;

2) выпадением в слабомагнитной матрице мелких однодоменных ферромагнитных частиц, имеющих или сильную кристаллическую анизотропию, или анизотропию формы.

По применению магнитотвердые материалы подразделяют на материалы для постоянных магнитов и материалы для записи и длительного хранения звука, изображения и т. п.

Магнитно-твёрдые материалы классифицируют по разным признакам, например, по физической природе коэрцитивной силы, по технологическим признакам и другим. Из магнитно-твёрдых материалов наибольшее значение в технике приобрели: литые и порошковые (недеформируемые) магнитные материалы типа Fe-Al-Ni-Со; деформируемые сплавы типа Fe-Со-Mo, Fe-Со-V, Pt-Со; ферриты (гексаферриты и кобальтовый феррит). В качестве магнитно-твёрдых материалов используются также соединения редкоземельных элементов (особенно лёгких) с кобальтом; магнитопласты и магнитоэласты из порошков альнико, ферритов со связкой из пластмасс и резины, материалы из порошков Fe, Fe-Со, Mn-Bi, SmCo₅.

Литые высококоэрцитивные сплавы.

К этой группе относят сплавы систем Fе – Ni – Аl– Аl и Fе – Ni – Со – Аl. Высококоэрцитивное состояние этих сплавов обусловлено их дисперсионным распадом на две фазы при охлаждении до определенной температуры.

Таким образом, получается композиция из немагнитной матрицы и однодоменных магнитных включений.

Материалы, имеющие такую структуру, намагничиваются в основном за счет процессов вращения магнитных моментов доменов.

Однако без легирующих элементов эти сплавы практически не применяют. Помимо кобальта распространенными легирующими добавками являются медь, титан и ниобий. Добавки не только улучшают магнитные свойства, но и обеспечивают лучшую повторяемость характеристик, т. е. ослабляют зависимость магнитных свойств от химического состава, наличия примесей и отклонений от заданного режима термообработки.

Магнитные свойства магнитотвердых материалов зависят от кристаллографической и магнитной текстур. Магнитная текстура высококоэрцитивных сплавов создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле. При этом достигается упорядоченное расположение пластинчатых элементов сильномагнитной фазы, которые своими осями легкого намагничивания ориентируются в направлении поля.

Такое магнитное текстурирование эффективно лишь для сплавов с высоким содержанием кобальта.

Текстурированный материал магнитноанизотропен. Наилучшие свойства у него обнаруживаются в том направлении, в котором при охлаждении на него действовало магнитное поле.

Кристаллическую текстуру создают методом направленной кристаллизации сплава, залитого в форму, используя особые условия теплоотвода. Недостатком является трудность изготовления изделий точных размеров вследствие хрупкости и высокой твердости. Из всех видов механической обработки допускается только обработка шлифованием.

Магниты из порошков.

Необходимость получить мелкие изделия со строго выдержанными размерами обусловила использование методов порошковой металлургии для производства постоянных магнитов. Различают металлокерами-ческие магниты и магниты из зерен порошка, скрепленных связующим веществом (металлопластические магниты).

Металлокерамические магниты получают путем прессования порошка, состоящего из измельченных тонкодисперсных магнитотвердых сплавов, и дальнейшим спеканием при высоких температурах по аналогии с процессами обжига керамики.

Процесс изготовления металлопластических магнитов аналогичен процессу прессования деталей из пластмасс, только в порошке содержится наполнитель в виде зерен измельченного магнитотвердого сплава, что требует высокие удельные давления на материал, доходящие до 500 МПа.

Металлопорошковые магниты экономически выгодны при массовом автоматизированном производстве, сложной конфигурации и небольших размерах магнитов. Металлопластическая технология позволяет получать магниты с арматурой.

Магнитотвердые ферриты.

Наиболее известен бариевый феррит ВаО∙6Fе₂О₃ (ферроксдюр), имеет гексагональную кристаллическую решетку с одноосной анизотропией.

Его высокая коэрцитивная сила у обусловлена малым размером кристаллических зерен и сильной магнитной кристаллогра-фической анизотропией. Технология производства подобна производству магнитомягких ферритов, только осуществляют более тонкий помол, и спекают при невысоких температурах (во избежание рекристаллизации).

Для придания анизотропии магнитных свойств материал текстурируют, путем формования массы сметанообразной консистенции в сильном магнитном поле (с напряженностью 650 – 800 кА/м).

Изготавливают в виде шайб и тонких дисков: отличаются высокой стабильностью по отношению к воздействию внешних магнитных полей и не боятся тряски и ударов.

К недостаткам следует отнести низкую механическую прочность, большую хрупкость, сильную зависимость магнитных свойств от температуры.