Термомагнитные материалы — это особая категория магнитных сплавов, для которых характерна явная температурная зависимость намагниченности в зависимости от внешнего магнитного поля. Эти материалы играют ключевую роль в ряде современных технологий, где требуется компенсация температурных колебаний и регулировка магнитного потока.
Наглядным примером использования термомагнитных материалов являются приборы, использующие намагниченность для компенсации температурных изменений, таких как гальванометры, счётчики электроэнергии и спидометры. Эти материалы также играют ключевую роль в повышении точности и стабильности работы таких устройств в условиях изменяющихся температур.
Термомагнитные материалы стали важным объектом изучения в области магнитной и теплофизической науки в XX веке. На ранних этапах их исследования основной целью было выяснить, каким образом температура влияет на намагниченность и поведение различных магнитных материалов.
В конце 19-го и начале 20-го века было установлено, что при определенных температурах магнитные свойства некоторых металлов начинают резко изменяться, что в дальнейшем привело к выделению особой категории материалов — термомагнитных сплавов.
Одним из важных этапов в развитии термомагнитных материалов стало исследование и создание различных сплавов, таких как медно-никелевые и железоникелевые. Эти сплавы продемонстрировали уникальные характеристики, которые нашли применение в ряде промышленных и научных устройств.
Наибольший прогресс был достигнут с развитием технологии легирования железоникелевых сплавов с добавками хрома, алюминия и марганца, что позволило расширить температурные пределы их применения и улучшить магнитные свойства.
К термомагнитным материалам относятся такие магнитные материалы (ферромагнитные сплавы), у которых наблюдается резко выраженная температурная зависимость намагниченности в заданном магнитном поле. Это свойство проявляется в определённом интервале температур вблизи точек Кюри, значения которых у термомагнитных материалов находятся между 0 и 200 °С.
Известны следующие основные группы термомагнитных сплавов: медно-никелевые (30–40 % Cu), железоникелевые (30 % Ni) и железоникелевые (30–38 % Ni), легированные Cr (до 14 %), Al (до 1,5 %), Mn (до 2 %). Медно-никелевые сплавы могут применяться в области температур от –50 до 80 °С. Недостаток этих сплавов – сравнительно низкие значения намагниченности.
Железоникелевые сплавы предназначены для работы при температурах от 20 до 80°С. При отрицательных температурах в этих сплавах возможно изменение кристаллической структуры, сопровождающееся повышением точки Кюри и снижением температурного коэффициента намагниченности.
Наибольшее распространение получили легированные железоникелевые сплавы. В зависимости от состава они могут применяться в разных температурных областях: узкой (от –20 до 35 °С) либо широкой (от –60 до 170 °С). На базе легированных железоникелевых сплавов создаются многослойные термомагнитные материалы, имеющие улучшенные магнитные характеристики.
Типичными представителями термомагнитных сплавов указанных групп являются: кальмаллой (система Ni–Cu), термаллой (система Fe–Ni) и компенсатор (система Fe–Ni–Cr).
Основная область применения термомагнитных сплавов – терморегуляторы и термокомпенсаторы магнитного потока в измерительных приборах (гальванометрах, счётчиках электроэнергии, спидометрах и т.п.), выполняемые в виде шунтов, ответвляющих на себя часть потока постоянного магнита.
Принцип действия такого шунта состоит в том, что с повышением температуры резко уменьшается его намагниченность, вследствие чего увеличивается поток в зазоре магнита, благодаря чему компенсируется погрешность прибора, связанная с температурными изменениями индукции магнита, электрического сопротивления измерительной обмотки, жёсткости противодействующих пружин.
Термомагнитные сплавы также применяются в реле, момент срабатывания которых зависит от температуры.
Интересные факты:
- Изменение структуры: Железоникелевые сплавы способны изменять свою кристаллическую структуру при очень низких температурах, что может повысить точку Кюри и улучшить их магнитные свойства.
- Многослойные материалы: Современные термомагнитные материалы часто создаются на основе многослойных железоникелевых сплавов, что позволяет улучшить их магнитные характеристики и повысить стабильность работы в широком температурном диапазоне.
- Области применения: Одним из ярких примеров использования термомагнитных сплавов является их применение в измерительных приборах, таких как спидометры и счётчики электроэнергии, где они используются для компенсации температурных колебаний.
- Реле с температурной зависимостью: Термомагнитные сплавы широко используются в реле, срабатывание которых зависит от температуры. Такие устройства позволяют управлять электрическими цепями с высокой точностью, подстраиваясь под изменения температурных условий.
Термомагнитные материалы — это высокотехнологичные сплавы, которые играют важную роль в ряде высокоточных приборов и систем. Их способность изменять намагниченность в зависимости от температуры делает их незаменимыми в таких устройствах, как терморегуляторы, термокомпенсаторы и реле с температурной зависимостью. Благодаря совершенствованию технологий легирования и разработки новых типов многослойных материалов, термомагнитные сплавы могут применяться в более широких температурных диапазонах и обеспечивать более высокую точность и стабильность работы в различных устройствах.
Будущие исследования в области термомагнитных материалов открывают новые перспективы для улучшения качества и эффективности приборов, особенно в тех областях, где требуется высокая точность в условиях температурных колебаний. Развитие этих технологий будет продолжать играть ключевую роль в инженерных и научных приложениях, расширяя горизонты их применения в самых разных сферах.
