Файл: Стабильность свойств ферритов. (Анализ физических свойств при внешних воздействиях, прогнозирование. Элементы проектирования).pdf

При воздействии положительной температуры и электромагнитного поля временная нестабильность уменьшается, эта нестабильность вычисляется с по­

мощью выражения: Др./ц. = р.а Af — а (b -J- kf)xiA-\-a.aH,

где ан— коэффициент амплитудной нестабильности маг­ нитной проницаемости, Н — напряженность электромаг­ нитного поля; А — множитель, характеризующий изме­ нение временной стабильности при данной температуре и напряженности электромагнитного поля. Он находится в пределах О^іАг^І в зависимости от напряженности электромагнитного поля и температуры. Для электро­ магнитных полей с напряженностью до 8 А/м А= 1. Зна­ чения этого коэффициента для различных полей, темпе­ ратур и марок ферритов, приведены на рис. 2.27.

з — 6000НМ. Цифровые индексы обозначают темперагу-

ры: 1 — 30 °С; 2 — 70°С; 3 — 100 °С и 4 — 125°С.

Приведенные аналитические выражения позволяют определить величину нестабильности для ферритовых магнитопроводов всех конфигураций, пользуясь извест­ ным соотношением:

=fra At - а (Ь+ K f ) тМ + ааН\.

Зная характер изменения магнитной проницаемости, можно рекомендовать предварительную «тренировку» магнитопроводов с целью повышения их временной ста­ бильности в режиме эксплуатации.

На рис. 2.28 показано, как повышается стабильность, если тренировка производится в течение 500 ч. Здесь же иллюстрируется характер изменения коэффициента А для марки 2000НМ1 при различных температурах и на­ пряженностях полей. На основе математического опи­ сания изменений проницаемости осуществлен теорети­ ческий расчет нестабильности, который хорошо согла­ суется с результатами эксперимента. На рис. 2.28,а при­ ведены относительные изменения начальной магнитной проницаемости магнитопровода без предварительной

63-

Рис. 2.27.

6 4

4 ”,%

ß1

тренировки, а на рис. 2.28,6 — изменения начальной маг­ нитной проницаемости после тренировки в режиме экс плуатации в течение 500 ч. Сплошные кривые соответ­ ствуют результатам эксперимента, штрихпунктирные — теоретическим кривым. Цифры на кривых обозначают режимы эксплуатации: 1 — воздействие «чистой» темпе­ ратуры; 2, 3, 4 — воздействие полей 0,8 А/м, 8 А/м, 16 А/м соответственно.

Магнитожесткие ферриты. Необходимо отметить вы­ сокую стабильность электромагнитных параметров фер­

Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Анализ эксплуатационной надежности радиоэлектронной аппа­ ратуры на основе ферритов с ППГ показал, что отказы последних из-за временного изменения электромагнит­ ных параметров ферритовых сердечников практически отсутствуют. Результаты проведенных работ подтверди­ ли высокую стабильность ферритов с ППГ. Изменения электромагнитных параметров этих ферритов как в ус­ ловиях хранения, так и при воздействии положительных температур (до 100°С) находятся в пределах погреш­ ности измерений, которая составляет ±10%.

Ферриты для сверхвысокой частоты. Стабильность па­ раметров ферритовых материалов СВЧ при воздействии на них различных климатических факторов имеет боль­ шое значение для повышения стабильности и надежно­ сти СВЧ устройств. В настоящее время разработан ряд марок СВЧ ферритов, успешно применяемых в различ­ ных устройствах. Среди них следует отметить ферриты

и магнитных потерь, а также других параметров СВЧ ферритов существенно зависит от длительности воздей­ ствия таких климатических факторов, как повышенная температура, повышенная влажность и циклическое воз­ действие высоких й низких температур.

66

Статистическая обработка экспериментальных данных позволила построить функциональную зависимость отно­ сительного изменения параметров jx, tg8 , tg8e от времени

и количественно оценить стабильность с помощью от­ носительных изменений параметров в течение всего периода испытаний. Функциональные зависимости пара­ метров ц, ig 8^ и tg 8е от времени при различных воздей­

ствующих факторах представлены на рис. 2.29—2.34.

В качестве воздействующих были выбраны следую­ щие факторы: повышенная температура +60 °С, + 100°С, +125°С; повышенная влажность |= 98% , при

К о л и ч е с т в о ц и к л о в

Рис. 2.31.

Колычество циклов

формы с помощью Q-метра со специальным приспособ­

лением— пермеаметром, а параметры петли гистерези­ са — баллистическим методом.

Из рис. 2.29 видно, что магнитная проницаемость претерпевает заметное изменение при температурах (100 ... 125)°С и наиболее ощутимое изменение проис­ ходит в начальный период температурного воздействия (500 ... 1 000 ч). Характер зависимости изменения па-

68

раметра Ар/р во времени для каждой исследуемой мар­ ки и для каждого режима испытаний несколько разли­ чен в начальный период воздействия, однако наблюдает ся общая тенденция к незначительному уменьшению магнитной проницаемости, а в дальнейшем — некоторая стабилизация. При более высокой температуре воздей­ ствия этот характер изменения кривых становится бо­ лее отчетливым. Заметное изменение параметра за пе­

ских неоднородностей, удалением остаточной влаги, сня­ тием внутренних напряжений и т. д. Изменение р при

ионами одного и того же элемента с разной валентно­

ра у Ni-Zn феррита ЗСЧ8 больше, чем у Mg-Mn феррита марки 2СЧ1 и иттрий-алюминиевого граната 40СЧ2. Диэлектрические потери для марки 2СЧ1 (рис. 2.30) растут при длительном воздействии повы­ шенной температуры. Одной из причин увеличения их, вероятно, является наличие в составе этой марки не­ магнитных ионов магния. При повышении температуры окружающей среды происходит перераспределение метастабильных ионов магния между А и В положениями кристаллической решетки с одновременным вытеснением оттуда ионов Fe3+. Другая причина повышения диэлек­ трических потерь при тепловом старении заключается, по-видимому, в «доокислении» двухвалентных ионов марганца Мп2+ до состояний Мп3+ и Мл4+ в воздушной среде. У ферритов марок ЗСЧ8 и 40СЧ2 наблюдалось незначительное снижение неэлектрических потерь при тепловом старении, а затем их стабилизация.

£9

остаточной влаги, которая в значительной степени уве­ личивает удельную проводимость феррита, а следова­ тельно, и диэлектрические потери.

Особый интерес представляет изменение параметров петли гистерезиса: Вт, Вг и Нс. При длительном воз­ действии повышенной температуры ( + 60 ... +125°С) характер изменения параметра Вт одинаков для марок 2СЧ1 и ЗСЧ8. В этом случае наблюдается вначале не­ значительный рост значения Вт, а затем при длитель­ ном нагреве постепенный спад. Причиной такого изме­ нения параметра Вт является, по-видимому, упорядо­ ченное перераспределение катионов по узлам решетки, что приводит к изменению величины общего магнитно­

тельное снижение коэрцитивной силы Нс (порядка 2—3%) для всех исследуемых марок в процессе длительного нагрева можно объяснить изменением доменной струк­ туры и снижением потерь за счет движения стенок доменов. В целом из рисунка видно, что электромаг­ нитные параметры СВЧ ферритов достаточно ста­ бильны.

Экспериментальное определение коэффициента дезаккомодации ферритовых магнитопроводов

Знание температурной зависимости коэффициента дезаккомодации для каждого образца позволяет опре­ делить энергию активации процесса (Е), сопровождаю­ щего дезаккомодацию, и оценить продолжительность этого процесса.

На рис. 2.35 представлены температурные спектры коэффициентов дезаккомодации марок 700НМ, 1500НМЗ, 2000НМ1. По оси ординат отложена усредненная по пяти образцам величина коэффициента дезаккомодации

Известно, что дезаккомодация характеризуется коэффи­ циентом:

=igfahd-

70

В рассматриваемом случае тц = 30 с, тг= 300 с. Раз­ магничивающий ток при измерениях равен ЗОА, что со­

стояние между граничными слоями. Этой формулой

представляют собой прямые, тангенс угла наклона ко­

мость 1пт=/(Г) также аппроксимируется прямой. Энер­ гия активации определяется как тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс. Расчет показал, что энер­ гия активации Е ферритов марок 700НМ, 1500НМЗ и 2000НМ1 имеет величину порядка (0,16—0,32) • 10~19 Дж.

71