Mu-metal

Pięciowarstwowe pudełko z mu-metalu. Każda warstwa ma grubość około 5 mm. Zmniejsza wpływ ziemskiego pola magnetycznego wewnątrz o czynnik 1500.

Asortyment kształtów mu-metalu stosowanych w elektronice, 1951

Osłony z mumetalu do kineskopów (CRT) używanych w oscyloskopach , z magazynu elektronicznego z 1945 r.

Mu-metal to miękki ferromagnetyczny stop niklowo - żelazowy o bardzo wysokiej przenikalności , który służy do ekranowania wrażliwych urządzeń elektronicznych przed statycznymi lub niskoczęstotliwościowymi polami magnetycznymi . Ma kilka kompozycji. Jedna taka kompozycja to około 77% niklu, 16% żelaza, 5% miedzi i 2% chromu lub molibdenu . Niedawno mu-metal jest uważany za stop 4 ASTM A753 i składa się z około 80% niklu, 5% molibdenu, niewielkich ilości różnych innych pierwiastków, takich jak krzem, a pozostałe 12 do 15% żelaza. Nazwa pochodzi od greckiej litery mu ( μ ), która w fizyce i we wzorach inżynierskich oznacza przepuszczalność. Szereg różnych zastrzeżonych preparatów stopu jest sprzedawanych pod nazwami handlowymi, takimi jak MuMETAL , Mumetall i Mumetal2 .

Mu-metal ma zwykle względne wartości przepuszczalności 80 000–100 000 w porównaniu do kilku tysięcy w przypadku zwykłej stali. Jest to „miękki” materiał ferromagnetyczny; ma niską anizotropię magnetyczną i magnetostrykcję , co daje jej niską koercję , dzięki czemu nasyca się przy niskich polach magnetycznych. Daje to niskie straty histerezy , gdy jest stosowany w obwodach magnetycznych prądu przemiennego. Inne stopy niklowo-żelazowe o wysokiej przepuszczalności, takie jak permaloj, mają podobne właściwości magnetyczne; Zaletą mu-metalu jest to, że jest bardziej plastyczny , plastyczny i podatny na obróbkę, dzięki czemu można go łatwo formować w cienkie arkusze potrzebne do ekranów magnetycznych.

Przedmioty z mumetalu po osiągnięciu ostatecznej postaci wymagają obróbki cieplnej — wyżarzania w polu magnetycznym w atmosferze wodoru , co zwiększa około 40-krotnie przenikalność magnetyczną . Wyżarzanie zmienia strukturę krystaliczną materiału , wyrównując ziarna i usuwając niektóre zanieczyszczenia, zwłaszcza węgiel , które utrudniają swobodny ruch granic domen magnetycznych . Zginanie lub wstrząsy mechaniczne po wyżarzaniu mogą zakłócić wyrównanie ziaren materiału, prowadząc do spadku przepuszczalności dotkniętych obszarów, który można przywrócić, powtarzając etap wyżarzania wodorowego. ^{[ potrzebne źródło ]}

Ekranowanie magnetyczne

Mumetal to miękki stop magnetyczny o wyjątkowo wysokiej przenikalności magnetycznej. Wysoka przepuszczalność metalu mu zapewnia ścieżkę o niskiej reluktancji dla strumienia magnetycznego , co prowadzi do jego zastosowania w ekranach magnetycznych chroniących przed statycznymi lub wolnozmiennymi polami magnetycznymi. Ekranowanie magnetyczne wykonane ze stopów o wysokiej przepuszczalności, takich jak mu-metal, nie blokuje pól magnetycznych, ale zapewnia ścieżkę dla linii pola magnetycznego wokół obszaru chronionego. Dlatego najlepszym kształtem ekranów jest zamknięty pojemnik otaczający ekranowaną przestrzeń. Skuteczność ekranowania mu-metalu maleje wraz z przepuszczalnością stopu, która spada zarówno przy niskim natężeniu pola, jak i wskutek nasycenia , przy dużym natężeniu pola. Tak więc ekrany mu-metalowe często składają się z kilku obudów umieszczonych jedna w drugiej, z których każda sukcesywnie zmniejsza pole wewnątrz siebie. Ponieważ mu-metal nasyca się przy tak niskich polach, czasami zewnętrzna warstwa w takich wielowarstwowych ekranach jest wykonana ze zwykłej stali. Jego wyższa wartość nasycenia pozwala mu radzić sobie z silniejszymi polami magnetycznymi, redukując je do niższego poziomu, który może być skutecznie ekranowany przez wewnętrzne warstwy mu-metalu. ^{[ potrzebne źródło ]}

Pola magnetyczne RF powyżej około 100 kHz mogą być ekranowane przez ekrany Faradaya : zwykłe blachy przewodzące lub ekrany, które służą do ekranowania pól elektrycznych . Materiały nadprzewodzące mogą również usuwać pola magnetyczne przez efekt Meissnera , ale wymagają temperatur kriogenicznych .

Stop ma niską koercję, magnetostrykcję bliską zeru i znaczną magnetooporność anizotropową. Niska magnetostrykcja ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach przemysłowych, w których zmienne naprężenia w cienkich warstwach spowodowałyby rujnując duże zmiany właściwości magnetycznych.

Historia

Konstrukcja kabla podmorskiego Mu-metal

Mu-metal został opracowany przez brytyjskich naukowców Willoughby'ego S. Smitha i Henry'ego J. Garnetta i opatentowany w 1923 r. Do indukcyjnego ładowania podmorskich kabli telegraficznych przez The Telegraph Construction and Maintenance Co. Ltd. (obecnie Telcon Metals Ltd.), brytyjską firmę zajmującą się zbudował atlantyckie podmorskie kable telegraficzne. Przewodząca woda morska otaczająca kabel podmorski dodała znaczną pojemność do kabla, powodując zniekształcenie sygnału, co ograniczyło przepustowość i spowolniło prędkość sygnalizacji do 10–12 słów na minutę. Szerokość pasma można zwiększyć, dodając indukcyjność zrekompensować. Po raz pierwszy dokonano tego poprzez owinięcie przewodników spiralnym owinięciem metalowej taśmy lub drutu o wysokiej przenikalności magnetycznej, co ograniczyło pole magnetyczne. Telcon wynalazł mu-metal, aby konkurować z permalloyem , pierwszym stopem o wysokiej przepuszczalności używanym do kompensacji kabli, którego prawa patentowe posiadał konkurent Western Electric . Mu-metal został opracowany przez dodanie miedzi do permaloju w celu poprawy plastyczności . Na każde 1,6 km kabla potrzeba było 80 kilometrów (50 mil) cienkiego drutu z mumetalu, co spowodowało duże zapotrzebowanie na stop. W pierwszym roku produkcji Telcon produkował 30 ton tygodniowo. W latach trzydziestych XX wieku to zastosowanie mu-metalu spadło, ale do II wojny światowej znaleziono wiele innych zastosowań w przemyśle elektronicznym (szczególnie ekranowanie transformatorów i lamp elektronopromieniowych ), a także zapalniki w kopalniach magnetycznych . Telcon Metals Ltd. zrezygnował ze znaku towarowego „MUMETAL” w 1985 roku. Ostatnim notowanym właścicielem znaku „MUMETAL” jest Magnetic Shield Corporation, Illinois.

Zastosowania i właściwości

Mumetal służy do ekranowania sprzętu przed polami magnetycznymi. Na przykład:

Transformatory mocy elektrycznej , które są zbudowane z mu-metalowych powłok, aby zapobiec ich wpływowi na pobliskie obwody.
Dyski twarde , które mają podkłady z mumetalu do magnesów znajdujących się w napędzie, aby utrzymać pole magnetyczne z dala od dysku.
Lampy elektronopromieniowe stosowane w oscyloskopach analogowych , które mają osłony z mumetalu zapobiegające odchylaniu wiązki elektronów przez rozproszone pola magnetyczne.
Magnetyczne wkładki gramofonowe , które mają metalową obudowę w celu zmniejszenia zakłóceń podczas odtwarzania płyt LP .
do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI).
Magnetometry stosowane w magnetoencefalografii i magnetokardiografii .
Fotopowielacze .
Komory próżniowe do eksperymentów z niskoenergetycznymi elektronami , np. spektroskopia fotoelektronów.
nadprzewodzące , a zwłaszcza obwody złącza Josephsona .
Magnetometry Fluxgate i kompasy jako część czujnika.
Czujniki zbliżeniowe (typ indukcyjny)

Podobne materiały

Inne materiały o podobnych właściwościach magnetycznych to Co-Netic, supermalloy , supermumetal, nilomag, sanbold, permaloy molibdenu , Sendust , M-1040, Hipernom, HyMu-80 i Amumetal.

Linki zewnętrzne