Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор: современное состояние разработки и исследование свойств аморфных сплавов 9
1.1. Аморфное состояние металлических материалов 9
1.2. Факторы образования и методы получения аморфных сплавов 10
1.3. Особенности свойств аморфных сплавов 13
1.4. Аморфные сплавы как магнитомягкие материалы. Факторы, определяющие их свойства 15
1.4.1. Условия получения 16
1.4.2. Химический состав 23
1.4.3. Термическая и термомагнитная обработка 25
1.5. Применение аморфных магнитомягких сплавов 29
1.5.1. Сплавы для сердечников магнитных головок 29
1.5.2. Сплавы для магнитных экранов 31
1.5.3. Применение аморфных сплавов в высокочастотных трансформаторах 33
Глава 2. Влияние условий получения на свойства лент из аморфных магнитомягких сплавов на основе кобальта 40
2.1. Методики проведения исследований и техника получения образцов . 40
2.2. Экспериментальные результаты исследований 44
2.3. Модель, описывающая основные принципы формирования магнитных свойств аморфных лент при получении 51
2.4. Анализ соответствия экспериментальных результатов разработанной модели 55
Выводы к главе 2 57
Глава 3. Закономерности изменения свойств сплавов в зависимости от термической и термомагнитной обработки 59
3.1. Влияние температуры отжига 60
3.2. Влияние времени отжига 74
3.3. Влияние скорости охлаждения при термообработке 77
3.4. Влияние исходного состояния на формирование магнитных свойств при отжиге 87
Выводы к главе 3 96
Глава 4. Влияние состава (легирующих присадок) на свойства сплавов . 98
4.1. Металлоиды 98
4.2. Металлические присадки 101
4.3. Исследование и разработка новых сплавов типа АМАГ 110
Выводы к главе 4 118
Глава 5. Испытание и внедрение разработанных сплавов в производстве высокочастотных трансформаторов 120
5.1. Микротрансформаторы 120
5.2. Сердечники насыщения для магнитных усилителей 122
5.3. Импульсные трансформаторы и дроссели для систем телекоммуникации (ISDN) 124
Выводы к главе 5 128
Общие выводы по работе 129
Список литературы 133
Приложения 146
- Аморфные сплавы как магнитомягкие материалы. Факторы, определяющие их свойства
- Модель, описывающая основные принципы формирования магнитных свойств аморфных лент при получении
- Влияние исходного состояния на формирование магнитных свойств при отжиге
- Импульсные трансформаторы и дроссели для систем телекоммуникации (ISDN)
Введение к работе
В шестидесятые годы прошлого столетия удалось синтезировать металлы и сплавы в условиях сильного переохлаждения и открыть эпоху аморфных металлических материалов. Промышленный выпуск быстроохлаждённых сплавов вскоре был налажен в США, Германии и Японии с фирменными марками Metglas, Vitrovac и Amomet, соответственно.
Этот новый класс материалов обладает уникальным комплексом свойств: механических, электрических, магнитных, химических и др., что предопределило их широкое применение в различных областях науки и техники.
Аморфные сплавы (АС) уже сейчас востребованы и имеют большие перспективы в радиотехнике, электронике, электротехнике и других отраслях промышленности, разрабатывающих и выпускающих высокочастотные трансформаторы, электромагнитные экраны различные датчики и т.д. При этом аморфные сплавы и изделия из них могут обладать не только уникальными параметрами, но и достаточно высокой стабильностью физических свойств во времени.
Исходя из вышеизложенного, актуальной задачей является исследование особенностей формирования физических свойств аморфных сплавов различными приёмами экспериментальной физики с целью разработки методов получения сплавов с заданным комплексом свойств.
Особый интерес для исследований представляют аморфные магнитомяг-кие сплавы на основе кобальта типа АМАГ. Это многокомпонентные сплавы, где в качестве основы обычно используется система Co-Fe-Si-B.
Целью настоящей работы является исследование особенностей формирования и оптимизации физических свойств и разработка новых аморфных маг-нитомягких сплавов на основе кобальта для сердечников высокочастотных трансформаторов различного назначения.
Для достижения указанной цели предстояло решить следующие задачи.
- Изучить влияние условий получения (длины и толщины ленты, температуры разливки, материала закалочного диска и др. факторов) на магнитные
5 свойства аморфных лент на основе кобальта.
Выявить закономерности изменения свойств аморфных сплавов при термической и термомагнитной обработке в зависимости от следующих параметров: температуры и времени, скорости охлаждения, температуры Кюри сплавов, температурной зависимости магнитострикции насыщения и исходного состояния лент.
Выяснить роль химического состава (легирующих присадок) и связанной с ним температуры Кюри в формировании гистерезисных магнитных свойств лент в исходном состоянии (после закалки из расплава) и после термической обработки.
Оптимизировать процесс термомагнитной обработки изделий из АС в условиях массового производства.
Разработать параметрический ряд магнитомягких АС на основе кобальта с околонулевой магнитострикцией и проанализировать взаимосвязь различных свойств сплавов между собой.
Испытать и внедрить разработанные сплавы АМАГ в изделиях электронной техники, в частности в высокочастотных импульсных трансформаторах и сердечниках насыщения магнитных усилителей.
Результаты диссертационной работы изложены в 5 главах. Научная новизна данной диссертационной работы состоит в следующем.
Впервые проведено комплексное изучение влияния условий получения на магнитные свойства аморфных лент на основе кобальта и даны рекомендации по изготовлению лент с заданными свойствами.
Получены данные о факторах, способствующих проявлению при термообработке структурной «наследственной» анизотропии получения.
Получены новые экспериментальные результаты влияния на свойства аморфных сплавов при термообработке некоторых параметров отжига, а также температуры Кюри сплавов, температурной зависимости магнитострикции насыщения и исходного состояния лент.
Предложена новая схема термомагнитной обработки аморфных лент -кратковременный двухступенчатый отжиг.
Определены закономерности влияния легирования на свойства аморфных сплавов на основе кобальта.
Разработан параметрический ряд новых аморфных сплавов типа АМАГ. Определен характер взаимосвязи структурно-нечувствительных и структурно-чувствительных свойств между собой.
Получены результаты испытаний разработанных сплавов в производстве сердечников высокочастотных трансформаторов и показана эффективность их применения.
Практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты могут быть использованы для:
получения аморфных лент на основе кобальта с заданными свойствами в исходном (неотожжённом) состоянии;
выбора оптимальных режимов термической и термомагнитной обработки аморфных магнитомягких сплавов на базе системы Co-Fe-Si-B с близкой к нулю магнитострикцией;
создания научных основ и разработки новых аморфных сплавов на основе кобальта с заданным комплексом свойств;
дальнейшего углубления представлений о физических процессах, проходящих в аморфных лентах при получении и последующей термообработке;
- практического применения разработанных сплавов в изделиях элек
тронной техники.
Основные научные положения, выносимые на защиту: 1. Зависимости магнитных свойств аморфных лент на основе кобальта от условий получения: уменьшение толщины и длины ленты, снижение температуры разливки и увеличение температуры Кюри повышают коэффициент прямоугольное петли гистерезиса и максимальную проницаемость, снижают начальную проницаемость и статическую коэрцитивную силу. Повышению прямоугольное петли способствуют также переход на более теплопроводный ма-
7 териал диска (т.е. увеличение скорости закалки) и более длинный контакт ленты с диском. В соответствии с предложенной моделью формирования магнитной анизотропии при спиннинговании прямоугольность растет при увеличении параметра AT, равного разности температуры Кюри сплава и температуры ленты в месте схода ее с закалочного диска.
2. Условия максимальной реализации эффекта структурной «наследст
венной» анизотропии получения в аморфных лентах, проявляющегося после
термообработки при температуре отжига выше температуры Кюри в форме са
мопроизвольной продольной магнитной анизотропии:
низкая магнитострикция;
повышенная разница между температурами кристаллизации и Кюри;
температура отжига, достаточная для релаксации напряжений.
Экстремальная температурная зависимость магнитострикции сплава АМАГ 171 (с двойным изменением ее знака), оказывающая непосредственное влияние на формирование магнитных свойств при отжиге.
Зависимости магнитных свойств от скорости охлаждения при отжиге и получение наилучших характеристик при сохранении их достаточной временной стабильности в диапазоне от 100 до 400 С/мин.
Двухступенчатый режим термомагнитной обработки аморфных сплавов, обеспечивающий сокращение общего времени отжига более чем в 2 раза и позволяющий надежно регулировать угол наклона петли гистерезиса по сравнению с традиционной одноступенчатой обработкой.
Зависимости структурно-нечувствительных свойств сплавов системы Co-Fe-Ni-Cr-Si-B от концентрации Ni, Cr, Si, В, имеющие линейный характер (в пределах исследованных диапазонов), что позволяет целенаправленно изменять свойства сплава путем дозированного легирования указанными присадками. Зависимость начальной магнитной проницаемости от концентрации как металлов, так и металлоидов имеет максимум в области сплавов с температурой Кюри 220 - 240 С и коэффициентом прямоугольности 0,1 - 0,25. Высота этого
8 пика максимальна у сплавов с магнитострикцией, близкой к нулю (содержание Ni 9-10 ат.%).
Параметрический ряд аморфных магнитомягких сплавов типа АМАГ и взаимосвязь их свойств между собой: с увеличением индукции увеличивается температура Кюри, уменьшаются температура кристаллизации и магнитная проницаемость. При этом расширяется зона линейности на кривых намагничивания и ослабляется частотная зависимость проницаемости.
Результаты испытаний и внедрения разработанных сплавов АМАГ в изделиях электронной техники, что позволило улучшить технико-экономические показатели, массо-габаритные характеристики и технические параметры.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на 7 отечественных и международных конференциях, в том числе на III Межотраслевом совещании «Производство, обработка и применение аморфных и микрокристаллических сплавов» (Аша, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы исследования структуры и свойств бы-строзакалённых металлических сплавов» (Москва, 1988), на V Всесоюзной конференции «Аморфные прецизионные сплавы: технология, свойства, применение» (Ростов Великий, 1991), на VI Международном совещании «Аморфные прецизионные сплавы: технология, свойства, применение» (Боровичи, 1996), региональной научно-практической конференции, посвященной Дню Науки «Инновационное развитие: достижения ученых Калужской области для народного хозяйства» (Обнинск, 1999), на VII Всероссийской конференции с международным участием «Аморфные прецизионные сплавы: технология - свойства -применение» (Москва, 2000), на III Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - XXI век» (Зеленоград, 2000).
Материалы диссертации изложены в 21 научной статье.
Аморфные сплавы как магнитомягкие материалы. Факторы, определяющие их свойства
Можно отметить некоторые общие особенности свойств АС по сравнению с кристаллическими материалами [6]. 1. Отсутствует дальний порядок, хотя по структуре АС более просты, чем другие аморфные материалы (неорганические, полимерные стекла). 2. Кристаллографически изотропны. 3. Более гомогенны из-за отсутствия таких несовершенств, как границы зёрен, двойников, трещин и др. 4. Сохраняют металлические характеристики. 5. Являются пластичными в отличие от хрупких окисных стёкол. 6. При повышении температуры обнаруживают резкие изменения свойств в узкой температурной зоне (область кристаллизации). Относительно некоторых механических, коррозионных и электрических свойств АС можно сказать следующее. Механические свойства АС рассмотрены во многих работах, среди которых наиболее значительные [6, 10, 21, 41]. Из этих публикаций видно, что АС имеют очень высокие прочность и твердость. Отношение модуля Юнга к напряжению разрушения E/Of равно примерно 40 - 60, а отношение твердости к напряжению разрушения HV/af =3. Как отмечено в [21], наиболее высокой прочностью обладают АС на основе Fe. Напряжение разрушения af этих спла-BOB может достигать значений до 350 кг/мм , а сплавов на основе Со и Ni - до 300 и 270 кг/мм , соответственно.
Температурная зависимость механических свойств АС выражена более сильно, чем кристаллических материалов. Необходимо отметить, что АС после кристаллизации становятся обычно полностью хрупкими. Кроме того, многие АС, пластичные сразу после приготовления, становятся хрупкими при умеренном отжиге в результате структурной релаксации при температурах значительно ниже температуры кристаллизации Ткр. [42]. Зависимость температуры ох-рупчивания сплавов системы (М].х Nx)75 РібВбА13, где М, N - Fe, Со, Ni, Cr, Мо, от содержания различных элементов изучена в работе [43]. Во всех рассмотренных случаях температура охрупчивания значительно ниже Т,ф и снижается с увеличением содержания в сплаве Сг, Мо, причем наиболее резко - в сплавах на основе Fe. Из этих результатов следует, что охрупчивание АС может происходить при температурах на 150 - 250 ниже Ткр. Механические свойства и термическая стабильность АС сильно зависят от химического состава. Существует пропорциональность между твердостью HV и Ткр [21]. Дополнительное легирование АС на основе Fe такими элементами как Мо, Zr, Ті, V, Nb, Та, W, Со, Mn, Сг приводит к повышению прочностных свойств и Ткр. Аналогичные соотношения между HV, Ткр и содержанием легирующих компонентов отмечены также в АС на основе кобальта [44]. Большое влияние на HV оказывают металлоиды, действие которых увеличивается в ряду Р, С, Si, В [21].
АС обнаруживают достаточно высокую пластичность при различных видах формообразования. Как отмечается в [45], АС можно подвергать резанию, штамповке, шлифовке.
Сведения о коррозионных свойствах АС можно найти в ряде работ [6, 38, 41]. Отмечено, что АС обладают высокими коррозионными характеристиками. Они устойчивы ко всем видам коррозии (щелевой, питтинговой коррозии под напряжением и др.), в различных средах (растворах солей, кислот), при повышенных температурах и значительно превосходят нержавеющие стали. Особо подчеркивается роль хрома в экстремально высоком сопротивлении коррозии сплавов Fe-Cr-C, Fe-Cr-P, Fe-Cr-B. По данным работ [6, 46], высокая коррозионная стойкость АС объясняется следующими основными причинами:
Однородной (гомогенной) структурой и отсутствием в ней таких дефектов, присущих кристаллическим материалам, как границы зёрен, блоков, дислокаций, флуктуации состава, на которых обычно зарождаются очаги коррозии.
2. Быстрым образованием на поверхности пассивной бездефектной пленки, состоящей в большинстве сплавов из гидроокиси хрома - Сг Ох(ОН)у. При анализе электрических свойств АС можно отметить две основные особенности: во-первых, высокое электросопротивление р, которое, как правило, значительно выше по сравнению с кристаллическими сплавами; во-вторых, малый и близкий к нулю (или отрицательный) температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Благоприятное сочетание этих свойств делает АС перспективными для применения их в качестве резистивных материалов. Высокое р и низкий ТКС АС вызваны, по мнению авторов работ [11, 47], отсутствием дальнего порядка и дополнительным рассеянием электронов проводимости из-за беспорядочного расположения атомов. Кроме того, по данным [11, 47], в АС, как и в кристаллических сплавах, существует определенная зависимость между р и ТКС: малые или отрицательные значения ТКС обычно связаны с большими величинами р.
Обладая уникальным комплексом физических свойств, АС в максимальной степени проявили себя и нашли массовое применение именно как магнитомягкие материалы. Как видно из данных [48 - 50], АС имеют высокие статические магнитомягкие свойства: достаточно большую индукцию насыщения Bs, низкую коэрцитивную силу Нс, высокую магнитную проницаемость, регулируемые величины магнитострикции насыщения A,s (в том числе близкую к нулю). При оценке магнитомягких сплавов необходимо принимать во внимание не только чисто магнитные характеристики, но также механические и электрические. АС, как известно, имеют очень высокие прочностные свойства и поэтому по сравнению с кристаллическими сплавами обладают малой чувствительностью магнитных свойств к механическим воздействиям в процессе технологических операций. Это является большим дополнительным преимуществом АС.
Модель, описывающая основные принципы формирования магнитных свойств аморфных лент при получении
Согласно данным [68, 69], подтверждаемым последней по времени информацией [70, 71, 72], можно выделить три основных группы магнитомягких АС. Первая группа - сплавы на основе Fe с высокой индукцией насыщения. Вторая группа АС - сплавы на основе Fe-Ni. Третью группу АС составляют сплавы на основе Со, как правило, с близкой к нулю магнитострикцией. Учитывая общую направленность работы, остановимся более подробно на влиянии химического состава на магнитные свойства именно этой третьей группы сплавов.
Наиболее полная информация по исследованиям в данной области приводится в работах [73, 74]. Авторами [73] изучены композиционные зависимости магнитных характеристик аморфных сплавов Co-Fe-Si-B в исходном и отожжённом состояниях: коэрцитивной силы Нс, динамической магнитной проницаемости ц при 0,3 и 100 кГц, намагниченности насыщения, а также электросопротивления р и температуры кристаллизации Тх. Диапазон составов был следующим: 22 -27 ат.% (Si+B); соотношение Si/(Si+B) от 0,2 до 0,7; соотношение Co/(Co+Fe) от 0,9 до 1. Обнаружено, что самая низкая Нс и наивысшая іо,зкГц в исходном состоянии наблюдаются у сплавов, содержащих от 24 до 25 ат.% металлоидов, при этом соотношение металлов Co/(Co+Fe)=0,94, а соотношение металлоидов Si/(Si+B)=0,6. Эта область составов совпадает с областью наивысшей способности к аморфизации. Область составов с наибольшей высокочастотной проницаемостью JLL10O КГЦ смещена в направлении области с повышенным р: (Si+B)=27%; Si/(Si+B)=0,65-0,70. Оптимальный отжиг при температурах выше Тс и ниже Тх приводит к смещению минимума Нс в область составов с более высокой Тх (Si/(Si+B)=0,5). Оптимальный состав с максимумом ц остается прежним. Величина ц, = 19,2 104 при 0,3 кГц достигается при соотношении металлоидов Si/(Si+B)=0,6 и переходных металлов Со/(Со+ Fe)=0,94. Работа [74] представляет собой обзор публикаций, касающихся композиционной зависимости магнитных свойств АС различных систем, в том числе переходный металл (Со, Fe, Ni) - металлоид (В, С, Si, Р, Ge). Изучались такие характеристики, как намагниченность as, температура Кюри, индукция насыщения, магнитострикция, коэрцитивная сила и проницаемость. Показано, что в системе Со-В os и Тс непрерывно уменьшаются с увеличением концентрации бора. В системе Со75В25-хМх, где М - второй, кроме бора, металлоид (С, Р, Si, Ge, As) наблюдается существенная разница в эффективности влияния второго металлоида на as и Тс. По интенсивности влияния на уменьшение as и Тс металлоиды можно расположить в ряду C-P-Si-Ge-As.
Представляют большой интерес данные по магнитным свойствам сплавов системы (Fe,Co,Ni)78Si8Bi4. Отмечается, что Bs и Тс изменяются непрерывно и монотонно в соответствии с составом - в отличие от кристаллических сплавов Fe-Co-Ni, где эти характеристики претерпевают немонотонные изменения, связанные с различной кристаллической структурой. Xs рассматриваемой системы АС уменьшается с понижением содержания Fe и приближается к нулю, а затем становится отрицательной. Линии нулевой магнитострикции проходят в области соотношений элементов от Co0i95Fe0,o5 До Nio,8Fe0;2, при этом сплавы с высоким содержанием Ni уже немагнитны. При добавках вместо Ni других элементов магнитострикция растет в ряду W-Cr-Nb-Moa-Mn.
Как показали исследования, Нс уменьшается, а эффективная проницаемость [ie увеличивается в соответствии с уменьшением абсолютной величины s. Значения Нс 5 мЭ и и.е Ю наблюдаются в районе линии нулевой магнитострикции. Получается, что АС с нулевой Xs даже в исходном состоянии имеют высокую проницаемость, сравнимую с пермаллоем. Кроме того, дополнительным резервом увеличения (J. может служить термообработка, о чем будет идти речь ниже.
В дополнение к вышесказанному можно упомянуть данные других работ, где АС на основе системы Co-Fe-Si-B дополнительно легируют рядом других элементов, например, молибденом [75, 76] для повышения износостойкости и стабильности, а также хромом [77] для повышения стабильности.
Термическая (термомагнитная) обработка АС является важнейшим фактором улучшения и регулирования свойств АС. Нужно отметить, что термообработка аморфных лент, как правило, приводит к их охрупчиванию и поэтому обычно проводится в готовых изделиях (таких, как витые тороидальные сердечники) [71]. В работе [74] эффективность применения термообработки (ТО) проиллюстрирована на примере сплавов системы (Co,Fe)7o(Si,B)3o. Практически для всего диапазона сплавов ТО повышает магнитную проницаемость более чем на порядок. Так, и. сплава (Feo Coo Sio Bo bo, составляя в исходном (закаленном) состоянии около 4-Ю3, после ТО вырастает до 5 104. В то же время сплав (Ре0іобСоо,94)7оВзо5 имея такое же содержание металлоида, но без кремния, не показывает столь высокой проницаемости из-за того, что его Тс выше температуры кристаллизации Тх. Делается вывод , что наивысшая проницаемость в системе Co-Fe-Si-B может быть получена только для композиций с нулевой магнитострикцией, у которых Тс Тх.
Влияние исходного состояния на формирование магнитных свойств при отжиге
Наиболее широкое применение, особенно в последние годы, аморфные ленты на основе Со нашли в сердечниках электромагнитных устройств, работающих при высоких частотах (десятки и сотни килогерц). Это связано с их уникальными магнитными характеристиками - практически нулевой магнито-стрикцией, высоким удельным электросопротивлением, которое, вместе с малой толщиной и очень низкой Нс, приводит к минимальным потерям на пере-магничивание в области высоких частот. Эффективность использования АС в высокочастотных трансформаторах и дросселях различного назначения обусловлена также возможностью формирования у них заданного уровня магнитных свойств (формы петли гистерезиса и связанных с ней начальной и максимальной проницаемости) при помощи несложных термомагнитных обработок [78, 107].
Сердечники из АС, в зависимости от типа устройств, в которых они работают, должны обладать петлей гистерезиса одного их трех основных типов [70 -72]. АС с прямоугольной петлей гистерезиса после отжига в продольном магнитном поле сочетают в себе высокий коэффициент прямоугольности Br/Bs, низкую коэрцитивную силу, большую максимальную проницаемость, достигаемую в малых полях, достаточно низкие потери, превышающие, однако, потери на перемагничивание при линейной петле. Типичные применения - магнитные ключи, переключатели, устройства защитного отключения, сенсоры, матрицы оперативных запоминающих устройств. Одно из важнейших применений - сердечники насыщения магнитных усилителей, которые используются в источниках питания персональных компьютеров. Благодаря АС магнитные усилители приобретают стабильные характеристики, а переход на более тонкие аморфные ленты позволяет поднять рабочие частоты изделий со 100 до 250 -300 кГц [72].
АС с линейной петлей, получаемой отжигом в поперечном поле, применяют в сердечниках импульсных трансформаторов, дросселях токовой компенсации вторичных источников питания, фильтрах, трансформаторах тока электронных счетчиков электроэнергии и других электромагнитных устройствах. Сердечники таких изделий характеризуются низким коэффициентом прямоугольности, постоянством проницаемости в широком диапазоне рабочих частот и полей подмагничивания, а также предельно низкими потерями в высокочастотной области. Магнитная проницаемость сердечников с линейной петлей гистерезиса может иметь значение от 1000 у высококобальтовых сплавов до ве-личин (100-И 50)- 10 , превышающих все известные кристаллические аналоги.
В работе [108] приведены результаты исследования динамических свойств (при частотах 0,1 - 10 МГц) кольцевых сердечников из аморфных маг-нитомягких сплавов на основе Со с нулевой магнитострикцией, отожженных в поперечном магнитном поле. По мнению авторов, повышение частоты преобразования электроэнергии является одним из основных направлений комплексной миниатюризации источников вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Это подтверждается данными работы [109], где показано, что у трансформаторов мощностью 25 Вт при повышении частоты от 1 до 100 кГц масса уменьшилась в 10 раз. Создание устройств с рабочими частотами МГц может привести к дальнейшему уменьшению габаритов и массы еще, примерно, на порядок. Экспериментальные данные [108] доказывают, что потери в сердечниках из феррита в 3-4 раза выше потерь в АС, а при температурах -60 С и +140 С этот разрыв увеличивается до 5-6 раз, что говорит о высокой температурной стабильности АС.
Важнейшей областью применения сердечников из АС с линейной петлей гистерезиса являются импульсные трансформаторы ISDN (для цифровых сетей с интегрированными функциями). ISDN представляет собой новую технологию в системах телекоммуникаций, а именно цифровой вариант аналоговых телефонных станций с коммутацией цифровых потоков. ISDN имеет гораздо более широкий спектр возможностей по сравнению с устаревшими аналоговыми телефонными аппаратами, обладая следующими особенностями: - высокими скоростью и надежностью передачи информации (64 Кбит /с при одном и 128 Кбит /с при двух каналах связи); - помимо традиционного обмена звуковой информацией возможен обмен цифровыми данными, текстом и видеоизображением; - адаптируемость ISDN с существующими аналоговыми телефонными сетями, т.е. наряду с ISDN-услугами возможно использование обычных аналоговых телефонов, факсов и модемов. Для функционирования ISDN требуются импульсные трансформаторы различных типов (S2m, So, Upo, Ц о и др.), выполняющие следующие функции: - изоляция напряжения между ISDN устройством и телефонной линией; - сохранение формы цифрового импульса между приёмно-передающими устройствами; - согласование нагрузки телефонной линии и нагрузки ISDN устройства. На рис. 1.4 приведена структурная схема пользователей ISDN.
Импульсные трансформаторы и дроссели для систем телекоммуникации (ISDN)
На этой стадии, а также, по-видимому, в начале II стадии, т.е. в зоне относительно высоких температур, происходит еще одно важное событие -возникновение структурной анизотропии в ленте вдоль ее оси в направлении движения. Причина ее возникновения - механические напряжения растяжения (сдвига), появляющиеся вследствие выдергивания вращающимся диском ленты из «лужицы» и вызывающие в ней пластическую деформацию с необратимой структурной перестройкой. Наличие в аморфной ленте, полученной методом спиннингования, устойчивой структурной анизотропии затвердевания подтверждается авторами работы [65]. Такая анизотропия способствует образованию соответствующей доменной структуры в материале.
На II стадии происходит охлаждение уже затвердевшей ленты на диске (и на воздухе ее наружной стороны). Необходимо отметить следующую особенность формирования аморфных лент при спиннинговании: после выхода из «лужицы» лента (особенно широкая) прилипает к диску и поэтому ее необходимо снять с диска принудительно. Этот участок охлаждения (длина контакта ленты с диском 1) зависит от конструктивных особенностей оборудования и, в принципе, может регулироваться. В нашем конкретном случае длина контакта ленты с диском была, в основном, постоянной и составляла около 150 мм, а длительность этой стадии - около 6-Ю"3 сек. Оценочная температура схода ленты с диска в конце цикла спиннингования была около 300 С. II стадия -это зона возникновения остаточных термических напряжений в ленте. Причина появления этих напряжений - значительные перепады температур по длине и сечению ленты, а также между лентой и диском - холодильником при наличии механического и теплового контакта между ними. Лента, имеющая на всех этапах спиннингования более высокую температуру по сравнению с диском, охлаждаясь, как обручем сжимает (охватывает) диск, растягиваясь сама. Поэтому, видимо, лента в таких условиях, должна находиться преимущественно в состоянии всестороннего растяжения. III стадия - это охлаждение слетевшей с диска ленты на воздухе. Этот этап можно рассматривать как частичный отжиг («самоотжиг») ленты. На стадиях II и/или III (в зависимости от соотношения температур Кюри и ленты при сходе с диска) происходит еще один очень важный процесс - формирование магнитной (доменной) структуры под влиянием остаточных напряжений и, тем самым, формирование структурно-чувствительных свойств.
Рассмотренные выше сложные процессы происходят на участке ленты, относящемся к одному обороту диска (вернее, части его). При увеличении количества оборотов диска п, т.е. при увеличении времени спиннингования т и длины ленты L, ситуация еще более усложняется вследствие непрерывного изменения температуры ленты и диска, особенно его наружной «дорожки», с которой лента находится в непосредственном контакте. Таким образом, лента АС после спиннингования - это уникальный материал, обладающий многообразными и неоднородными свойствами и являющийся интересным объектом для их изучения и управления.
Теперь перейдем к экспериментальным данным. Исследованы ленты из 5 различных магнитомягких АС на основе кобальта типа АМАГ с околонулевой магнитострикцией на базе системы Co-Fe-Mn-Ni-Si-B. В табл. 1 приведены свойства этих сплавов, зависящие, в основном, от химического состава (структурно-нечувствительные свойства) - индукция насыщения В10, температуры Кюри Тс и кристаллизации Ткр. Ленты различной толщины (10-35 мкм) и ширины (4 - 20 мм) получали методом спиннингования в основном на бронзовом неводоохлаждаемом диске диаметром 240 мм [120-122]. Измеряли следующие структурно-чувствительные свойства: коэффициент прямоугольности петли гистерезиса Кп=Вг/Вю (где Вг -остаточная индукция), коэрцитивную силу Нс, относительную начальную магнитную проницаемость \i при частоте 1 кГц, а также максимальную магнитную проницаемость ц,тах. Основное внимание уделялось Кп, т.к. этот параметр наиболее полно характеризует магнитную структуру лент (тип петли гистерезиса), магнитную анизотропию и в значительной степени определяет остальные указанные структурно-чувствительные свойства. Измерения проводили в исходном (после спиннингования) состоянии на тороидальных образцах диаметром 20 мм, навитых из отрезков лент, взятых с различных участков по длине, т.е. от начала до конца цикла спиннингования. Результаты исследований приведены на рис. 2.2 - 2.5 и в табл. 2.
На рис. 2.2а показано изменение коэффициента прямоугольности по длине лент различной толщины сплава АМАГ 176 на относительно небольшом переднем участке (до количества оборотов диска п=25). При первых оборотах диска (при неустановившемся процессе) значения Кп для лент разной толщины примерно одинаковы и составляют около 0,5, что свидетельствует об отсутствии какой-либо магнитной анизотропии. При дальнейшем увеличении количества оборотов (длины ленты) картина сильно меняется. В наиболее тонкой ленте (10 мкм, кривая 1) значение Кп резко возрастает до 0,8 и далее в пределах рассматриваемой длины сохраняется практически неизменным. В лентах толщиной 15 и 18 мкм (кривые 2, 3) также наблюдается некоторое повышение К„ с максимумами в районе п 5 с последующим плавным снижением к концу лент. При дальнейшем увеличении толщины лент характер поведения Кп опять меняется. В ленте толщиной 25 мкм (кривая 4), начиная с первых оборотов диска, наблюдается значительное уменьшение Кп до величины 0,1 с последующим постепенным ростом к концу ленты.
