Материалы с особыми магнитными и электрическими свойствами

Материалы с особыми магнитными  
и электрическими свойствами

Учебно-методическое пособие

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

2-е издание, исправленное и дополненное

УДК 621.78
ББК 34.651
        М34

Издание доступно в электронном виде по адресу 
ebooks.bmstu.press/catalog/46/book2069.html

Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Материаловедение»

Рекомендовано Научно-методическим советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Авторы: 
С.А. Герасимов, Н.И. Каменская, Ю.А. Пучков,  
А.Е. Смирнов, С.П. Щербаков

Материалы с особыми магнитными и электрическими свойст- 
вами : учебно-методическое пособие / С. А. Герасимов и др.] ; 
под ред. Н. И. Каменской. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва :  
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 53, [3] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5188-3

Изложены краткие сведения о материалах с особыми магнитными 
и электрическими свойствами, которые применяют в современных 
конструкциях приборов и устройств. Приведена классификация пермаллоев, а также магнитотвердых материалов. Показано влияние химического состава и технологических факторов на свойства порошковых 
магнитомягких ферритов. Приведена методика экспериментального 
определения магнитных и электрических свойств материалов. Выполнение конкретных заданий на лабораторных занятиях направлено на 
установление закономерных связей, раскрывающих влияние химичес- 
кого состава и условий обработки на структурное состояние и свойства 
магнитомягких и магнитотвердых материалов, а также проводников 
электрического тока. 
Для студентов приборостроительных специальностей, изучающих 
дисциплину «Материаловедение».
УДК 621.78
ББК 34.651

ISBN 978-5-7038-5188-3

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

М34
[

Предисловие 

Издание включает описание четырех лабораторных работ, выполняемых в рамках программы дисциплины «Материаловедение» 
для студентов, обучающихся по следующим приборостроительным 
специальностям: 

 • 24.05.06 «Системы управления летательными аппаратами» 
(специалисты);

 • 12.05.01 «Электронные и оптико-электронные приборы  
и системы специального назначения» (специалисты);

 • 24.05.04 «Навигационно-баллистическое обеспечение применения космической техники» (специалисты);

 • 12.03.02 «Оптотехника» (бакалавры);
 • 15.03.06 «Мехатроника и робототехника» (бакалавры);
 • 11.03.03 «Конструирование и технология электронных 
средств» (бакалавры).
Лабораторные работы № 14, 15 и 17 посвящены изучению 
магнитомягких и магнитотвердых материалов, применяемых в 
приборостроении, лабораторная работа № 18 — изучению материалов с особыми электрическими свойствами — проводников. 
Целью лабораторных работ является ознакомление с материалами, обладающими особыми магнитными и электрическими 
свойствами, изучение закономерностей изменения указанных 
свойств в зависимости от  химического состава, структуры и технологии обработки, а также овладение навыками экспериментального измерения магнитных и электрических свойств. 
Оценка качества выполнения лабораторных работ проводится 
в соответствии с рабочей программой дисциплины «Материаловедение», где каждая лабораторная работа оценивается в 5 рейтинговых баллов. Итоговая оценка учитывает уровень подготовки 
студента к работе, качество ее выполнения и защиту. Приступая  
к выполнению лабораторных работ, необходимо ознакомиться  
с теоретической частью. Готовность к выполнению лабораторных 
работ оценивается в 1 балл, качество оформления отчета — максимум в 2 балла, защита работы в форме тестирования — максимум 
в 2 балла.
Перед началом выполнения лабораторных работ необходимо 
ознакомиться с правилами безопасности, которые обязательны 
для соблюдения в лабораториях кафедры. Правила безопасности 
приведены в лабораторном журнале.

Список обозначений

B
— магнитная индукция, Тл
BА
— кажущаяся остаточная магнитная индукция, Тл
Bs
— индукция насыщения, Тл
Br
— остаточная индукция, Тл
H
— напряженность магнитного поля, А/м
Нс
— коэрцитивная сила, А/м
Hs
— напряженность магнитного поля насыщения, А/м
Hр
— напряженность размагничивающего поля, А/м
К
— константа кристаллографической магнитной анизотропии, 
Дж/м3
М
— намагниченность, А/м
R
— электрическое сопротивление, Ом
RX
— постоянная Холла, В·м/(А·Тл)
SB
— температурный коэффициент магнитной индукции, 1/°С
W
— удельная магнитная энергия, Дж/м3

α
— размагничивающий фактор

αr
— температурный коэффициент удельного электрического 
сопротивления, 1/°C
g
— удельная электрическая проводимость, Ом/м
λs
— коэффициент объемной магнитострикции
μ
— магнитная проницаемость, Гн
η
— коэффициент выпуклости кривой размагничивания
r
— удельное электрическое сопротивление, Ом·м
θ
— температура Кюри, °С

Лабораторная работа № 14
Изучение магнитных свойств пермаллоев

Цель работы — изучение влияния химического состава и вида 
обработки на магнитные свойства пермаллоев.
Задачи: экспериментальное определение магнитных характеристик низконикелевых и высоконикелевых пермаллоев, применяемых для изготовления силовых и измерительных магнитных 
цепей, и ознакомление с особенностями технологии их обработки.
После выполнения лабораторной работы студенты смогут:
 • экспериментально определять магнитные характеристики — 
индукцию насыщения, магнитную проницаемость, коэрцитивную 
силу;

 • применять на практике знания по влиянию состава и технологии обработки магнитомягких материалов на их свойства.

Теоретическая часть

Железоникелевые сплавы (пермаллои) относятся к группе прецизионных магнитомягких материалов с высокой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях с напряженностью H  ≤ 
≤ 100 А/м. Для них характерны также малая коэрцитивная сила  
Hc  = 0,4…80 А/м, повышенное по сравнению с чистыми металлами удельное электрическое сопротивление r = (0,45…0,9)·10–6 Ом·м, 
которое способствует уменьшению потерь на перемагничивание и 
дает возможность расширить частотный диапазон их использования.
Благодаря высоким магнитным свойствам пермаллои широко 
применяют в приборостроении для изготовления магнитных экранов, сердечников трансформаторов, реле, дросселей и других деталей радиоэлектронной техники.
По химическому составу пермаллои принято подразделять на 
низконикелевые (35…65 % Ni) и высоконикелевые (75…80 % Ni). 
Пермаллои имеют структуру однородного твердого раствора  
(рис. 14.1, а).
Низконикелевые пермаллои, содержащие 50 % Ni (рис. 14.1, б), 
обладают наибольшей по сравнению с другими пермаллоями магнитной индукцией насыщения Bs — до 1,5 Тл; их используют для 
сердечников силовых трансформаторов и устройств, в которых 
необходимо создать большой магнитный поток.

Наибольшей магнитной проницаемостью µнач  и µmax  обладает сплав, содержащий 78,5 % Ni (см. рис. 14.1). Причина легкой 
намагничиваемости этого сплава — наличие у него близких к нулю 
значений константы кристаллографической магнитной анизотропии K  и коэффициента объемной магнитострикции λs. Процессы 

Рис. 14.1. Участок диаграммы состояния Fe — Ni (а) 
и зависимость магнитных свойств сплавов от концентрации никеля (б)