Мю-метал

Мю-металл — это никеля и железа мягкий ферромагнитный сплав с очень высокой проницаемостью , который используется для защиты чувствительного электронного оборудования от статических или низкочастотных магнитных полей .

Характеристики

Мю-метал имеет несколько составов. Одна такая композиция примерно

77% никель,

16% железа,

5% меди и

2% хрома или молибдена . ^[1]^[2]

В последнее время мю-металлом принято считать сплав 4 ASTM A753, который состоит примерно из

80% никель,

5% молибдена,

небольшие количества различных других элементов, таких как кремний и

Осталось 12~15% железа. ^[3]

Название произошло от греческой буквы мю ( μ ), которая в физических и инженерных формулах обозначает проницаемость. Ряд различных запатентованных составов сплава продаются под торговыми марками, такими как MuMETAL , Mumetall и Mumetal2 .

Мю-металл обычно имеет относительной проницаемости значения 80 000–100 000 по сравнению с несколькими тысячами для обычной стали. Это «мягкий» ферромагнитный материал; он имеет низкую магнитную анизотропию и магнитострикцию , ^[1] придавая ему низкую коэрцитивность , так что он насыщается при низких магнитных полях. Это обеспечивает низкие потери на гистерезис при использовании в магнитных цепях переменного тока. Другие сплавы никеля и железа с высокой проницаемостью, такие как пермаллой, имеют аналогичные магнитные свойства; Преимущество мю-металла заключается в том, что он более пластичен , податлив и работоспособен, что позволяет легко формовать из него тонкие листы, необходимые для магнитных экранов. ^[1]

требуют термической обработки — Предметы из мю-металла после обретения окончательной формы отжига в магнитном поле в атмосфере водорода , что увеличивает магнитную проницаемость примерно в 40 раз. ^[4] материала Отжиг изменяет кристаллическую структуру , выравнивая зерна и удаляя некоторые примеси, особенно углерод , которые препятствуют свободному движению границ магнитных доменов . Изгиб или механический удар после отжига может нарушить выравнивание зерен материала, что приведет к падению проницаемости пораженных участков, которую можно восстановить, повторив этап водородного отжига. ^{[ нужна ссылка ]}

Приложение

Мю-металл — это магнитомягкий сплав с исключительно высокой магнитной проницаемостью. Высокая проницаемость мю-металла обеспечивает с низким сопротивлением путь магнитного потока , что приводит к его использованию в магнитных щитах от статических или медленно меняющихся магнитных полей. Магнитное экранирование, изготовленное из сплавов с высокой проницаемостью, таких как мю-металл, работает не за счет блокировки магнитных полей, а за счет обеспечения пути для линий магнитного поля вокруг экранируемой области. Таким образом, наилучшей формой щитов является закрытый контейнер, окружающий экранируемое пространство.

Эффективность экранирования мю-металлом снижается с увеличением проницаемости сплава, которая падает как при низкой напряженности поля, так и из-за насыщения при высокой напряженности поля. Таким образом, мю-металлические экраны часто состоят из нескольких оболочек одна внутри другой, каждая из которых последовательно уменьшает поле внутри себя. Поскольку мю-металл насыщается при относительно слабых полях, иногда внешний слой в таких многослойных экранах изготавливают из обычной стали. Его более высокое значение насыщения позволяет ему выдерживать более сильные магнитные поля, снижая их до более низкого уровня, который может быть эффективно экранирован внутренними слоями мю-металла. ^{[ нужна ссылка ]}

Радиочастотные магнитные поля с частотой выше 100 кГц могут быть экранированы щитами Фарадея : обычными проводящими металлическими листами или экранами, которые используются для защиты от электрических полей . ^[5] Сверхпроводящие материалы также могут вытеснять магнитные поля за счет эффекта Мейсснера , но для этого требуются криогенные температуры.

Сплав имеет низкую коэрцитивную силу, близкую к нулю магнитострикцию и значительное анизотропное магнитосопротивление. Низкая магнитострикция имеет решающее значение для промышленного применения, где переменные напряжения в тонких пленках в противном случае вызвали бы разрушительно большие изменения магнитных свойств.

Примеры

Мю-металл используется для защиты оборудования от магнитных полей. Например:

Электрические силовые трансформаторы , которые имеют корпус из мю-металла, чтобы предотвратить их воздействие на близлежащие схемы.
Жесткие диски , имеющие мю-металлическую основу для магнитов, находящихся в приводе, для защиты магнитного поля от диска. ^[6]
Электронно-лучевые трубки, используемые в аналоговых осциллографах , имеют экраны из мю-металла, предотвращающие отклонение электронного луча паразитными магнитными полями.
Магнитные картриджи для фонографов , имеющие мю-металлический корпус для уменьшения помех при пластинок . воспроизведении
Аппаратура магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Магнитометры , используемые в магнитоэнцефалографии и магнитокардиографии .
Фотоумножительные трубки .
Вакуумные камеры малых энергий для экспериментов с электронами , например, фотоэлектронной спектроскопии.
Сверхпроводящие схемы и особенно с джозефсоновскими переходами . схемы
Феррозондовые магнитометры и компасы в составе датчика.
Датчики приближения (индуктивного типа)

История

Мю-металл был разработан британскими учеными Уиллоуби С. Смитом и Генри Дж. Гарнеттом. ^[7]^[8]^[9] и запатентован в 1923 году для индуктивной нагрузки подводных телеграфных кабелей компанией The Telegraph Construction and Maintenance Co. Ltd. (ныне Telcon Metals Ltd.), британской фирмой, которая построила подводные телеграфные кабели в Атлантике. ^[10] Проводящая морская вода, окружающая подводный кабель, увеличивала значительную емкость кабеля, вызывая искажение сигнала, что ограничивало полосу пропускания и замедляло скорость передачи сигналов до 10–12 слов в минуту. Полоса пропускания может быть увеличена путем добавления индуктивности для компенсации. Сначала это было сделано путем обертывания проводников спиральной обмоткой из металлической ленты или проволоки с высокой магнитной проницаемостью, которая удерживала магнитное поле.

Telcon изобрела мю-металл, чтобы конкурировать с пермаллоем , первым сплавом с высокой проницаемостью, используемым для компенсации кабеля, патентные права которого принадлежали конкуренту Western Electric . Мю-металл был разработан путем добавления меди к пермаллою для улучшения пластичности . На каждые 1,6 км кабеля требовалось 80 километров (50 миль) тонкой мю-металлической проволоки, что создавало большой спрос на этот сплав. В первый год производства Telcon производил 30 тонн в неделю. В 1930-х годах использование мю-металла сократилось, но ко Второй мировой войне было найдено множество других применений в электронной промышленности (в частности, для защиты трансформаторов и электронно-лучевых трубок ), а также в качестве взрывателей внутри магнитных мин . Telcon Metals Ltd. отказалась от товарного знака «MUMETAL» в 1985 году. ^[11] Последним зарегистрированным владельцем торговой марки «MUMETAL» является компания Magnetic Shield Corporation, штат Иллинойс. ^[12]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Джайлс, Дэвид (1998). Введение в магнетизм и магнитные материалы . ЦРК Пресс. п. 354. ИСБН 978-0-412-79860-3 .
^ Уэст, Роберт (1983). Справочник по химии и физике (64-е изд.). ЦРК Пресс. п. Е-108. ISBN 978-0-8493-0463-7 .
^ «МюМетал Хоум» . mu-metal.com . Джош Уиклер . Проверено 6 июля 2015 г.
^ «Спецификации Му Металла» . Характеристики экранирования . Ник Мерби. 25 марта 2009 г. Проверено 21 января 2013 г.
^ «Магнитные поля и щиты» . ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ . Magnetic Shield Corp. Архивировано из оригинала 18 декабря 2008 г. Проверено 14 декабря 2008 г.
^ Дэниелс, Райан Дж.; Макинтайр, Тимоти; Киснер, Роджер; Киллоу, Стивен; Ленардуцци, Роберто (апрель 2015 г.). «Разработка и реализация матрицы датчиков Холла, применяемой для переработки магнитов жестких дисков» . Юго-ВостокКон 2015 . стр. 1–6. дои : 10.1109/SECON.2015.7132879 . ISBN 978-1-4673-7300-5 . S2CID 7196422 .
^ GB279549A , «Новые и улучшенные магнитные сплавы и их применение в производстве телеграфных и телефонных кабелей», выпущено 27 октября 1927 г.
^ Патент США 1582353 Уиллоуби Стэтхэм Смит, Генри Джозеф Гарнетт, Магнитный сплав , подан 10 января 1924 г., выдан 27 апреля 1926 г.
^ Патент США 1552769 Уиллоуби Стэтхэм Смит, Генри Джозеф Гарнетт, Магнитный сплав , подан 10 января 1924 г., выдан 8 сентября 1925 г.
^ Грин, Аллен (2004). «150 лет промышленности и предпринимательства на пристани Эндерби» . История Атлантического кабеля и подводных коммуникаций . ФТЛ-дизайн . Проверено 14 декабря 2008 г.
^ «Статус товарного знака и поиск документов» . tsdr.uspto.gov . Проверено 28 июля 2017 г.
^ «Статус товарного знака и поиск документов» . tsdr.uspto.gov . Проверено 28 июля 2017 г.

Внешние ссылки

[Jiles-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Джайлс, Дэвид (1998). Введение в магнетизм и магнитные материалы . ЦРК Пресс. п. 354. ИСБН 978-0-412-79860-3 .

[Weast-2] Уэст, Роберт (1983). Справочник по химии и физике (64-е изд.). ЦРК Пресс. п. Е-108. ISBN 978-0-8493-0463-7 .

[3] «МюМетал Хоум» . mu-metal.com . Джош Уиклер . Проверено 6 июля 2015 г.

[Murby-4] «Спецификации Му Металла» . Характеристики экранирования . Ник Мерби. 25 марта 2009 г. Проверено 21 января 2013 г.

[5] «Магнитные поля и щиты» . ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ . Magnetic Shield Corp. Архивировано из оригинала 18 декабря 2008 г. Проверено 14 декабря 2008 г.

[6] Дэниелс, Райан Дж.; Макинтайр, Тимоти; Киснер, Роджер; Киллоу, Стивен; Ленардуцци, Роберто (апрель 2015 г.). «Разработка и реализация матрицы датчиков Холла, применяемой для переработки магнитов жестких дисков» . Юго-ВостокКон 2015 . стр. 1–6. дои : 10.1109/SECON.2015.7132879 . ISBN 978-1-4673-7300-5 . S2CID 7196422 .

[Patent279549-7] GB279549A , «Новые и улучшенные магнитные сплавы и их применение в производстве телеграфных и телефонных кабелей», выпущено 27 октября 1927 г.

[Patent1582353-8] Патент США 1582353 Уиллоуби Стэтхэм Смит, Генри Джозеф Гарнетт, Магнитный сплав , подан 10 января 1924 г., выдан 27 апреля 1926 г.

[Patent1552769-9] Патент США 1552769 Уиллоуби Стэтхэм Смит, Генри Джозеф Гарнетт, Магнитный сплав , подан 10 января 1924 г., выдан 8 сентября 1925 г.

[10] Грин, Аллен (2004). «150 лет промышленности и предпринимательства на пристани Эндерби» . История Атлантического кабеля и подводных коммуникаций . ФТЛ-дизайн . Проверено 14 декабря 2008 г.

[11] «Статус товарного знака и поиск документов» . tsdr.uspto.gov . Проверено 28 июля 2017 г.

[12] «Статус товарного знака и поиск документов» . tsdr.uspto.gov . Проверено 28 июля 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]