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

Эта формула выведена в предположении, что про­ цессы I и II влияют на длительную нестабильность (дни, годы), а процесс III — на кратковременную не­ стабильность (секунды, часы). В [158] подчеркивается, что определенная таким образом нестабильность будет равной или меньше действительной нестабильности.

Однако, как показывает практика, для большинства

феррИТОВ МаргаНеЦ-ЦИНКОВОЙ ГруППЫ й ?Ш тах<^ Ц тоах.

В этом случае в формулу вводится коэффициент к, определяемый опытным путем, и формула принимает вид: Ар/цн=к:£)^,шрн lg (т2/ті) =кйщ lg (тг/ті), где коэф­ фициент к является возрастающей функцией соотноше­ ния dnimax<dumax и убывающей функцией времени; кроме того, к зависит еще от температуры измерения.

Проницаемость ферритов, особенно высокопроницае­ мых, является чрезвычайно чувствительным парамет­ ром, как по отношению к составу и технологическим условиям изготовления, так и по отношению к внеш­ ним условиям, в которых работают готовые феррито­ вые изделия. Проницаемость изменяется при изменении напряженности и частоты внешних магнитных полей; она зависит от магнитной «предыстории» образца, тем­ пературы, времени, различных механических воздейст­ вий, среды и т. п., а следовательно, и от совокупности этих факторов. Поэтому изучение характера временно­ го изменения проницаемости ферритов под действием различных факторов и определение количественного значения этих изменений требует тщательного планиро­ вания эксперимента. При этом основными вопросами, подлежащими рассмотрению, являются следующие: фи­ зическая сущность временных релаксационных процес­ сов для различных групп ферритов; зависимость сіа бильности проницаемости от состава, примесей и техно­ логических режимов их изготовления, а также от режи­ мов эксплуатации; методы искусственного старения; изменение релаксационных процессов под влиянием ме­ ханических усилий и многие другие связанные явления.

Влияние эксплуатационных факторов на стабильность свойств ферритов

Условия работы аппаратуры, содержащей изделия на основе ферритов, существенно влияют на свойства фер­ ритов в период ее эксплуатации. Условия работы отли­ чаются большим разнообразием; они определяются как

42

внешними факторами (воздействиями), так и внутрен­ ними (режимами работы аппаратуры). Режимы работы

электрической нагрузки в течение всего периода функ­ ционирования, а при циклическом режиме периоды хра­ нения сменяются периодами функционирования. При всем разнообразии внешних воздействующих факторов среди них целесообразно выделить основные факторы, наиболее серьезно влияющие на свойства и работоспо­ собность ферритов — это положительная температура, механические нагрузки, электромагнитное поле различ­ ной напряженности и частоты, ионизирующее излучение и влажность.

Естественно, представляет интерес поведение ферри­ тов в период эксплуатации при воздействии указанных факторов. Очевидно, что получение необходимой инфор­ мации в процессе эксплуатации аппаратуры, содер­ жащей ферритовые магнитопроводы, практически не­ возможно из-за отсутствия контроля электромагнитных параметров, поэтому следует проводить специальные испытания, когда требуется изучить влияние как от­ дельного фактора, так и их совокупности.

Рассмотрим магнитомягкие Mn-Zn ферриты. По­ скольку изменение во времени параметров отдельного феррита представляет собой случайную функцию, кото­ рая не дает необходимой информации об изменениях свойств ферритов, необходимо рассматривать изменение параметров целой партии ферритов. В этом случае опре­ деляются функции распределения параметров всей пар­ тии, изменение которых характеризуют наиболее устой­ чивые изменения свойств ферритов.

Изменение параметров Mn-Zn ферритов в условиях хранения. На рис. 2.7—2.13 приведены зависимости от­ носительного изменения начальной магнитной прони­ цаемости от времени хранения для ферритовых магни-

* Температура отапливаемого склада ( + 5 . . . + 30 °С, относи­ тельная влажность воздуха не более 80%; температура неотапливае­ мого склада (—40 . .. +30) °С, относительная влажность воздуха не более 95%; полевые условия характеризуются естественными усло­ виями различных .климатических зон (изделия находятся под наве­ сом и защищены от прямого попадания атмосферных осадков).

4 3

4^

700НМ

Рис. 2.7.

1000НМЗ

Рис. 2.8.

Сл '

1500НМЗ

Рис. 2.9.

2000НМ1

2000НМЗ

Рис. 2.11.

47

4 0 0 0 Н М

Рис. 2.12.

6000НМ

Рис. 2.13.

48

Цифры 1, 2, 3, 4 на кривых обозначают число лет хранения в указанных условиях.

Как видно из интегральных функций распределения значений относительного изменения начальной магнит­ ной проницаемости /ЦДц/ц), приведенных на рис. 2.7— 2.13, проницаемость всех магнитопроводов во времени уменьшается. Причем наибольшие изменения происхо­ дят за первый год хранения (кривые /) в условиях отапливаемого склада. Это объясняется тем, что диф­ фузионные процессы, характеризующие процесс старе­ ния ферритовых магнитопроводов в условиях отапли­ ваемого склада, происходят быстрее.

Рассматриваемые зависимости получены при испы­ тании большого количества образцов, взятых из не­ скольких партий для всех марок Mn-Zn ферритов. Для того, чтобы исключить погрешности определения вре­ менной стабильности из-за наличия у ферритовых маг­

ствии температуры. Это наиболее распространенный воз­ действующий фактор, так как практически он присут­ ствует в той или иной степени почти всегда. На рис. 2.14а, б, в представлены зависимости относительно­ го изменения начальной магнитной проницаемости от длительности воздействия различных положительных температур для марок 1000НМЗ, 1500НМЗ, 2000НМ1 соответственно. Из графиков видно, что эти изменения носят монотонный характер и наибольшие' изменения начальной магнитной проницаемости происходят при максимальных температурах. Максимальные изменения проницаемости происходят за первые 300—500 ч, после чего наблюдается некоторая стабилизация начальной магнитной проницаемости.

Изменение параметров Mn-Zn ферритов при воздей­ ствии температуры, электромагнитного поля различной напряженности и частоты. Известно [52], что при воз­ действии на ферритовый магнитопровод низкочастотно­ го электромагнитного поля вектор намагниченности ко­ леблется практически в направлении и в фазе с внеш­ ним полем. Приложенное переменное поле заставляет каждую доменную границу колебаться в своей потенци-

Рис. 2.14.

50

альной яме, электронная структура стремится следовать за этими колебаниями путем перераспределения элек­ тронов между ионами Fe2+ и Fe^. При увеличении на­ пряженности поля границы «срываются» со своих за­ крепленных положений и колеблются с увеличиваю­ щимися амплитудами. Наличие такого явления позволяет предсказать характер физико-химических процессов в ферритовом магнитопроводе при совместном воздей­ ствии положительной температуры и электромагнитного поля различной напряженности и частоты.

На рис. 2.15—2.22 приведены зависимости изменения магнитной проницаемости ферритовых магнитопроводов, изготовленных из ферритов марок 700НМ, 1000НМЗ, 1500НМЗ, 2000НМЗ, 2000НМ1, 3000НМ, 4000НМ, 6000НМ соответственно, от воздействия различных на­ пряженностей электромагнитного поля частотой 1 кГц

носят сложный характер; они определяются как значе­ нием температуры, так и значением напряженности электромагнитного поля. Из графиков следует, что если температура эксплуатации близка к комнатной 30°С, то влияние электромагнитного поля ведет к небольшому увеличению магнитной проницаемости. Это увеличение тем больше, чем больше величина напряженности элек­ тромагнитного поля. Совместное влияние длительного воздействия электромагнитных полей и более высокой температуры Ц= 70°С) приводит к тому, что при на­ пряженностях электромагнитного поля 16...32 А/м про­ исходит увеличение магнитной проницаемости, в то вре­ мя как при меньших напряженностях поля, по-видимо­ му, большее влияние оказывает действие повышенной температуры, что обусловливает общее уменьшение маг­

временное действие электромагнитного поля и повышен-

Рис. '2.15.

Рис. 2.16.

52

Рис. 2.17.

Рис. 2.18.

53

Рнв. 2.19.

/Рис. 2.20.

54

т о нм

Рис. 2.22.

кой температуры ведет к тому, что с увеличением на­ пряженности магнитного поля изменение проницаемо­ сти уменьшается. Для феррита марки 1500НМЗ при больших напряженностях электромагнитного поля на­ блюдается увеличение магнитной проницаемости даже при / = 125°С. На этих же графиках для сравнения даны кривые временного изменения магнитной проницае­ мости контрольных образцов, которые хранились в нор­ мальных условиях, а также кривые изменения прони­ цаемости данной марки феррита под действием повы­ шенной температуры. Последние кривые на графиках обозначены 1\ это означает, что при испытаниях маг­ нитное поле не действовало на образец. Измерения про­ изводились при Н = 0,8 А/м.

Область применения исследуемых марок ферритов — слабые магнитные поля, в которых магнитная прони­

цаемость линейно зависит от напряженности магнитно­ го поля:

сти, характеризующий изменение проницаемости с из­ менением напряженности переменного магнитного поля.

На рис. 2.23, 2.24 приведены графики зависимости магнитной проницаемости и tgö от напряженности маг нитного поля для ферритов марок 700НМ, 2000НМ1, 3000НМ, 4000НМ, 6000НМ, 1000НМЗ, 1500НМЗ. Из гра­ фиков видно, что линейная зависимость лля ферритовых марок 700НМ, 1000НМЗ, 1500НМЗ и 2000НМ1 наблю­ дается приблизительно до полей Я = 40 А/м. Для марки 3000НМ, 4000НМ и 6000НМ линейная зависимость нару­ шается в более слабых полях. Эта зависимость является к тому же функцией температуры.

Изменение параметров Mn-Zn ферритов при воздей­ ствии электромагнитного поля различной частоты. По­ скольку Mn-Zn ферритовые магнитопроводы применяют­ ся в диапазоне частот от 1 кГц до 4 мГц представляют интерес данные о характере изменения магнитной про­ ницаемости при воздействии на магнитопровод электро­ магнитных полей различных частот. Граничные частоты приведены в табл. 6.

56