1tom119

5. MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE

-240

wykresie stosunek polaryzacji nasycenia przy danej temperaturze (B_b)_T — do polarv/-__ac -nasycenia w temperaturze OK — na osi odciętych zaś — stosunek temperatury Tdo temperatury Curie T_c. Wyznaczony w wartościach względnych wykres jest niem_aj jednakowy dla wszystkich ferromagnetyków. Jak widać z rysunku, ferrimagnetyki sa bardziej podatne na działanie temperatury, ponieważ odpowiadająca im charakterystyka przebiega poniżej charakterystyki ferromagnetyków. Ponadto ferrimagnetyki mają niższa temperaturę Curie.

Rys. 5.13. Zależność polaryzacji magnetycznej B^ ferromagnetyków (wykres 1) i ferrimagnetyków (wykres 2) od temperatury

(£i*)r/(2Uo — stosunek polaryzacji w temperaturze Tdo polaryzacji w temperaturze OK; 7— temperatura bezwzględna; T_c — temperatura Curie Zaczerpnięto z [5.21; 5.33j

Rys. 5.14. Objaśnienie zjawiska inwersji w ferrimagnetykach za pomocą charakterystyk polaryzacji magnetycznej w funkcji temperatury

B,, — wartość polaryzacji magnetycznej jednej podsieci krystalicznej; B_i2 wartość polaryzacji magnetycznej drugjg podsieci krystalicznej; B_iw — wartości w spadkowej polaryzacji magnetycznej; Ta temperatury Curie jednej podsieci:

Tc2 temperatura Curie drugiej podsieci;

T_k — temperatura kompensacji magnesować cza.stkowych obu podsieci

Zaczerpnięto z [5.15; 5.17; 533]

W wielu ferrimagnetykach zależność polaryzacji magnetycznej od temperatury wykazuje anomalie w pobliżu temperatury Curie. Anomalie te tłumaczy się obecnością podsieci krystalicznych, których wektory polaryzacji — ze względu na antyrównolcgłe ustawienie momentów magnetycznych atomów lub cząsteczek są przeciwnie skierowane. Ich różnica daje wektor wypadkowy B_iw. Zależność polaryzacji magnetycznej w funkcji temperatury przedstawiono na rys. 5.14. Wypadkowa polaryzacja B_iw osiąga wartość zero w temperaturze kompensacji T_k. w której magnetyzacje cząstkowe podsieci i B_l2 wzajemnie się znoszą.

5.6.1.2. Magnetostrykcja

Magnetostrykcja nazwano zjawisko zmiany kształtu i wymiarów materiałów magnetycznych pod wpływem pola magnetycznego lub zjawisko zmiany właściwości magnetycznych pod wpływem przyłożonej z zewnątrz siły. Magnetostrykcja występująca w rdzeniach z blach magnetycznych jest jedną z istotnych przyczyn powstawania przykrego hałasu (przydźwięku) o częstotliwości 100 Hz w dużych urządzeniach elektroenergetycznych.

5.6.I.3. Starzenie się materiałów magnetycznych

Zjawisko zmian w czasie właściwości ferro- i ferrimagnetycznych nosi nazwę starzenia się materiałów magnetycznych. Polega ono na zmniejszaniu się przcnikalności magnetycznej g_r i pozostałości magnetycznej B_r oraz zmianach natężenia powściągającego H_:e-W materiałach magnetycznie miękkich, np. blachach elektrotechnicznych następuje wzrost wartości H_cB, w magnetycznie twardych (magnesy trwałe) — zmniejszanie się ll_tę-Przyczyny starzenia się materiałów magnetycznych są dość liczne i różnorodne; n:e powodują jednakże skutków zauważalnych w równym stopniu. Wpływ na starzenie si? blach elektrotechnicznych wywierają głównie zanieczyszczenia stali oraz temperatur.¹-pracy w polu magnetycznym. Starzenie niektórych odmian materiałów magnetycznych stosowanych na magnesy trwałe jest odczuwalne w dużym stopniu. Najczęściej polega ono _na znacznym zmniejszeniu wartości H,_B i (BH)_max. a w przypadku niektórych odmian materiałów — również B_r.

Rozróżnia się starzenie strukturalne i magnetyczne. Starzenie strukturalne¹ jest dużym stopniu zauważalne w magnesach wykonywanych ze stali kowalnych (obecnie rzadko stosowanych), zaś w magnesach nowoczesnych (stopowych, sprasowanych lub spiekanych) dominuje starzenie magnetyczne².

Starzenie magnetyczne może być spowodowane zarówno polem magnetycznym, obciążeniami mechanicznymi (szczególnie udarami mechanicznymi), promieniowaniem jonizującym, podwyższoną temperaturą, jak i okresowymi zmianami reluktancji układu ntaanetycznego, w którym magnes pracuje. Może ono występować w różnym stopniu v, zależności od rodzaju materiału, a ściślej w zależności od kształtu charakterystyki odmagnesowania materiału. Stopień zmniejszania się indukcji w wyniku starzenia jest zależny również od położenia punktu pracy magnesu na krzywej odmagnesowania. Przy niżej położonych punktach pracy stopień odmagnesowania magnesu jest na ogól większy aniżeli przy punktach położonych wyżej (bliskich wartości B_r). Na stopień odmag-nesowywania ma również wpływ kształt i objętość magnesu.

Materiały magnetyczne, od których wymaga się dużej stabilności parametrów w czasie, muszą być przed użyciem sztucznie starzone, np. przez poddanie materiału działaniu podwyższonej temperatury i drgań mechanicznych. W przypadku magnesów trwałych stabilizację uzyskuje się również przez poddawanie ich wpływom odmagnesowującym niezbyt silnego, przemiennego pola magnetycznego o malejącej stopniowo wartości natężenia.

5.6.2. Podział materiałów magnetycznych

Do technicznych materiałów magnetycznych zalicza się ferromagnetyki i ferrimagnetyki. Jak już wspomniano, materiały magnetyczne dzieli się na magnetycznie miękkie i magnetycznie twarde. Magnetycznie miękkie charakteryzują się wąską pętlą histerezy, a więc i małą koercją. twarde zaś — szeroką pętlą i dużą koercją. Stąd też często w literaturze wartość H._Bjest traktowana jako jedno z kryteriów kwalifikujących materiał magnetyczny do określonej grupy. Wartość graniczna nie jest ściśle określona (wartości od 1 do 1000X/m).

W materiałach magnetycznie miękkich, w przeciwieństwie do twardych, namagnesowanie nie jest trwałe i wymaga ciągłego działania zewnętrznego pola magnesującego. Dlatego leż materiały magnetycznie miękkie stosuje się głównie jako magnetowody aparatów i maszyn, gdzie służą do ukierunkowania i skupienia strumienia magnetycznego.

Materiały magnetycznie twarde stosuje się w aparatach, maszynach i przyrządach jako magnesy trwale. Są one źródłami stałych, nie wymagających zewnętrznego zasilania pól magnetycznych, wywołujących użyteczne oddziaływania np. mechaniczne w sprzęgłach, łożyskach magnetycznysch, głośnikach, urządzeniach odchylających itd. Różnorodność zastosowań magnesów trwałych powoduje, że i wymagania odnoszące się do parametrów, stawiane materiałom magnetycznie twardym, są zróżnicowane. W wyniku stosowania różnych połączeń metali i przyjmowania różnych technologii ich wytwarzania powstaje wiele odmian tych materiałów.

Materiały magnetyczne można również ogólnie podzielić na metaliczne i niemetaliczne 'Patrz rys. 5.15).

Metaliczne materiały magnetycznie miękkie, których głównym składnikiem jest zelazo. występują często w postaci blach (przeznaczonych głównie na magnetowidy ptaszyn prądu przemiennego oraz transformatorów). Są również stosowane wyroby lite jako odkuwane czy walcowane profile (przeznaczone m.in. na jarzma niektórych odmian maszyn prądu stałego) oraz znacznie rzadziej jako odlewy. W międzynarodowej nomenklaturze normalizacyjnej, w odniesieniu do blach, używa się terminu elektrotechniczne machy magnetyczne bez uściślającego dodatku magnetycznie miękkie.

Podstawową grupę niemetalicznych materiałów magnetycznych, wykonywanych najczęściej techniką proszków spiekanych stanowią związki tlenków metali nazywane

¹⁶ Poradnik

1

Spotykany termin magnetyczne.

2

'¹ Spotykany termin — zmienność magnetyczna.

inżyniera elektryka tom 1