Курсовая работа. 26. Основные направления применения ферритов и магнитодиэлектриков в электронике
 Скачать 22.77 Kb.
|
|
26. Основные направления применения ферритов и магнитодиэлектриков в электронике. Ферриты Ферриты — соединения оксида железа Fe2O3 с более основными оксидами других металлов, являющиеся ферримагнетиками. Широко применяются в качестве магнитных материалов в радиоэлектронике, радиотехнике и вычислительной технике, поскольку сочетают высокую магнитную восприимчивость с полупроводниковыми или диэлектрическими свойствами. Общая характеристика Ферриты представляют собой сплав оксида железа с оксидом другого ферромагнитного металла: медь, цинк, кобальт, никель и т. д. В промышленном применении наибольшее распространение получили следующие типы ферритов: Никель-цинковый феррит. Имеют свойства высокого удельного электросопротивления, что делает их более выгодными в использовании на частоте от 500 КГц до 200 МГц. Магний-марганцевый. Их применяют при работе со звуковыми частотами. Марганцово – цинковый. Данный тип имеет наименьшие потери на вихревые токи. Свойства и особенности Это – полупроводники, свойства проводить ток которых повышается с увеличением температуры. Плотность ферритов зависит от марки, и колеблется в пределах от 4000 до 5000 кг\м3. Ферриты обладают повышенными теплофизическими свойствами. Коэффициент тепловой проводимости равен 4,1 Вт/(м·К). Теплоемкость 600-900 Дж\кг·К. Главным достоинством ферритовых сплавов является наличие повышенного удельного электросопротивления с сочетанием высоких магнитных свойств. Наиболее выгодным будет применение феррита при таких эксплуатационных характеристиках как малое значение индукции и высокие частоты. При низких значениях частот повышается относительная диэлектрическая проницаемость феррита. При одновременном наличии высокой магнитной проницаемости это может привести к наложению волн друг на друга. Как результат возникает объемный резонанс, при котором вихревые токи увеличиваются в разы, а, следовательно, потери. Ухудшение магнитных свойств в ферритах происходит по следующим причинам: Механическое воздействие на ферритовый сплав. Образование трещин на поверхности магнитного сердечника может привести к смене знака магнитного поля. Особенно опасны силы, векторы которых направлены параллельно или перпендикулярно линиям магнитного поля. Одновременное наложение постоянного и переменного полей. Происходит наложение частот друг на друга, что в результате увеличивает вероятность образования резонанса. Выход за пределы рабочих температур согласно условиям эксплуатации приводит к возникновению остаточной магнитной проницаемости феррита. Также наблюдается нестабильность магнитных свойств в ферритах при долгом нахождении под воздействием плюсовой температуры. Повышенная влажность может стать причиной изменения в феррите электропроводных свойств, которые, в свою очередь, способствуют увеличению потерь. Из-за этого ферриты, работающие при частоте выше 3 МГц и в условиях высокой влажности, требуют нанесения на их поверхность водоизолирующего материала. Радиационное излучение сильно снижает магнитные характеристики и электрические свойства ферритов, особенно ферритных сплавов на основе марганца и цинка. Феррит обладает незначительными механическими свойствами. Не отличаются ни прочностью, ни пластичностью. Виды применения В силу вышеперечисленных свойств главным потребителем ферритов является радиоэлектроника. Применение определенного сплава феррита ограничивается значением критических частот, выход за пределы которых увеличивает потери и снижает эксплуатационные свойства, в частности магнитную проницаемость. Ферритовые сплавы по свойствам и применению делят на: Общепромышленного применения (400НН,1000НМ, 1500 НМ). По своим магнитным свойствам относятся к ферритам высокой частоты. Магнитная проницаемость ферритовых сплавов колеблется в пределах от 100 до 4000. Такие ферритовые сердечники используются при частоте до 30 МГц. Также в их область применения входит изготовление сердечников магнитных антенн, трансформаторов и прочего оборудования, от которого не требуется повышенные свойства устойчивости к температурам. Термически стабильные. Содержат в себе высокочастотные (20ВН,7ВН) и низкочастотные (1500НМ3, 1500НМ1) типы. Их главные свойства - высокая добротность и стабильная начальная магнитная проницаемость. Кроме того, указанные ферритные сплавы в эксплуатации отличаются такими свойствами как низкий относительный температурный коэффициент магнитной проницаемости. Низкочастотные ферриты нашли применение в работе со слабым полем и частоте до 2,9 МГц, а высокочастотные до 99 МГц. В основном они служат сырьем для броневых сердечников и сердечников для антенн. Ферриты высокопроницаемые (6000НМ1, 6000НМ, 4000НМ). Отличительными свойствами являются повышенная начальная магнитная проницаемость при низкой частоте и высокая добротность. Вышеперечисленные ферритные сплавы применяют при изготовлении статических преобразователей и делителей напряжения. Магнитные свойства ферритов позволяют заменить в данных приборах дефицитные пермаллоевые сердечники. Для телевизионной аппаратуры (4000НМС, 3500НМС1). Ферритовые сплавы этой категории имеют низкие потери при частоте, используемой в телевизионном оборудовании. Также среди их свойств выделяется повышенная магнитная индукция при высоком значении температур. Из данных ферритов изготавливают сердечники трансформаторов и сердечники спецузлов телевизора. Ферриты импульсных трансформаторов (300ННИ, 300ННИ1). Особенность данных сплавов в их использовании - работа в режиме импульсного намагничивания. Главное применение ферритов – изготовление сердечников импульсных трансформаторов. Для производства контуров радиотехнических приборов (10ВНП, 35ВНП). Своим применением в радиоэлектронике они обязаны таким свойствам как высокий показатель коэффициента перестройки по частоте и низким потерям при работе на частотах до 250 МГц. Основное их техническое применение – это сердечники контуров, настраиваемые подмагничиванием. Для широкополосных трансформаторов. Объединяющие свойства – высокая добротность, низкое значение нелинейных искажений и более высокая точка Кюри. Самые популярные ферриты данной категории в использовании - 200ВНС, 90ВНС и 50ВНС. Их свойства позволили найти такое применение как изготовление сердечников широкополосных трансформаторов. Для магнитных головок. Ферритовые сплавы данной категории производят на основе никель-цинковых ферритов: 500НТ и 1000НТ. Воздействие сердечников с носителем информации требует наличия в ферритах минимальной поверхности пористости. Для магнитного экранирования. Сюда относятся 2 марки: 800ВНРП и 200ВНРП. Ферритные сердечники данных сплавов применяют в радиопоглощающих приборах для устранения радиопомех. Для датчиков (1200НН, 1200НН1 и 1200НН2). Отличительные свойства приведенных ферритов – это повышенная термочувствительность и высокая магнитная проницаемость. Это позволило найти им применение при производстве термореле. Магнитодиэлектрики Это композиционные материалы, состоящие из мелкодисперсных частиц магнитно-мягкого материала (МММ), соединенных каким-либо органическим или неорганическим диэлектриком. В качестве мелкодисперсных МММ применяют карбонильное железо, альсиферы и некоторые сорта пермаллоев. В качестве диэлектрика – эпоксидные или бакелитовые смолы, полистирол, жидкое стекло и др. Назначение диэлектриков не только в том, чтобы соединять частицы магнитного материала, но и создать между ними электроизоляционные прослойки и тем самым повысить электрическое сопротивление магнитодиэлектрика. Это резко снижает потери на вихревые токи и дает возможность работать на частотах 10 – 100 МГц (в зависимости от состава). Магнитные характеристики магнитодиэлектриков несколько ниже исходных ферромагнитных наполнителей. Несмотря на это магнитодиэлектрики применяют для изготовления сердечников высоких частот узлов радиоэлектронной аппаратуры. Это обусловлено большой стабильностью магнитных характеристик, которая является черызвычайно важным фактором, определяющим надежность работы радиоэлектронной аппаратуры при длительной эксплуатации и хранении, и возможностью изготовления из них сердечников сложной формы. Вместе с тем изделия из диэлектриков отличаются высокой чистотой поверхности и точностью размеров. Лучшие магнитодиэлектрики – с наполнителями: молибденовым пермаллоем или карбонильным железом. Магнитодиэлектрики на основе молибденового пермаллоя выпускаются в меньшей степени. Применение магнитодиэлектриков Магнитодиэлектрики находят широкое применение в устройствах автоматики, вычислительной техники, в аппаратуре телеграфной связи и так далее. Ферриты-шпинели и ферриты-гранаты иттрия используются в СВЧ-технике и электротехнике как магнитные материалы с малыми потерями на вихревые токи. Магнитодиэлектрики могут быть как магнитотвёрдыми материалами, так и магнитомягкими материалами. Магнитомягкие магнитодиэлектрики вырабатывают в основном из тонких порошков карбонильного железа, молибденового пермаллоя и альсифера с различной связкой. Магнитомягкие магнитодиэлектрики применяют для изготовления сердечников катушек индуктивности, фильтров, дросселей, радиотехнических броневых сердечников, работающих при частотах 108 Гц. Достоинствами являются: относительно простая технология, не требующая высокотемпературного спекания, использование эффективных методов формования (прокатка, экструзия, литье под давлением), хорошие механические свойства и пригодность к механической обработке, возможность получения изделий сложной формы с точными размерами без последующей обработки. Магнитотвёрдые магнитодиэлектрики изготовляют на основе порошков из Fe – Ni – Al сплавов (ални), Fe — Ni — Al — Со сплавов (альнико), ферритов. Коэрцитивная сила этих магнитодиэлектриков ниже, чем массивных материалов, на несколько десятков %, а остаточная индукция меньше почти в 2 раза. Магнитотвердые диэлектрики всё больше применяются в телефонии и приборостроении (постоянные магниты, эластичные герметизаторы для разъёмных соединений и др.). Магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа Сердечники на основе карбонильного железа отличаются достаточно высокой стабильностью, малыми потерями, положительным температурным коэффициентом магнитной проницаемости и могут быть использованы в широком диапазоне частот. Магнитодиэлектрики на основе альсифера Альсифер помимо широких магнитных свойств, выгодно отличается от других сплавов невысокой стоимостью и недефицитностью сырья. Можно создавать сердечники с термостабильными свойствами. Магнитодиэлектрики на основе молибденового пермаллоя Магнитодиэлектрики на основе молибденового пермаллоя имеют наибольшую начальную магнитную проницаемость и высокую стабильность параметров. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. (Электронный источник): https://prompriem.ru/stati/ferrit.html 2. Пасынков В.В., Сорокин В.С.Материалы электронной техники: М.: Высш. шк., 1986. Стр. 341-344. 3. Прохоров А. М. Физическая энциклопедия. - М: Большая Российская Энциклопедия т.2,1998 4. Крупичка С. Физика ферритов и родственных им магнитных окислов.М.:Мир,1976 |