Пермаллой — это магнитный сплав никеля и железа , содержащий около 80% никеля и 20% железа. Изобретенный в 1914 году физиком Густавом Элменом в Bell Telephone Laboratories , [1] он отличается очень высокой магнитной проницаемостью , что делает его полезным в качестве материала для магнитных сердечников в электрическом и электронном оборудовании, а также в качестве магнитного экранирования для блокировки магнитных полей . Коммерческие сплавы пермаллоя обычно имеют относительную проницаемость около 100 000 по сравнению с несколькими тысячами для обычной стали. [2]
В дополнение к высокой проницаемости, его другими магнитными свойствами являются низкая коэрцитивная сила , близкая к нулю магнитострикция и значительное анизотропное магнитосопротивление . Низкая магнитострикция имеет решающее значение для промышленных применений, позволяя использовать его в тонких пленках, где переменные напряжения в противном случае вызвали бы губительно большое изменение магнитных свойств. Электрическое сопротивление пермаллоя может варьироваться до 5% в зависимости от силы и направления приложенного магнитного поля . Пермаллои обычно имеют гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру с постоянной решетки приблизительно 0,355 нм в окрестности концентрации никеля 80%. Недостатком пермаллоя является то, что он не очень пластичен или обрабатываем, поэтому приложения, требующие сложных форм, такие как магнитные экраны, изготавливаются из других сплавов с высокой проницаемостью, таких как мю-металл . Пермаллой используется в пластинах трансформаторов и магнитных записывающих головках .
Пермаллой был первоначально разработан в начале 20-го века для индуктивной компенсации телеграфных кабелей. [3] Когда в 1860-х годах были проложены первые трансатлантические подводные телеграфные кабели , было обнаружено, что длинные проводники вызывают искажения, которые снижают максимальную скорость передачи сигналов до всего лишь 10–12 слов в минуту. [3] Правильные условия для передачи сигналов по кабелям без искажений были впервые математически разработаны в 1885 году Оливером Хевисайдом . [4] В 1902 году в Дании Карл Эмиль Краруп предложил , что кабель можно компенсировать, обмотав его железной проволокой, увеличив индуктивность и сделав его нагруженной линией для уменьшения искажений. Однако железо не обладало достаточно высокой проницаемостью, чтобы компенсировать трансатлантический кабель. После длительных поисков пермаллой был открыт в 1914 году Густавом Элменом из Bell Laboratories , который обнаружил, что он имеет более высокую проницаемость, чем кремниевая сталь . [1] Позже, в 1923 году, он обнаружил, что его проницаемость может быть значительно улучшена путем термической обработки . [5] Сообщается, что обмотка пермаллоевой лентой может увеличить скорость передачи сигналов телеграфного кабеля в четыре раза. [3]
Этот метод компенсации сопротивления кабелям пришел в упадок в 1930-х годах, но ко Второй мировой войне пермаллою нашлось много других применений в электронной промышленности .
Доступны и другие составы пермаллоя, обозначенные числовым префиксом, обозначающим весовой процент никеля в сплаве , например, «45 пермаллой» означает сплав, содержащий 45% никеля и 55% железа по весу. «Молибденовый пермаллой» представляет собой сплав из 81% никеля , 17% железа и 2% молибдена . Последний был изобретен в Bell Labs в 1940 году. В то время при использовании в медных телеграфных линиях дальнего действия он позволял в десять раз увеличить максимальную рабочую скорость линии. [4] Супермаллой , содержащий 79% Ni, 16% Fe и 5% Mo, также хорошо известен своими высокими характеристиками как «мягкий» магнитный материал, характеризующийся высокой проницаемостью и низкой коэрцитивной силой .
Благодаря высокой магнитной проницаемости и низкой коэрцитивной силе пермаллой часто используется в приложениях, требующих эффективной генерации и обнаружения магнитного поля. [6] Этот никель-железный магнитный сплав, обычно состоящий примерно из 80% никеля и 20% железа, демонстрирует низкие потери энергии, что полезно для улучшения характеристик магнитных датчиков, трансформаторов и индукторов . [7] Пермаллой также используется в производстве магнитных экранирующих материалов, которые помогают защитить электронное оборудование от внешних магнитных помех. [8]