Магнитострикционный эффект и магнитострикционные материалы

Магнитострикционный эффект и магнитострикционные материалы [c.356]

Бесконтактны вариант эхо-метода применяется для контроля прутков, проволоки и др. длинномерных изделий из ферромагнитных материалов. Для возбуждения и приема УЗ волн (обычно стержневых) используется магнитострикционный эффект материала самого изделия. [c.376]

Одним из достоинств ультразвуковой сварки является простота изготовления изделий и невысокая стоимость сварочных машин. Для получения ультразвуковых колебаний используют магнито-стрикционный эффект, состоящий в изменении размеров некоторых металлов, сплавов и керамических материалов под действием переменного магнитного поля. Магнитострикционный преобразователь I выполняют в виде пакета штампованных пластин из магнитострик-ционных материалов (см. рис. 306), например чистый никель или железокобальтовые сплавы толщиной 0,1—0,2 мм с размещенной на нем обмоткой. [c.481]

Современные методы получения и приема гиперзвука, так же как и ультразвука, основываются на использовании пьезоэлектрического и магнитострикционного эффектов (о них будем говорить дальше). При возбуждении гиперзвука с помощью резонансных электроакустических преобразователей, применяемых в ультразвуковом диапазоне частот, размеры этих преобразователей должны быть очень малы ввиду малости длины волны гиперзвука. Их получают, например, путем вакуумного напыления пленок из пьезоэлектрических материалов на торец звукопровода, имеющего формы кристаллического стержня" из сапфира, рубина, кварца и других веществ кристаллического строения. [c.43]

Изучение магнитострикционного эффекта важно потому, что магнитострикционные материалы применяются для изготовления различных приборов и устройств, например магнитострикционных излучателей, датчиков для исследования деформаций и напряжений в деталях машин и т. п. [c.68]

Смешанные способы возбуждения возмущений. В тех случаях, когда требуется получить и сохранить возмущения малой амплитуды, используются электрические и электронные способы возбуждения. В этих способах для приведения в действие преобразователя, превращающего электрическую энергию возбуждающего тока в механическую энергию волны напряжений в теле, используется переменный ток, частота волн при этом лежит между 20 кГц и 50 мГц. С помощью соответствующих контуров можно получать или непрерывный ряд волн, или импульсы, состоящие из коротких серий волн высокой частоты, повторяющихся регулярно с низкой частотой. Для этого используются преобразователи, принцип действия которых основан на магнитострикционном или пьезоэлектрическом эффектах. Материалами для пьезоэлектрических преобразователей кроме кристаллов кварца служат искусственные ферроэлектрические кристаллы (в частности, титанат бария в виде поликристаллической керамики), имеющие по сравнению с естественными кристаллами большую чувствительность и меньшее сопротивление. Однако температура Кюри искусственных кристаллов сравнительно низка (при нагревании выше этой температуры пьезоэлектрические свойства пропадают). Материалами для магнитострикционных преобразователей служат ферромагнитные элементы и сплавы. Максимальные деформации в обоих случаях определяются механическими свойствами материала тела. Для возбуждения слабых импульсов напряжений используют искровой способ, предложенный Кауфманом и Ревером [52]. Преимущество этого способа состоит в том, что искра действует как точечный источник, тогда как пьезоэлектрический преобразователь, благодаря дифракции, дает сложную волновую картину. [c.17]

Отрицательный знак при ХВ в этом равенстве означает, что если растяжение образца приводит к увеличению напряженности поля, увеличение индукции в зажатом образце — к появлению сжимающего напряжения. Если магнитострикционная постоянная отрицательна (это может быть в некоторых материалах при выборе соответствующего начального поля), то оба эффекта (прямой и обратный) меняют знак и ур-ния (3.80) и (3.81) остаются справедливыми. [c.71]

ВОД магнитного поля используют явление магнитострикции, а также магнитооптический эффект Фарадея. ВОД с магнитострикционными преобразователями обеспечивают наиболее высокую чувствительность к магнитному полю. ВС крепится к преобразователю так, что при деформации последнего в магнитном поле деформируется и БС. Фазовый сдвиг оптического излучения измеряется интерферометрической схемой. Характеристики некоторых магнитных материалов приведены в табл. 12.2. Частотные свойства магнитострикционных материалов меняются в диапазоне 100— 1000 Гц. На высоких частотах чувствительность падает из-за влияния вихревых токов. Пороговая чувствительность сильно зависит от особенностей поведения конкретных материалов в слабых полях [41]. Объемные преобразователи [c.214]

Для стержней и трубок магнитострикционных излучателей пригодны лишь те материалы, которые, помимо сильно выраженного магнито-стрикционного эффекта, обладают и большой механической прочностью на разрыв. Особенно хорошо зарекомендовали себя чистый никель и [c.46]

В практике маги, обсерваторий и метрологич. институтов, а также для определения намагниченности земных пород и свойств магн. материалов применяются магнито механические М., основанные па силовом взаимодействии измеряемого магн. поля с постоянным магнитом (кварцевые М., крутильные М., магн. весы, магн. теодолиты, астатпч. М. и др.). Создаются М. на новых физ. принципах и явлениях волоконно-оптич. М. на магнитострикционном эффекте М., основанные на использовании магнитоупругих волн М, с ИП на тонких ферромагн. плёнках. [c.700]

Линейная деформация этих материалов зависит от их свойств, технологии изготовления и температуры нагрева. Наибольшим магнитострикционным эффектом обладает-пермендюр марки К49Ф2. У этого материала наибольшая точка Кюри, что является важным преимуществом, позволяющим устойчиво работать преобразователю при значи- [c.121]

Для магнитомягких материалов, основные требования к которым заключаются в минимальном значении Д и высоких значениях начальной, а также максимальной магнитной проницаемости ц = В/Н и индукции насыщения Д, оптимальные характеристики реализуются при размере кристаллитов менее 20 нм. В классическом сплаве Р1пете1 на основе железа, кремния и бора с добавками ниобия и меди, полученного контролируемой кристаллизацией из аморфного состояния, магнитная доменная структура в наночастицах Ре — 81 отсутствует, что в сочетании с взаимной компенсацией магнитострикционных эффектов в кристаллитах и аморфной матрице ведет к формированию очень низкой коэрцитивной силы (5—10 А/м), высокой начальной магнитной проницаемости при обычных и высоких частотах. За счет малой площади, ограниченной кривой перемагничивания, потери на пере-магничивание такого материала невелики. [c.76]

При ультразвуковой сварке для получения механических колебаний высокой частоты обычно используется магнитострикцион-[ эффект, состоящий в изменении размеров некоторых металлов, авов и керамических материалов под действием переменного [c.17]

Механомагнитные свойства ферритов привлекают внимание техников потому, что наряду с ферритомагнитными свойствами эти материалы имеют свойства, близкие к свойствам изоляторов и при действии переменных магнитных полей в них не образуются вихревые токи. Тем самым их сравнительно высокая магнитная проницаемость и магнитострикционный эффект сохраняются даже на весьма высоких частотах. Металлические магнитострикционные материалы из-за образования вихревых токов (даже при использовании слоеных сердечников с весьма тонкими ламелями) применяют до частот порядка 100 кГц. Ферриты же могут работать в области мегагерц. [c.70]

Эффект изменения магнитной проницаемости ферромагнетиков под давлением тесно связан с их магнитострикционным эффектом. Магнитоанизотропные, спонтанно намагниченные домены материала находятся в деформированном состоянии. Эти внутренние магнитострикционные деформации Я , вызванные намагниченностью насыщения / доменов, совпадающие с h по направлению, не создают общего напряженного состояния, так как домены ориентированы случайно и не создают общего магнитного поля, пока на них не действует внешняя напряженность магнитного поля. Внутренние механические напряжения а в материале, связанные с деформацией доменов, зависят в сильной степени от обработки материала (отжиг, закалка, наклеп, прокатка). Суммарная магнитная и упругая энергия в каждом домене в состоянии равновесия минимальна. Можно показать, что начальная магнитная проницаемость (АО (т. е. предел отношения индукции В к напряженности внешнего поля Н при Я- ) в ферромагнетике связана с h, h и внутренними механическими напряжениями а, соотношением [c.221]

Следует отметить, что материалов, обладающих магнитострикционным эффектом, много. Некоторые из них, например сплав с 32% Pt и 63% Fe, имеют величину магнитострикции а = 180х X 10 , т. е. вдвое больше, чем у пермендюра К-65, и более чем вчетверо, чем у никеля. Однако этот показатель не является определяющим в выборе материала преобразователя. Промышленное применение могут иметь материалы, которые не содержат дефицитных, дорогостоящих металлов, достаточно дешевы, доступны и обладают хорошими эксплуатационными и технологическими свойствами. [c.72]

Источниками звуковых и ультразвуковых колебаний являются излучатели или вибраторы механические эксцентриковые, электромеханические, гидродинамические, магнитострикцион-ные и пьезоэлектрические. В процессах защиты металлов от нор-розии наиболее распространены электромеханические излучатели, которые разделяются на три типа электродинамические, работающие в пределах до 30 кгц, матнитострикционные — от 5 до 150 кгц и пьезоэлектрические — от 100 кгц и выше. При сравнительно низких частотах ультразвуковых колебаний (до 100 кгц), применяемых обычно при очистке поверхности изделий и в ряде других процессов обработки металлов, наиболее пригодны магнитострикционные вибраторы. Явление магнитострик-ции заключается в изменении линейных размеров некоторых материалов в магнитном поле. При намагничивании, например, стержень, изготовленный -из такого материала, укорачивается или, что реже, удлиняется независимо от направления поля. Так, цилиндр из нержавеющей стали уменьшает свою длину в сильном магнитном поле (магнитострикция), а пластина, вырезанная из кристалла кварца, изменяет свои размеры в электрическом поле (пьезоэлектрический эффект). Таким образом, стержень из магнитострикционного материала в переменном магнитном поле испытывает наибольшую деформацию два раза за период изменения поля. С целью снижения потерь на вихре- [c.105]

Электроакустические преобразователи магнитострик-ционного типа используют магнитоупругий эффект — изменение намагниченности ферромагнитного тела при деформациях последнего. При изготовлении магнитофрикционных или магнитоупругих преобразователей находят применение такие магнито-мягкие материалы, как никель, различные сплавы, никелевые, никель-цинковые, никель-кобальтовые ферриты. Магнитоупругие преобразователи могут работать как параметрические (чаще всего мембранного типа) и как трансформаторные элементы (сер-дечникового типа). Чувствительность подобных преобразователей 5 = Ац/ц A t, где ц, — магнитная проницаемость а—напряжение, достигает см дн. В силу обратимости пьезо- и магнитострикционного эффектов электроакустические преобразователи могут применяться в качестве ультразвуковых излучателей как в анализаторах, так и в устройствах пробоподготовки (фракционирования, перемешивания, дезинтеграции клеточных структур и др.). [c.196]

Особый интерес для возбуждения гидроакустических сигналов представили явления, связанные с образованием механических сил при действии электрических или магнитных полей. Сила воздействия на ферромагнитные материалы магнитного поля была известна очень давно. В 1819 г. Г. Эрстед показал, что вокруг проволоки, по которой протекает электрический ток, образуется магнитное поле. В 1831 г. М. Фарадей открыл индукцию электрического тока в проводе при протекании электрического тока в расположенной рядом катушке. В 1840 г. Дж. Джоуль количественно оценил магнитострикционный эффект, измерив размеры изменения магнитного материала прн воздействии магнитного поля. В 1880 г. братья Кюри открыли пьезоэлектрический эффект, состоящий в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых типов кристаллов прп наличии механических напряжений [5]. Был открыт и обратный эффект, связанный с возникновением механической деформации кристаллов при воздействии на них электрического поля. Магни-тострикция и пьезоэлектрический эффект, а такл-се их воздействие на арматуру электромагнита стали основой для разработки конструкций большинства гидроакустических преобразователей. [c.9]

Г Следует также отметить, что изучение магнитострикцион-ных и гальваномагнитных эффектов, сопутствующих намагничению, имеет большое значение в деле изыскания й совершенствования магнитных материалов и новых методов обработки их. Достаточно указать, что свойства сплавов типа пермаллой и влияние на них термообработки в присутствии магнитного поля (термомагнитная обработка) невозможно было бы понять и сознательно регулировать без знания магнитострик-ционных свойств ферромагнитных металлов и сплавов. [c.7]

Процесс преобразования электрической энергии в звуковую обесиечивается в магнитострикционных преобразователях пьезомагнитньш эффектом, присущим ферромагнитным материалам. Излучение звуковой энергии происходит в результате воздействия на преобразователь переменного магнитного поля, вызывающего изменение его размеров (прямой пьезоэффект). Обратный пьезоэффект, характерный для режима приема, заключается в возникновении магнитного поля при изменении размеров преобразователя под воздействием колебательных движений воды. Преобразование магнитной энергии в электрическую и обратно осуществляется с помощью обмотки из изолированного электропровода, намотанной на сердечник из пьезомагнитного материала. [c.111]

Принцип работы магнитострикционного излучателя основан на том, что некоторые материалы (железо, кобальт, никель и их сплавы) под действием магнитного поля снижаются, а при снятии поля — восстанавливают свои прежние размеры. Мерой, определяющей величину магнитострикционного эффекта, является магнитострикционнос удлинение. Оно весьма мало, но в процессе работы в режиме гармонических колебаний амплитуда последних увеличивается за счет использования явления механического резонанса. [c.89]

Несколько меньшее распространение имеют ФВП в виде объемных резонаторов из магнитострикциоиных материалов (никель, ферриты марок СП и СК и др.). Такие ФВП называют иногда также магнитострикционными вибраторами. Для построения систем самовозбуждения таких ФВП используют прямой и обратный пьезомагнитный эффекты. Основные применения магнитострикциоиных резонаторов такие же, как пьезоэлектрических. ФВП указанных типов широко и всесторонне освещены в обширной технической литературе [1, 4, 6, 8, И, 13, 14, 17—20]. [c.444]

В заключение упомянем еще один относящийся к магнитострикции эффект, позволяющий осуществить крутильные колебания материала, так называемый эффект Видемана. Этот эффект возникает при пропускании через магнитострикционный материал тока, параллельного подмагничивающему полю. Поле, создаваемое этим током в материале, взаимодействуя с постоянным подмагничиваю-щим полем, создает спиральное поле, вызывающее соответствующую ориентацию доменов и скручивание образца в плоскости, перпендикулярной подмагничивающему полю. Практическое применение из всех перечисленных эффектов иашел продольный эффект Джоуля. [c.70]

Для получения колебаний более высокой частоты (до 50 000 гц) используют пьезоэлектрический эффект, основанный на способности некоторых материалов деформироваться под влиянием электрического поля. Пьезокерамические излучатели по сравнению с магнитострикционными обладают рядом преимуществ простота конструкции и изготовления, недифицитность исходных материалов, возможность получения излучателей любой формы. Изготовляют их из титаната бария, циркония и свинца. Однако удельная акустическая мощность этих излучателей мала (до 80 квт/м ), в связи с чем пьезокерамические преобразователи используют при сварке лишь пленочных термопластов. [c.220]

Магнитострикция и пьезомагнетизм — магнитные аналоги электрострикции и пьезоэлектричества. Первый эффект соответствует появлению деформации, не зависящей от знака приложенного магнитного поля (следовательно, это — квадратичный эффект по полю), второй — появлению в некоторых нецентросимметричных кристаллах намагниченности при их деформации.. Естественный пьезомагнетизм редко наблюдается для него необходимо редко встречающееся сочетание подходящих кристаллографической и магнитной симметрий. Магнитострикция, которую имеют многие ферромагнетики (например, никель, иттрий-железные гранаты), находит применение в магнитострикционных преобразователях. Магнитострикция является причиной многих интересных взаимодействий одним из них является влияние-внутренних деформаций вследствие структурных дефектов на кривую намагничивания ферромагнетика. Другое важное явление в магнитоупорядоченных кристаллах (ферромагнетиках,, ферримагнетиках), которое будет далее рассматриваться в гл. 6,. состоит в появлении связи между колебаниями в поле деформации кристалла и в спиновой системе. Этот эффект взаимодействия между упругими и спиновыми волнами называется магнон-фононным взаимодействием, так как на языке физики твердого тела фононы — это воображаемые частицы, связанные с акустическими или упругими волнами соотношением де Бройля волновой механики. Возможность такого взаимодействия следует из того, что, как показывается в квантовой статистической физике, как фононы, так и магноны подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Вероятность встретить такое взаимодействие-увеличилась после открытия в 1956 г. нового типа ферромагнитных материалов — редкоземельных железных гранатов, среди. которых иттрий-железный гранат — наиболее хорошо известный представитель. [c.55]

Н, В и /, изменяющиеся с частотой возбуждающего механич. напряжения о или деформации и. Если В< В то между механич. переменными (а, и) и магнитными (Я, В, I) существуют линейные соотношения. Т. о., колебания малой амплитуды в поляризованном магнитострикционном материале внешне аналогичны пьезоэлектрическим (см. Пьезоэлектричество). Поэтохму их часто наз. пьезомагнитными , хотя они являются следствием линеаризации эффекта М. большим постоянным нолем и не имеют отношения к истинному пьезомагнетизму, существующему в нек-рых антиферромагнетиках. [c.202]

Совершенно очевидно, что нелинейные свойства пьезомагнитных металлов и керамики при больших амплитудах возбуждения должны быть аналогичны соответствующим свойствам пьезоэлектрической керамики, которые описаны в 4, п. 3. Эти эффекты, естественно, наиболее сильно выражены при работе в режиме остаточного намагничивания. Возрастание магнитных потерь при увеличении амплитуды поля, которое связано с расширением петли гистерезиса, сопровождается эффектами насыщения для деформации. Данные об этих эффектах в литературе, как ото ни странно, отсутствуют ), однако то обстоятельство, что для ферромагнитных материалов магнитострикционная деформация насыщения не велика, свидетельствует о том, что возможности получения больп1их амплитуд колебаний у магнитострикционных излучателей, рабо- [c.313]

Пьезомагнитные свойства материалов определяют константами, к которым относятся упругие и пьезомагнитные модули, магнитострикционная постоянная, магнитная проницаемость, коэффициент магнитомеханической связи. Среди пьезо-магннтных материалов можно выделить две группы металлы и сплавы из металлов и пьезомагнитную керамику — ферриты. В практике сложилась такая терминология если материал магнитопровода металлический, преобразователь называют магнитострикционным, если ферритовый — пьезомагнитным. Условимся далее все преобразователи, работающие на основе пьезомагнитного эффекта, называть магнитострикционньши. [c.112]

Пьезомагнитные (магнитострикционные) материалы деформируются при наложении внешнего магнитного поля (эффект магнитострикции, или эффект Джоуля). Если приложить к пьезомагнитному материалу внешнюю механическую нагрузку, то меняется его магнитная проницаемость ц (эффект маг-нитоупругости, или эффект Виллари), что изменяет магнитный поток через катушку, намотанную на сердечник из пьезомагнитного материала, и в ней возникает электродвижущая сила. Достаточной для практического использования магнитострикцией и магнитоупругостью обладают только ферри- и ферромагнетики. Основные величины, характеризующие преобразование энергии, можно получить из уравнений общего вида, связывающих магнитные величины (напряженность магнитного поля Н и магнитную индукцию В) с механическими (деформацией 5 и механическим напряжением Т). Рассмотрение уп]ЭО- [c.88]

Поместим стержень или трубку из ферромагнитного материала в направленное вдоль него магнитное поле. При этом длина стержня изменится, причем независимо от направления магнитного поля, но в зависимости от материала стержня, способа его обработки, величины предварительного намагничивания и температуры стержень может как удлиниться, так и укоротиться. Это явление называютмагнитострикцией, или, по имени открывшего его ученого, эффектом Джоуля [1009]. Получающиеся за счет магнитострикции деформации сравнительно малы—относительное изменение длины имеет величину порядка 10 и поддается наблюдению и измерению только при помощи микроскопа или оптического рычага (см., например, [899, 1263, 1264]). Электрический метод точного измерения как статических, так и динамических удлинений магнитострикционных стержней описан Куком 12648]. Зависимость деформации некоторых материалов от величины магнитного поля представлена графиками фиг. 32, а. Только для стержней из никеля и отожженного кобальта [c.42]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...