Magnetisk järnlegering. Magnetiska legeringar med speciella egenskaper. Nickel, kobolt och deras legeringar

Perminvar - ternär legering (25% Co, 45% Ni, resten Fe) . Den magnetiska permeabiliteten för perminvar efter speciell värmebehandling i vakuum blir lika med 300 A/m. Mättnadsinduktionen når 1,55 T. Dess användning begränsas av produktionsteknikens komplexitet och höga kostnader.

Permendur - Fe-Co legering , som består av 30-50% kobolt, 1,5-2% V och resten är Fe. Denna legering kan arbeta i magnetiska fält med en styrka på 24000 A/m och har den högsta mättnadsinduktionen av alla kända ferromagneter, upp till 2,43 T.

På grund av dess höga kostnad används Permendur endast i specialiserad utrustning: för tillverkning av telefonmembran, oscilloskop, etc.

Följande legeringar används som termomagnetiska material för magnetiska shuntar: koppar-nickellegering - calmalloy, järn-nickellegering - termalloy, järn-nickel-krom-kompensator.

I dessa material, när temperaturen ökar, minskar det magnetiska flödet i magnetens arbetsgap. Nackdelen med calmalloy är dess låga mättnadsinduktion; för att öka den tillsätts järntillsatser till calmalloy. För att utöka arbetet i lågtemperaturområdet legeras järn-nickellegeringar med krom. Sådana legeringar kallas kompensatorer.

Amorfa magnetiska material (AMM). Sådana material erhålls genom snabb kylning från smält tillstånd utan kristallisation vid en kylningshastighet på upp till 106 °C/s. Dessa material har höga magnetiska egenskaper med ökat motstånd. Dessa inkluderar legeringar av järn och nickel med tillsatser av krom, molybden, bor, kisel och fosfor.

AMM kan användas i olika typer av specialtransformatorer, i magnetiska förstärkare, uppspelnings- och inspelningshuvuden.

Magnetoelektrik – material som består av ett konglomerat av partiklar av magnetiskt material med låg koercivitet, isolerade sinsemellan av ett organiskt eller oorganiskt dielektrikum, som också spelar rollen som ett förbindande element. Eftersom partiklarna i den ferromagnetiska fasen är isolerade har magnetoelektriska komponenter hög resistivitet och låga virvelströmsförluster, men har en reducerad magnetisk permeabilitet. De kännetecknas av obetydliga hysteresförluster och hög permeabilitetsstabilitet.

Elektrisk isolering av ferromagnetiska partiklar är gjord med flytande glas och olika hartser (polystyren, fenol-formaldehydharts). Storleken på ferromagnetiska partiklar är d=10 -2 -10 -4 cm.

De mest använda magnetoelektrikerna är baserade på karbonyljärn, alsifer och molybdenpermalloy.

Tekniken för att tillverka produkter från magnetoelektrik består av att bereda ferromagnetiskt pulver, pressa produkten och bearbeta.

Magnetoelektrik är designad för att fungera i svaga magnetfält, nära koercitivkraftens värde och används i högfrekvent trådkommunikation och radioelektronik, eftersom deras magnetiska permeabilitet svagt beror på frekvensen.

Ferriter. Den största fördelen med ferriter är kombinationen av höga magnetiska parametrar med hög elektrisk resistans, 10 3 -10 13 gånger större än motståndet hos ferromagnetiska metaller.

Ferriternas kemiska sammansättning kan skrivas med den kemiska formeln MeO-Fe 2 0 3 eller Me 2+ Fe 2 3+ O 4 2-, där tvåvärda metalljoner används: Mn 2+, Fe 2+, Co 2+, Ni2+, Zn2+, Cd2

Namnet på ferriter bestäms av den karakteriserande metalljonen, till exempel NiFe 2 0 4 - nickelferrit, ZnFe 2 0 4 - zinkferrit. Strukturen hos ferrit liknar strukturen hos det naturliga mineralet - ädel spinell MgAl 2 O 4, vilket är anledningen till att de kallas ferrospineler. Denna struktur är ett ansiktscentrerat tätpackat kubiskt gitter, i vilket den närmaste packningen bildas av relativt stora syrejoner (jonradie 0,132 nm). Metalljoner med mindre jonradie (0,04-0,1 nm) finns i utrymmena mellan syrejoner. Det finns två typer av utrymmen i en struktur av spinelltyp: tetraedrisk - bildas av fyra syrejoner, och oktaedrisk, bildad av sex syrejoner. I mitten av dessa luckor finns metalljoner.

Den kubiska enhetscellen innehåller 64 tetraedriska och 32 oktaedriska utrymmen. I spinellstrukturen upptar metalljoner åtta tetraedriska ( A-platser), och 16 oktaedriska (B-platser) utrymmen.

Fördelningen av två- och trevärda metalljoner över platserna för kristallgittret har en signifikant effekt på ferriternas magnetiska egenskaper. Beroende på fördelningen av metalljoner övervägs tre typer av spineller:

a) normal spinell – c A-noderna innehåller tvåvärda metalljoner och B-noderna innehåller trevärda järnjoner. Kemisk formel:

Jag 2+ O 4 2-

b) inverterad spinell – A-noder innehåller en del av ferrijärnjonerna, och i B-noder – den återstående delen av ferrijonerna och tvåvärda metalljoner, kemisk formel:

Fe 3+ O 4 2- ,

Var X– andel järnjoner i A-noder:

c) blandad spinell - joner av två- och trevärd metall och järn uppträder samtidigt i A Och B knutpunkter:

Ме x 2- Fe 1- x 3+ [Ме 1- x 2+ Fe 1+ x 3+ ]О 4 2- .

Jonfördelning över A- Och B-ställena bestäms av följande faktorer: a) jonradie; 6) konfigurationen av de elektroniska skalen av joner; c) elektrostatisk energi.

Det noterades ovan att det i ferriter finns en indirekt utbytesinteraktion, vilket leder till en antiparallell orientering av de magnetiska momenten hos närliggande joner. Hos ferrospineller är närliggande joner joner som finns i A- Och I-knutpunkter (A-B-interaktion), att man kan tänka sig ett gitter som består av en magnetisk relation av två subgitter A Och I. Dessutom, inuti subgittren visar sig jonernas magnetiska moment vara parallella med varandra och den totala magnetiseringen av ferriten kan representeras som skillnaden i magnetiseringen av subgittren - oktaedrisk Mv( I) och tetraedrisk Ma ( A Ms = |Mb-Ma |.

Om magnetiseringen är ojämn, vilket observeras i fallet med ferriter, sker spontan magnetisering.

Zink- och kadmiumferriter, som har en normal spinellstruktur, är icke-magnetiska, eftersom diamagnetiska Zn 2+ och Cd 2+-joner upptar A-noder, därigenom interaktion A-B elimineras, interaktionen i subgitter B ( I-I-interaktion) är liten och kan inte skapa ordning av magnetiska moment.

När temperaturen ökar förstörs den magnetiska ordningen och den spontana magnetiseringen minskar, vilket liknar beroendet för metalliska magnetiska material.

Ferritproduktionsteknik. Ferriter tillverkas med hjälp av keramisk teknik, d.v.s. blanda oxider och karbonater av vattenolösliga metaller och metoden för termisk nedbrytning av salter av olika metaller. Tekniken för att framställa ferriter genom att blanda oxider eller karbonater är den enklaste och består av följande: de initiala komponenterna vägs och utsätts för första malning och noggrann blandning i kul- eller vibrationskvarnar. Sedan, efter torkning och pressning av briketterna (eller granuleringen), utförs förbränning vid en temperatur flera hundra grader lägre än den slutliga bränningstemperaturen. Detta följs av en andra malning och pulvret används för att framställa ferritprodukter genom pressning i stålformar, extrudering genom ett munstycke eller varmformsprutning. För att öka plasticiteten införs mjukgörare (polyvinylalkohol, paraffin) i ferritpulver. Den slutliga bränningen av ferritprodukten utförs vid en temperatur av 1100-1400°C. För sintring av partiklar och slutlig ferritisering i fast fas enligt typ:

MeO + Fe 2 0 3 → MeFe 2 0 4

Ferritprodukter kännetecknas av hög hårdhet och sprödhet, så de bearbetas med ett diamantverktyg genom att skära, slipa, polera, stansa hål med ultraljud och ultraljudslödning av ferriter till varandra och till metaller. Ferritdelar limmas med polystyren och epoxilim.

Ferriter enligt deras egenskaper delas in i mjukmagnetisk och hårdmagnetisk.

Magnetisk mjuk Ferriter är fasta lösningar av enkla ferriter av följande typer:

a) nickel-zink, som representerar fasta lösningar av nickelferrit NiFe 2 0 4, och zinkferrit ZnFe 2 O 4:

Ni 1- x Zn x Fe 2 0 4,

Var X andel zinkkoncentration i ferrit.

Att öka zinkkoncentrationen till en viss gräns (x=0,4-0,6) leder till en ökning av mättnadsmagnetisering, induktion och magnetisk permeabilitet och en konstant minskning av Curie-temperaturen;

b) mangan-zink - fasta lösningar av manganferrit MnFe 2 0 4 och zinkferrit ZnFe 2 0 4. Sådana ferriter har en lägre förlusttangens i frekvensområdet 1 MHz;

c) litiumtyp Li 0,5 Fe 2,5 0 4 har en inverterad spinellstruktur, har den högsta mättnadsinduktionen och används vid frekvenser upp till 200 MHz.

Mjuka magnetiska ferriter är markerade: i första hand är det ungefärliga värdet av magnetisk permeabilitet, och sedan bokstäver som definierar frekvensområdet: H - lågfrekvensområde (0,1-50 MHz), HF - högfrekvens (50-600 MHz) och sedan bokstäver som anger materialets sammansättning: M – mangan-zink, N – nickel-zink, de är också märkta med märket HF. Till exempel lågfrekvent 20000NM, högfrekvent 150HF.

Ferriter med rektangulär hysteresögla. Magnetiska material med en rektangulär hysteresloop (HHL) är särskilt viktiga i automatiska styranordningar för, datorutrustning och omkopplingsdrosslar.

En viktig indikator på egenskaperna hos material med PPG är kvadratisk koefficient för hysteresloopen κ pu, som definieras som förhållandet mellan den kvarvarande induktionen och den maximala magnetiska induktionen:

K pu =B r/B max<1

Material med PPG måste ha en kort magnetiseringstid (tidpunkt för förändring av induktionstecknet med + I r på - I r, som bör vara ungefär 10 -7 -10 -9 s), har hög temperaturstabilitet av magnetiska parametrar.

Vissa metallegeringar av järn och nickel (permalloy) och järn-nickel-kaboltlegeringar med en kobolthalt på 30 till 55 %, legerade med koppar eller andra metaller, har PPG. De tillverkas i form av band med en tjocklek som sträcker sig från några till flera hundra mikrometer, deras kvadratiska koefficient är från 0,85 till 0,98. Rullande mikronband, dess värmebehandling och tillverkning av kärnor är svårare än produktion av produkter från ferriter, därför används ferriter med PPG mer allmänt. PPG i ferriter realiseras under en viss sammansättning och sintringsförhållanden.

Industrin har bemästrat produktionen av över 25 kvaliteter av ferriter med PPG. Magnesium-mangan och litiumferriter med spinellstruktur används ofta. För att förbättra deras egenskaper är de dopade med joner av zink, kalcium, koppar, natrium, etc. De viktigaste egenskaperna hos ferriter med PPG är följande: kvadratisk koefficient κ pu = 0,9-0,94; restinduktion Br =0,15-0,25 T, Curietemperatur Tk =110-250°C (för magnesium-manganferriter); 550-630°C (för litium), koercitivkraften för ferriter som används i automatiska styrkretsar är i intervallet 10-20A/m, för material som används inom datorteknik - 100-1200A/m.

Ferriter med PPG produceras i form av ringkärnor av olika storlekar eller ferritplattor (brädor) med ett stort antal hål som fungerar som kärnor, till exempel för minnesenheter produceras kort med måtten 15x15mm som innehåller 16*16= 256 hål.

Nackdelarna med ferriter med PPG inkluderar lägre temperaturstabilitet hos parametrar än metallegeringar.

Att lösa vetenskapliga och tekniska problem förknippas ofta med sökandet efter material som har egenskaper som naturmaterial inte har. Sådana progressiva utvecklingar inkluderar precisionslegeringar, i synnerhet Invar.

Precisionslegeringar betyder de metallegeringar som ger ytterligare, förutbestämda egenskaper till den valda basmetallen. Ibland är det möjligt att erhålla unika fysikaliska, kemiska eller mekaniska egenskaper. Det slutliga resultatet bestäms av procentandelen av varje metall i legeringen. Följande metaller används för att tillverka sådana legeringar: järn, nickel, koppar, kobolt och många andra.

En mycket intressant grupp består av precisionslegeringar som har så kallade anomala egenskaper. Till exempel förändras deras fysiska egenskaper praktiskt taget inte, eller förändras inom små gränser, när yttre påverkan förändras:

omgivningstemperatur;
magnituder och egenskaper hos magnetiska och elektriska fält (amplitud, frekvens, fas och polarisation);
ökning eller minskning av mekaniska belastningar;
exponering för reaktiva miljöer.

Det finns cirka tolv av de mest använda liknande legeringarna. De vanligaste: invar (magnetisk legering av järn och nickel), elinvar, constantan, perminvar, manganin.

Invar fick sitt namn från det latinska ordet för "oföränderlig". Den skapades för ganska länge sedan - redan 1896 av den schweiziska kemisten och metallurgen Guillaume. Men egenskaperna hos denna legering uppskattades mycket senare. Författaren fick själv Nobelpriset i fysik för denna upptäckt. Utvecklare av precisionsmätutrustning ägnade särskild uppmärksamhet åt de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos invar.

Fysikalisk-kemiska egenskaper hos invar

Invar är en legering av järn och nickel. Procentandelen av dessa metaller fördelar sig enligt följande: järn - 64%. Nickel -36%. Själva legeringen med det latinska namnet "Invar" är registrerat som varumärke av ArcelorMital. Den har dock inte alla rättigheter att göra Invar. I Ryssland tillverkas denna legering enligt GOST med sitt eget namn. Den vanligaste och mest använda är Invar 36H.

Fysiska egenskaper inkluderar:

Termisk expansionskoefficient. Den är ganska låg över ett mycket brett temperaturområde (från -80°C till +100°C).
Smält temperatur. Det är 1430°C.
Gränsen för mekanisk hållfasthet är 49 kgf/mm 2.
Densiteten för standardlegeringen är 8130 kg/m³,

Dessa unika fysikaliska egenskaper beror på följande kemiska egenskaper:

Den har en karakteristiskt uttalad enfasstruktur.
Den lilla termiska expansionskoefficienten förklaras av det faktum att vid uppvärmning kompenseras den allmänna termiska expansionen av en magnetostriktiv minskning av det volymetriska indexet.

För att förbättra dess egenskaper utsätts den för olika typer av mekanisk bearbetning. För att öka styrkan utförs kall plastisk deformation och sedan värmebehandling vid låga temperaturer. Ökat motstånd mot korrosion uppnås genom speciell polering. Hög motståndskraft mot aggressiva yttre miljöer uppnås genom att applicera speciella skyddande beläggningar.

Ofta används i praktiken två typer av invar: superinvar med reducerad linjär expansionskoefficient och rostfri invar, som innehåller järn (nästan 37%), kobolt (minst 54%), krom (ca 9%).

Tillämpning av Invar

Denna legering av järn och nickel är gjord i form av tråd eller tunn platt remsa. Ibland, på kundens begäran, får den en annan form. Detta kan vara: små ark, stavar eller tejp. Förbättring av egenskaper säkerställs genom att skapa speciella tekniska förhållanden: smältning, efterföljande värmebehandling, specifik deformation och ytbehandling.

Invar används för tillverkning av vissa delar av enheter, mät- och experimentutrustning, som inte bör ändra sina linjära dimensioner beroende på förändringar i omgivningstemperaturen. Olika sensorer, energiomvandlare och en av komponenterna i bimetalliska element är gjorda av denna legering. På grund av dess egenskaper användes den för att tillverka längd- och massastandarder.

Invar används också i hushållsapparater: TV-apparater, radioapparater, ljud- och videoinspelare och vissa modeller av pendelklockor med hög precision.

Den lilla storleken på delarna, komplexiteten och de höga produktionskostnaderna kräver noggrann hantering av utrustning som innehåller precisionslegeringar som Invar.

Varianter av Invar används i produktionen av metall-glasövergångar, membranbehållare för transport av flytande gas och i mikroelektronik som chipsubstrat, laserhus och vågledare. På senare tid har pålitliga svetstekniker utvecklats. Detta gjorde det möjligt att avsevärt utöka tillämpningsområdet för dess tillämpning.

Till skillnad från hårdmagnetiska material - legeringar för permanentmagneter, där det krävs en hög koercitivkraft, representeras en stor grupp av magnetiska legeringar av de så kallade mjuka magnetiska legeringarna, som först och främst måste ha en låg koercitivkraft.

Om hög magnetisk hårdhet uppnåddes genom att erhålla en icke-jämvikt, starkt dispergerad struktur, är det för att erhålla magnetisk mjukhet nödvändigt att komma så nära jämviktstillståndet som möjligt, och det är också nödvändigt att erhålla stora korn och eliminera källor som orsakar gitterförvrängningar och fragmentering av block.

Förutom låg koercitivitet måste mjuka magnetiska material även ha hög magnetisk permeabilitet i svaga, medelstora eller starka fält, låga magnetiseringsförluster, etc.

Naturligtvis är de mest lämpliga mjuka magnetiska materialen rena metaller, i första hand rent (tekniskt rent) järn. I vissa begränsade fall används legeringar baserade inte bara på järn, utan också på andra metaller - nickel och kobolt.

Låt oss överväga vissa typer av mjuka magnetiska material.

Tekniskt järn är praktiskt taget nästan rent järn, där alla föroreningar, särskilt kol, är skadliga och därför är deras innehåll strikt begränsat.

Industrin producerar två kvaliteter av tekniskt järn (baserat på kemisk sammansättning), som var och en i sin tur är indelad i kvaliteter baserade på magnetiska egenskaper (tabellerna 96, 97).

Tabell 96. (se skanning) Kemisk sammansättning av tekniskt järn, % (inte mer)

Järns magnetiska egenskaper (förutom dess renhet) beror också på dess strukturella tillstånd. Härdning försämrar kraftigt de magnetiska egenskaperna, medan kornförgrovning förbättrar den. I vanliga industriella järnkvaliteter erhålls koercivitet i storleksordningen 1 Oe eller något lägre, medan ett lägsta koercitivitetsvärde på 0,01 Oe erhålls på mycket grovkornigt rent järn.

För att få stora korn och eliminera arbetshärdning glödgas metallen vid höga temperaturer. Tekniskt rent järn används för tillverkning av kärnor, reläer och DC-elektromagneter, magnetiska skärmar, poler av elektriska maskiner och andra delar.

Elektriskt stål är en ferritisk legering av järn och kisel (se fig. 280).

Den fasta lösningen av järn-kisel, på grund av förvrängningar i gittret orsakade av närvaron av främmande kiselatomer i det, har en högre tvångskraft än rent järn, men i denna legering kan stora korn erhållas vid upphettning, vilket gör inte krossas vid kylning, eftersom det inte sker någon a-transformation, och detta leder i praktiken till att värdet av tvångskraften i ett sådant material inte är större än i vanligt järn. Det högre elektriska motståndet hos kiseldopad ferrit minskar förluster på grund av Foucault-strömmar.

Elektriskt stål tillverkas i form av tunna plåtar, som används för tillverkning av transformatorkärnor, magnetiska kärnor i elektriska maskiner och växel- och likströmsanordningar.

Elektriska stålplåtar är indelade efter kvalitet (främst efter tjocklek), produktionsmetod (kallvalsad och varmvalsad plåt), grad av anisotropi, samt grundläggande magnetiska egenskaper (magnetisk induktion och specifika förluster) och graden av kisellegering.

För elektriska stålplåtar har ett annat märkningssystem antagits än för konventionella stål. Dessa stål är märkta enligt följande: den första bokstaven E följs av två eller flera siffror. Den första siffran efter bokstaven E visar kiselhalten (kiselhalt inom:

Tabell 97. Magnetiska egenskaper hos tekniskt järn

2,8-3,8 %, 3,8-4,8 % indikeras med siffror: I, 2, 3, 4). Den andra siffran kännetecknar nivån på elektriska egenskaper (ju högre siffra, desto högre dessa egenskaper). Ibland placeras en eller två nollor efter de två första siffrorna. En nolla anger att stålet är kallvalsat, texturerat (se nedan), två nollor anger att stålet är kallvalsat, lätt strukturerat.

Kvaliteten betyder alltså elektriskt varmvalsat stål av andra nivån vad gäller elektriska egenskaper, och kvaliteten betyder samma stål, men kallvalsat, lätt strukturerad.

Av ovanstående följer att endast legeringar är ferritiska. Deras magnetiska egenskaper är högre, men de är mer ömtåliga.

Järnkristaller kännetecknas av en uttalad anisotropi av magnetiska egenskaper. Kanten på en kub är den enklaste magnetiseringsaxeln, så att få en kubkantstextur skulle öka den magnetiska permeabiliteten i en riktning, men minska den i den andra (vinkelrätt mot den första) riktningen.

Så höga magnetiska egenskaper kan erhållas på legeringar med hög renhet (särskilt kol), med stora korn och en strukturerad struktur. Produktionstekniken ska säkerställa att ett sådant tillstånd erhålls.

Modern teknik för tillverkning av högkvalitativa elstål är följande: smältning av stål med en given kiselhalt och minimalt kol (i praktiken är kolhalten ungefär då varmvalsning till en så kallad "vals" med en tjocklek på 2,5 mm och efterföljande kallvalsning till en tjocklek av mm Innan kallvalsning utförs glödgning vid I detta fall reduceras kolhalten till . Den slutliga glödgningen utförs för att avlägsna härdning och förstora kornen vid i väteatmosfär Om den tidigare kalla deformationen var signifikant erhålls en texturerad struktur (texturgraden är ungefär om deformationen var mindre än 7-10 %, då erhålls den så kallade lågtexturerade strukturen. Slutligen, om valsning är utförs endast i varmt tillstånd, då blir det ingen textur - de magnetiska egenskaperna längs och över valsningen blir desamma Texturerat elstål kallas transformatorstål och icke-texturerat elstål kallas dynamiskt stål.

Det bör tilläggas att de specifika förlusterna på grund av magnetiseringsomkastning är lägre, ju tunnare plåten är, därför tillverkas elektriskt stål endast i form av tunna plåtar med en tjocklek på 0,35 och 0,50 mm.

Om stålet under tillverkningsprocessen av transformatordelar utsattes för till och med lätt plastisk deformation (till exempel skärplåt, böjning), försämras de magnetiska egenskaperna.

Sammanfattningsvis i tabell. 98 ger data om egenskaperna hos stålplåt

Järn-nickellegeringar (permalloys) - inom vissa, snäva gränser för nickelhalten (ca) har en exceptionellt hög initial magnetisk permeabilitet (Fig. 385), medan den för vanligt tekniskt järn är ungefär tio gånger mindre, vilket är mycket viktigt för apparater verkar i svaga områden (radio, telefon, telegraf).

Egenskaperna hos permalloy av den klassiska kompositionen beror avsevärt på värmebehandling. Legeringen erhåller den högsta initiala magnetiska permeabiliteten när den värms vid höga temperaturer i en väteatmosfär (för att förstora kornen, ta bort kolföroreningar och eliminera kvarvarande spänningar). Kylning i ett magnetfält förbättrar magnetiska egenskaper. Ju högre Curie-punkten för legeringen är, desto större effektivitet har magnetisk behandling. Det är därför

Tabell 98. (se skanning) Elektromagnetiska egenskaper hos elektrisk stålplåt

magnetisk behandling förbättrar mest märkbart egenskaperna hos legeringen vars Curie-punkt har den högsta temperaturen, vilket ökar den initiala magnetiska permeabiliteten till

Legeringar med (hyperniki) används också. Utan komplex bearbetning är de överlägsna permalloy i magnetiska egenskaper, men underlägsna dem om en sådan komplex bearbetning utförs.

Förutom dubbla järn-nickellegeringar används också mer komplexa kompositioner med ytterligare legering med kisel, molybden, mangan och koppar. Dessa element ökar det elektriska motståndet, vilket gör det möjligt att använda dem vid högre och högre frekvenser, minskar känsligheten för arbetshärdning (detta är påverkan av molybden) och ökar egenskapernas stabilitet (påverkan av koppar).

Ris. 385. Initial magnetisk permeabilitet för legeringar

Sammansättningen av permalloys är inte exakt specificerad av de tekniska specifikationerna; märket anger endast den ungefärliga sammansättningen av legeringen, men de magnetiska egenskaperna måste säkerställas. Vissa permalloylegeringar och deras viktigaste magnetiska egenskaper, beroende på plåttjockleken och garanteras av tekniska specifikationer, listas i tabell. 99.

Detta material har en extremt låg termisk expansionskoefficient, så även om elektronstrålarna värmer masken, påverkar det inte bildens färgrenhet negativt. Hålen i metallnätet fungerar som ett sikte (om än inte korrekt), vilket säkerställer att elektronstrålen bara träffar de fosforelement som krävs och endast i vissa områden. Skuggmasken skapar ett rutnät av enhetliga prickar (även kallade triader), där varje punkt består av tre fosforelement av primärfärgerna – grönt, rött och blått – som lyser med olika intensitet när de utsätts för strålar från elektronkanoner. Genom att ändra strömmen för var och en av de tre elektronstrålarna kan du uppnå en godtycklig färg på bildelementet som bildas av en triad av punkter.

Storleken på pistolernas elektroniska ström och följaktligen pixlarnas ljusstyrka styrs av signalen som kommer från videoadaptern.

På den del av kolven där elektronkanonerna är placerade, sätt på

avböjningssystemmonitor, som tvingar elektronstrålen

gå igenom alla pixlar en efter en rad för rad från topp till botten, återgå sedan till början av den översta raden osv.

Antalet rader som visas per sekund anropas

horisontell skanningsfrekvens. Och frekvensen med vilken bildramarna ändras kallasbildfrekvens.

LCD-skärm

LCD-skärm(LCD-skärm, LCD, engelsk Liquid crystal display, LCD), även Liquid crystal monitor (LCD-monitor) - en platt display baserad på flytande kristaller, samt en monitor baserad på en sådan display.

LCD TFT (engelska: Thin film transistor) är en typ av flytande kristalldisplay som använder en aktiv matris som styrs av tunnfilmstransistorer. En förstärkare används för varje subpixel för att förbättra skärmens prestanda, kontrast och klarhet.

LCD-skärmar med flytande kristaller utvecklades 1963 vid RCA:s David Sarnoff Research Center i Princeton, New Jersey).

Varje pixel i LCD-matrisen består av ett lager av molekyler mellan två transparenta elektroder och två polariserande filter, vars polarisationsplan är (vanligtvis) vinkelräta. I frånvaro av flytande kristaller blockeras ljuset som sänds ut av det första filtret nästan helt av det andra.

Funktionsprincipen för LCD är baserad på användningen av flytande kristaller. De kallas vätska eftersom de är vätskor och kristaller på grund av deras egenskapers anisotropi: till exempel kan deras transparens bero på riktningen för ljuset som faller in på ett prov av denna vätska. Deras kristallina egenskaper uppstår från formen på molekylerna - i flytande kristaller är den långsträckt. Dessa molekyler i vätska är orienterade i en riktning

Om ljus appliceras på en sådan vätska kommer följande att hända: endast ljus med linjär polarisation kommer att passera genom de orienterade molekylerna, vars plan sammanfaller med molekylernas orientering.

LCD-skärmar använder flytande kristaller på följande sätt. Ta två glasplattor med ett tunt lager flytande kristaller mellan dem. De inre sidorna av plattorna är prickade med spår så att molekylerna vid deras yta är orienterade i en viss riktning. Och dessa riktningar är vinkelräta mot dessa plattor.

Det visar sig att i en glasplatta är molekylerna orienterade, säg vertikalt, och i den andra är de redan horisontella. Detta leder till det faktum att i vätskans tjocklek roterar orienteringen av molekylerna från en glasplatta till en annan; i allmänhet bildas en spiral, som bildas av molekylernas orientering.

Om vertikalt polariserat ljus passerar genom den första plattan, passerar det obehindrat in i vätskan. Och sedan, på grund av rotationen av orienteringsaxeln för molekyler i vätskeskiktet, roterar ljusets polarisationsaxel också på samma sätt. När ljuset kommer ut till en annan platta är dess polarisationsaxel redan vinkelrät mot den initiala.

Plattor med flytande kristaller mellan dem är bara hälften av strukturen. Faktum är att ljus består av vågor med olika polarisation, inte bara vertikala som i exemplet. Denna blandning måste filtreras. Och detta görs med hjälp av ett polariserande filter. Ett filter är placerat på utsidan av glasplattorna, och de är också vinkelräta, liksom axlarna för plattornas flytande kristaller. När en blandning av ljusvågor med olika polarisationer träffar ena sidan av detta system tillåter det första filtret endast vertikalt polariserade vågor att passera igenom. De passerar genom flytande kristaller och går ut till det andra filtret med horisontell polarisation. Sedan passerar de obehindrat genom det andra filtret, eftersom det har horisontell polarisation. Så systemet är transparent. Naturligtvis överför den inte allt ljus, bara med en viss polarisation, men överlag är det genomskinligt.

För att orienteringen av molekylerna ska bli vinkelrät mot elektrodernas plan räcker det att anbringa en spänning från den horisontellt orienterade glasplattan till den vertikalt orienterade glasplattan. För detta ändamål används transparenta elektroder. De appliceras på den inre ytan av glasplattor. Om spänning appliceras på dessa elektroder kommer lagret av flytande kristaller mellan dem att ändra orienteringsriktningen och monitorn blir ogenomskinlig på denna plats. Graden av opacitet beror på spänningen. Så om formen på elektroderna är kvadratisk, kommer vi att få en mörk fyrkantig pixel genom att applicera spänning på dem. Det är inte svårt att gissa att om polarisatorernas axlar sammanfaller, om vi applicerar spänning på elektroderna, kommer pixeln i det här fallet att vara tvärtom genomskinlig. Områden utan spänning kommer att vara mörka.

I själva verket är bildskärmens design som följer: från baksidan av matrisen tillförs diffust vitt ljus till den. Den träffar matrisen och passerar genom den endast på de ställen där pixlarna tillåter det. På grund av färgfilter i pixlarna färgas vitt ljus, och genom att ändra pixlarnas genomskinlighet med hjälp av spänning ändrar ljuset sin intensitet.

Avslutningsvis kommer vi att uppehålla oss vid några av de magnetiska egenskaperna hos järn och dess legeringar. Generellt sett använder vi i vanlig praktik fortfarande sällan järn i sin rena form, A vi använder dess föreningar eller legeringar. De vanligaste föroreningarna är kol (C) och svavel (S); Det är extremt svårt att bli av med dessa föroreningar.

På senare år har tekniken för att tillverka kemiskt rent järn börjat utvecklas. För att erhålla ren metall raffineras järn elektrolytiskt och smälts sedan i vakuum för att avlägsna väte och andra gaser. Järnet som erhålls på detta sätt har mycket värdefulla magnetiska egenskaper, men är fortfarande relativt dyrt. Följande siffror för hysteresförluster (i ergs per cm 3, per 1 cykel) låter oss bedöma egenskaperna hos vakuumjärn.

För närvarande används järn-kisel (Si)-legeringar mest inom elektroteknik.

Följande tabell visar, som ett exempel på vad som kan uppnås i detta fall, värdena på förluster per

hysteres för två typer av kiseljärn (legering av vakuumjärn med kisel):

Storleken på hysteresförlusterna för Fe-Si-legeringar fluktuerar kraftigt med förändringar i Si-innehållet, vilket illustreras av kurvorna i figur 100.

Dessa uppgifter gäller legeringar av vanligt järn och kisel. Det framgår också av kurvorna att legeringen med en andel kisel på 1,7 % har minimala förluster på grund av hysteres. I praktiken höjs dock ofta kiselhalten till 3,5-4 % (transformatorjärn) för att öka järnets elektriska resistans och minska förlusterna på grund av Foucault-strömmar.

Förhållandet mellan kiselinnehåll och resistivitet visas i tabellen:

För närvarande är de vanligaste typerna av kiseljärn inom elektroteknik: dynamiska. innehållande 1,7% Si, och transformator innehållande från 3,5 till 4% Si

Bland andra legeringar är legeringar av järn och nickel av särskilt intresse. Båda dessa material har individuellt höga magnetiska egenskaper, men i en legering ger järn och nvkkel en hel rad material - från helt praktiskt taget omagnetiska till de med exceptionellt höga magnetiska egenskaper. Dessa legeringar skiljer sig i ytterligare en egenskap. De uppvisar nämligen under vissa förhållanden en mycket uttalad instabilitet i sina magnetiska egenskaper. Det sedan länge kända icke-magnetiska stålet, med en sammansättning av 75 % Fe + 25 % Ni, har en magnetisk permeabilitet m = 1,4 vid vanliga temperaturer. När det kyls till -200°C visar det sig vara ett högmagnetiskt material och kan, när det värms långsamt, behålla sin magnetism vid rumstemperatur. Men mekaniska stötar leder igen till det tidigare värdet av magnetisk permeabilitet m = 1.4. En liknande instabilitet observeras i vissa högmagnetiska legeringar av järn och nickel, som diskuteras nedan.

Det är intressant att spåra förändringen i magnetiska egenskaper hos legeringarna i fråga med förändringar i Ni-halten. Förändringens natur

visas i figur 101.

Här visas den högsta magnetiska permeabiliteten som en funktion av nickelprocent. Från denna kurva är det tydligt att vi inom ett mycket snävt område, runt 78,5 % nickel, har en kraftig ökning av magnetisk permeabilitet. En legering av 78,5% Ni+21,5% Fe kallas permalloy. Den har den högsta magnetiska permeabiliteten av alla kända material. På N= 0,06 gauss m når 90 000. För att jämföra egenskaperna hos permalloy och mjukt järn visas kurvor i figurerna 102 och 103, av vilka det följer att för att få samma induktion i svaga fält kräver permalloy ungefär 20 gånger mindre magnetiseringskraft.

Men permalloy är snabbt mättad och vid höga induktioner är dess permeabilitet lägre än järns. Detta bestämmer till stor del användningsområdet för permalloy. Det är klart att det bara kan vara användbart i de fall vi har att göra med mycket svaga magnetfält. Liknande förhållanden uppstår mycket ofta i olika enheter som finns i svagströmsteknik. Förresten, permalloyband användes nyligen med stor framgång för att kompensera för kapacitansen hos undervattenstelegrafkablar med Krarup-metoden. Erfarenheten visar att för att permalloy ska ha korrekta magnetiska egenskaper måste den utsättas för mycket noggrann värmebehandling. Samtidigt är det också nödvändigt att komma ihåg att de höga magnetiska egenskaperna hos permalloy är mycket instabila, som redan indikerats ovan. Mekaniska stötar, eller till och med bara stora mekaniska spänningar, förstör lätt strukturen hos permalloy, som har egenskaper värdefulla för tekniken. Således kräver enheter där permalloy används en mycket uppmärksam attityd och stor omsorg när de arbetar med dem. På grund av denna instabilitet hos permalloy går de i vissa fall till viss del för att minska de magnetiska egenskaperna för att få ett mer motståndskraftigt material. Till exempel har de nyligen börjat använda en legering med en sammansättning av 50% Fe + 50% Ni.