) * #+ B s indukcja nasycenia [T] H c koercja [A/m] B r remanencja. max maksymalna przenikalno. i pocztkowa przenikalno

Transkrypt

1 Plan mikkie ferromagnetyki zastosowania 1. stopy Fe-Si, permaloje 2. ferryty kubiczne 3. stopy amorficzne i nanokrystaliczne twarde ferromagnetyki zastosowania 1. ferryty hex. 2. magnesy neodymowe ) * #+ Elektrotechnika: ptla B(H) oraz (zastosowanie) Fizyka: ptla M(H) oraz (materiał) B s indukcja nasycenia [T] H c koercja [A/m] B r remanencja max maksymalna przenikalno i pocztkowa przenikalno zaleno od czstoci zaleno od maksymalnego H!"!!#$%$!&'( H c < 10 2 A/m mikkie H c > 10 4 A/m twarde &, -./ * - /+ transformatory elektromagnesy silniki/generatory sensory indukcyjnoci / filtry ekrany EM anteny dua pocztkowa przenikalno i B ~ n I lub dua maks. przenikalno max dua indukcja nasycenia B s F ~ B 2, E ~ BH mała koercja H c redukcja strat na histerez (ac), powtarzalno (elektromagnesy) duy opór elektr. bo straty na prdy wirowe ~1/ρ odporno mechaniczna, termiczna i chemiczna cena (materiału i technologii) 0 1

2 23 * Czyste elazo z <0.03% C (Fe, ferryt, - Fe, struktura bcc) jest prototypem mikkiego ferromagnetyka. M s = 2.22µ B /Fe ( B s = 2.3 T ) T c = 1043 K za mały opór, nie nadaje si do prdów ac. Dodanie Si podnosi oporno właciw. Porównanie własnoci magnetycznych Fe z Fe-Si3% (O'Handley 2000) Diagram fazowy Fe-Si. Poniej 4% Si rozpuszcza si w Fe i jest struktura -Fe (bcc). Powyej s domieszki kruchych faz B2 i DO 3. W Fe-Si musi by < 0.08% C. Zmiana własnoci magnetycznych elaza przy domieszkowaniu Si. (Littman 1971) 5 ( 23 2 # 8" Dodatek 3% Si znakomicie polepsza własnoci Fe prowadzc do: zwikszenia opornoci 4 zmniejszenie H c do A/m zwikszenie przenikalnoci znacznej poprawy stabilnoci parametrów w czasie tanie składniki zmniejszenie indukcji nasycenia Si powoduje, e blachy staj si kruche i trudniejsze w obróbce Stopy Fe-Ni+dodatki (>50%Ni) b. mała koercja A/m, b. dua przenikalno magnetyczna (a do ) mniejsza indukcja nasycenia 0.8 T, bardziej kruche - trudniejsze w obróbce, potrzebne odpowiednie wygrzewanie dla uzyskania optymalnych własnoci Zastosowanie: energoelektryka (prdy ac, due moce) orientowane: rdzenie transformatorów energetycznych, rdzenie dwubiegunowe maszyn wirujcych nieorientowane: silniki i generatory (stojany, wirniki) Zastosowanie: transformatory sygnałowe, ekrany magnetyczne, głowice do zapisu magnetycznego, cienkie warstwy elementów pamiciowych 7 9

3 *%+. Struktura spinelu MFe 2 O 4 M = Zn 2+, Mn 2+, Fe 2+, Co 2+, Ni 2+, Cu 2+ duy opór właciwy tanie składniki, prosta produkcja odporne chemicznie ceramiki, twarde, kruche małe pole nasycenia T (bo s ferri) Zastosowanie: rdzenie wysokiej czstoci >50 khz dławiki (filtry przeciwzakłóceniowe) generatory mikrofalowe GHz anteny ferrytowe MHz Stopiony metal dodatkowo podgrzewany indukcyjnie cewk RF wypływa przez cienk dysz na wirujce 30m/s, chłodzone koło zrobiona wstka, moe by od razu walcowana do rozmiarów ok 5cm szerokoci, 30m gruboci. : '.! Nieuporzdkowane strukturalnie stopy, otrzymywane przez gwałtowne schłodzenie (10 6 K/s) roztopionych stopów. Podstawowy skład (metale 3d Fe, Ni, Co) ok. 80%, (metaloidy B, P, Si) kilkanacie% (inne Cr, Mo, Nb) kilka% Nazwy handlowe: Metglas (Hitachi) izotropowe, spory opór, dobre własnoci mech. B s = T, a do b. małe straty ac tylko w postaci wstek, drogi proces Zastosowania: rdzenie transformatorów energetycznych, zasilaczy impulsowych, dławików, EAS tags Electronic Article Surveillance tag. XRD dla stopniowo wygrzewanego przez 1h materiału amorficznego (as cast = odlew). Dopiero dodatkowe wygrzewanie powoduje powstanie dalekozasigowej struktury krystalicznej. TEM of a nanocrystalline Finemet Fe 76.5-x Cu 1 Nb x Si 13.5 B 9 as cast (top), and annelad at 530 o C for 1h (bottom) (R.Grössinger, TU-Wien) &

4 ziarna bcc Fe 3 Si 10-20nm Tworz si ziarna -FeSi o rednicy 10-15nm w amorficznej matrycy, Cu pomaga w pocztkowej fazie krystalizacji, Nb hamuje rozrost wikszych ziaren (K.Hono et al., Acta Materialia 47 (1999) 997)! ; # Materiał zbudowany z ziaren Fe lub FeSi (~10nm) w amorficznej macierzy. Nazwy handlowe: Finemet (Hitachi), Nanoperm, Vitroperm, Hitperm najlepsze materiały na rdzenie transf. wysokiej czstoci koszty produkcji Zastosowanie: filtry przeciwzakłóceniowe, ekrany magnetyczne, czujniki prdowe i magnetyczne, transformatory impulsowe wysokonapiciowe ziarna bogate w Cu amorficzne (Fe x Nb 1-x )B permanent magnet 3phase motor 400V/4.7kW, z katalogu ABB 2007, Obecne trendy: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume 320, (2008) Proceedings of the 18th International Symposium on Soft Magnetic Materials impulsatory 5 (

5 ,!.! dua koercja H c, dua remanencja B r, due (BH) max wysoka temperatura Curie T C odporno mechaniczna, chemiczna, cena *<)+ = ; > Maksymalna warto iloczynu BH w drugim kwadrancie ptli B(H i ) stanowi miar pola, które moe by wytworzone przez magnes o danej objtoci. + pamici magnetyczne, uchwyty, separatory magn., + magnetrony, pompy jonowe, łoyska magnetyczne, #-# BaO 6(Fe 2 O 3 ) SrO 6(Fe 2 O 3 ) PbO 6(Fe 2 O 3 ) tanie! ceramiki, b. twarde, kruche odporne chemicznie małe M s < 0.5 T wysokie T c 740 o C Heksagonalna struktura 'magnetoplumbite' BaO6(Fe2O3). : &'

6 ? & 1 < najlepsze (BH) max (w temp. pokojowej) niskie T C = 315 o C, wysoka cena podatno na korozj powlekanie wana jest tekstura (preferowana orientacja ziaren) bonded (sklejane), die-pressed (prasowane), hot-pressed 2 #/ Materiał (BH) max MGOe Cena $/funt Cena $/(BH) max Dopuszczalna temp pracy o C Ferryty wagowo 75% rynku Alnico najlepsze mechanicznie SmCo NdFeB ceny 2008, wg Arnold Magnetic Technologies & &&