Радиотехнические материалы (краткий справочник)

Рабчинская Г. И.

Госэнергоиздат, 1950 г.

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СПЛАВЫ ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Сплавы для постоянных магнитов характеризуются широкой и крутой петлей гистерезиса, а следовательно, большим значением коэрцитивной силы — от 50—60 эрстед до нескольких тысяч эрстед — и большим значением остаточной индукции. Чем эти величины -больше, тем меньше материала требуется для изготовления магнита. Сплавы этой группы предназначаются для изготовления постоянных магнитов магнетронов, динамических репродукторов, телефонов, динамических микрофонов, поляризованных реле, электроизмерительных приборов и т. п.

Углеродистаясталь содержит 0,4—1,7% углерода, остальное железо. Углеродистая сталь — самый дешевый материал для изготовления магнитов. Для получения необходимых магнитных свойств сталь подвергают закалке, для чего нагревают до температуры 950° С, а затем охлаждают, погружая в воду. Магниты из углеродистой стали теряют магнитные свойства с течением времени и особенно быстро при сотрясении и ударах. магнитные свойства углеродистой стали изменяются в зависимости от содержания углерода. В табл. 25 приведены данные для стали с содержанием углерода 0,45%.

Хромистаясталь содержит от 1,3 до 3,8% хрома и выпускается марок: ЕХ-2 с содержанием хрома 1,3 — 1,6%, ЕХ-3 и ЕХ-ЗА с содержанием хрома 2,8—3,8%. Закалка ее ведется при температуре 850° С в масле (при закалке в воде дает трещины). Отечественная промышленность выпускает хромистую сталь в виде листов и полос различных размеров и поковок. Магниты из нее получают путем загиба по шаблону, штамповкой и механической обработкой поковок для придания требуемой формы. При обработке на станках требуются более твердые резцы, чем для обработки обычной стали. Закаливают готовые изделия.

Вольфрамоваясталь содержит примерно 5% вольфрама и выпускается под маркой ЕВ и ЕВА. Вольфрамовая сталь обрабатывается так же, как хромистая сталь, но закалка ее производится в воде при 850° С. Коэрцитивная сила вольфрамовой стали в течение 8 лет снижается только на 12%. Это одна из наиболее стабильных сталей.

Кобальтоваясталь содержит от 5 до 30% кобальта и, в зависимости от процентного содержания кобальта, выпускается четырех марок: ЕК5, ЕК10, ЕК15 и ЕКЗО (цифра указывает на процентное содержание кобальта). Заготовки для магнитов из этих сталей выполняются в виде проката (полосы), поковок и литья. Кобальтовые стали — хрупкие, поэтому обработку резанием необходимо вести на малых скоростях и по возможности заменять резание шлифованием. Готовые изделия перед намагничиванием должны подвергаться тройной термической обработке: 1) нагретые до 700° С изделия быстро нагревают до 1 150— 1 180° С и затем постепенно охлаждают при 20° С; 2) магниты медленно нагревают до 700—725° С и постепенно охлаждают; 3) производят закалку, для чего стали с содержанием до 15% кобальта нагревают до 1 000° С, а стали с содержанием от 15 до 30%—до 940° С, и погружают в масло.

К о м о л ь — кобальто-молибденовый сплав. Заготовки изделий из сплава комоль отливаются в сухих песчаных формах, после чего их можно точить, сверлить и шлифовать. Комоль дороже хромистой и вольфрамовой стали, но дешевле 30% кобальтовой.

Альни, альниси, альнико, сплав КС, магнито - нековкие Сплавы на основе железа-никеля-алюминия, получаемые только путем отливки. Все они обладают высокой твердостью и хрупкостью, так что механическая обработка их возможна только шлифовкой камнями с мягкой связкой и твердым зерном. Соединение магнитов из этих сплавов с другими частями конструкции производится сваркой, затяжкой болтами и т.- п. Среди приведенных сплавов наиболее высокими магнитными свойствами обладает магнико, полученный лауреатом Сталинской премии проф. А. С. Займовским. Сплавы этой группы имеют исключительно высокие магнитные свойства (см. табл. 25), поэтому их стоимость на единицу запасенной магнитной энергий значительно ниже, чем высококобальтовой стали. Помимо литых магнитов, из этих материалов (исключая магнико) можно изготовлять прессованные и металлокерамические магниты. При прессовании магнитов порошок этих сплавов смешивается со смолой, например бакелитовой, и затем прессуется с применением нагрева. Преимущества прессованных и металлокерамических материалов заключаются в том, что из них можно изготавливать Магниты сложной конфигурации.

Викэллой—сплав кобальта, железа и ванадия. Викэллой допускает холодную прокатку, волочение хорошо обрабатывается резанием. Ленты и проволока из викэллоя пластичны. Викэллой дорог и в массовых изделиях не может конкурировать со. сплавами альни-магнико. Его применяют в технике звукозаписи и в производстве компасов и буссолей.

МАГНИТНО-МЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Магнитно-мягкие материалы—материалы с высокой магнитной проницаемостью, имеющие узкую, крутую петлю гистерезиса с малыми значениями коэрцитивной силы, при значительной величине остаточной индукции. Эти материалы характеризуются большими значениями проницаемости и применяются для изготовления сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов реле, электродвигателей и т. п.

Область применения магнитно-мягких материалов в радиотехнике определяется частотным диапазоном, в котором данный материал работает при умеренной величине потерь.

Вообще при звуковых частотах основную роль играют потери на гистерезис и последействие, при высоких частотах преобладают потери на вихревые токи. Поэтому магнитно-мягкие материалы, так же как и электроизолирующие материалы, необходимо подразделять в зависимости от диапазона, в котором они могут работать, на низкочастотные и высокочастотные.

1. МАГНИТНО-МЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ, РАБОТАЮЩИЕ В ОБЛАСТИ НИЗКИХ ЧАСТОТ (до 15 кгц)

Листоваяэлектротехническаясталь— материал, имеющий наибольшее распространение в радиотехнике при изготовлении сердечников трансформаторов, дросселей, реле, работающих в цепях низкой частоты — цепях силового питания аппаратуры, усилителях низкой частоты и т. п. Для понижения потерь на вихревые токи эти стали выпускаются для 50—100 гц листами толщиной 0,5 и 0,35 мм, а для звуковых частот — толщиной 0,2 -т- 0,05 мми в состав стали вводится до 4,5% кремния, который резко повышает ее удельное сопротивление. При изготовлении деталей из листов стали вырубают пластины различной конфигурации, которые затем собирают в пакеты (сердечники). Для изоляции пластин друг от друга, с целью повышения сопротивления вихревым токам, листы стали с одной стороны покрывают изоляционным лаком или оклеивают тонким слоем бумаги, а в некоторых случаях довольствуются слоем окалины, покрывающей стальные пластины после отжига. До настоящего времени стали для целей радиотехники не стандартизированы и изготовляются по специальным заказам. Стали для промышленной частоты (50—100 гц) согласно ГОСТ 802—41 выпускаются под марками: Э1, Э1А, Э1АБ, Э2, ЭЗ, Э4, Э4А, Э4АА и др. Эти марки расшифровываются следующим образом: Э — электротехническая сталь, цифра указывает степень легирования, т. е. содержание кремния; так, 1 — слаболегированная, 2 — среднелегированная, 3 — повышеннолегированная, 4 — высоколегированная; А — с повышенным удельным сопротивлением, АА — с особо низкими удельными потерями, Б — с повышенной магнитной индукцией.

Теплопроводность низкокремнистой листовой электротехнической стали Э1—0,192 вт/см° С,высококремнистой — 0,07 вт/см°С. Механические прочность и твердость увеличиваются с возрастанием процентного содержания кремния. Так, прочность на разрыв стали марки Э1 —35 кГ/мм², марки ЭЗ — 56 кГ/мм. С увеличением процентного содержания кремния, сталь становится менее пластичной, и если для марок Э1 и Э2 выдерживает вдоль проката 10 изгибов на 90°, то для марок ЭЗ—6 изгибов и для марок Э4—1 изгиб. Для целей радиотехники применяют главным образом стали марок Э4А, Э4АА, имеющие минимальные потери. Стали этих марок применяют как для токов промышленной частоты 50—100 гц, так и звуковой частоты до 15 000 гц. Однако применение этих сталей для изготовления деталей, работающих в цепях звуковой частоты, приводит к громоздкости этих деталей. Для уменьшения габаритов аппаратуры выпускаются стали марок ХВП, ВП-1, ВП-2, ВП-3, ВПТ, гайперсил, ТП.

Гайперсил — листовая электротехническая сталь, содержащая 3,25% кремния, подвергающаяся специальной комбинированной прокатке и обжигу в водороде при 1 200° С с покрытием Ленты перед отжигом специальными кислородосодержащими веществами. Применение гайперсила позволяет снизить намагничивающие ампервитки для данного значения .индукции в 5—8 раз. Удельные потери гайперсила в два раза меньше потерь стали Э4АА.

Сталь ХВП (холоднотянутая, с высокой проницаемостью) типа гайперсил. сталь ХВП характеризуется малыми потерями и высокими магнитными свойствами в слабых полях. Ее начальная магнитная проницаемость 500— 800 гс/эр, а стали Э4АА — 400 гс/эр; максимальная магнитная проницаемость 16 000—33 000 гс/эр; стали Э4АА— 500 гс/эр. Применение стали ХВП при изготовлении радиотрансформаторов позволяет существенно уменьшить их габариты. сталь ХВП выпускается двух марок: ХВП_С — средняя и ХВПл — улучшенная.

Советскоежелезо А р м к о, получаемое в мартеновских печах, имеет малое количество примесей, в сумме не более 0,16%. Его отжигают при 900—950° С.

Свойства советского железа Армко, листовых электротехнических сталей, гайперсила и стали ХВП приводятся в табл. 26. Помимо этих материалов, для радиотехнических деталей выпускают стали ВП и ВПТ. Они обладают высокими магнитными свойствами в слабых полях.

Сталь ВП (высокой проницаемостью) выпускается под марками ВП-1, ВП-2, и ВП-3 в гиде листов, толщиной

0,3—0,35 мм. Потери в стали ВП-2 не превышают 1 вт/кг при индукции 10 000 гс; магнитная проницаемость при индукции 100 гс равна 2 200.

СтальВПТ (с высокой проницаемостью, тонкая) выпускается толщиной 0,1—0.2 мм в листах. потери стали ВПТ при 50 гц 1 вт/кг для индукции 10 000 гс.

Электролитическоежелезо получают путем электролиза сернокислого или хлорного железа. Осажденное на катодах железо переплавляют в вакууме и отжигают. Электролитическое железо идет главным образом для изготовления магнитодиэлектриков. Оно имеет высокую индукцию насыщения (см. табл. 27).

Карбонильноежелезо получают путем разложения Fe(CO)5 нагреванием до 200—250° С. Образующийся при разложении Fe(CO)5 порошок чистого железа спекают в сплошную массу при температуре 1 000—1 200° С и прокатывают в листы. Карбонильное железо обладает высокой индукцией .насыщения (см. табл. 27). Помимо листового карбонильного железа, на основе карбонильного железа изготовляют магнитодиэлектрики.

Пермендюр — сплав железа с кобальтом и ванадием — материал с большой индукцией в полях 20—300 эр и выше. Пермендюр выпускается в виде листов, полос и лент толщиной 0,2-4- 1,6 мми прутков диаметром от 8 до 30 мм. Его применяют для производства электромагнитов, динамических репродукторов, в качестве мембран телефонов, работающих при слабом переменном токе, но при сильном подмагничивании постоянным током, так как в слабых полях свойства его невысоки (хуже, чем электростали).

Пермаллой — сплав железа и никеля, содержащий от 30 до 85% никеля. Лучшие сорта, как это видно из данных табл. 27, получаются при содержании никеля от 70 до 80%. Пермаллой хорошо обрабатывается и выпускается в виде листов. Его применяют как для постоянного тока, так и для токов звуковой частоты до 15 кгц.

Пермаллой обладает исключительно высокой магнитной проницаемостью в слабых полях, достигающей при специальной обработке 200 000. При постоянном токе пермаллой применяют в качестве сердечников реле, деталей измерительных приборов, в виде магнитных экранов и т. п. В области переменных токов пермаллой идет для изготовления сердечников трансформаторов и дросселей, работающих в слабых полях.

С увеличением частоты растут потери и уменьшается магнитная проницаемость пермаллоя. При частоте 15 ООО величина его начальной магнитной проницаемости имеет такой же порядок, как у стали марки Э4АА. При сборке пакетов из пермаллоя, удары и опрессовка не допускаются, затяжка пакетов должна быть относительно слабой, так как пермаллой чувствителен к механическим напряжениям.

Гиперник — сплав 50% железа и 50% никеля, типа пермаллоя, но более дешевый, применяется там же, где пермаллой.

Mo-пермаллой содержит 78,5% никеля, 3,8% молибдена, остальное железо. В отличие от пермаллоя имеет повышенное удельное объемное сопротивление.

Медистый м о-п ермаллой отличается высоким значением магнитной проницаемости и низкой остаточной индукцией.

Гиперник, мо-пермаллой и медистый мо-пермаллой выпускаются в виде листов, полос и лент толщиной от 0,01 до 0,3 мм, прутков диаметром 8 30 мм и проволоки диаметром 0,5 - 3 мм.

Альсифер — сплав алюминия, железа, силиция (кремния), содержащий до 13% алюминия и 15% кремния. Свойства альсифера резко меняются от состава. Лучшие магнитные свойства получаются при содержании 9,62% кремния и 5,38% алюминия. Сплавы альсифера хрупкие, твердые, и детали из них делают только путем фасонной отливки Возможна отливка деталей сложной формы, толщиной в несколько миллиметров. Из-за невозможности получения тонких листов альсифера в области повышенных частот он применяется только в виде магнитодиэлектриков. Литой альсифер применяют при постоянном токе в качестве магнитных экранов, корпусов приборов и т. п. Основное преимущество альсифера — отсутствие в составе его дефицитных металлов при наличии высокой магнитной проницаемости в слабых полях и большого удельного сопротивления.