Tänään on lähes mahdotonta löytää teknistä alaa, joka ei käyttäisi kovia magneettisia materiaaleja ja kestomagneetteja. Näitä ovat akustiikka ja radioelektroniikka ja tietokone ja mittauslaitteet ja automaatio, ja lämpö ja sähkö ja sähkö ja rakentaminen ja metallurgia ja kaikenlainen liikenne, ja maatalous ja lääketiede ja malminjalostus, ja Jopa jokaisen keittiössä on mikroa altouuni, se lämmittää pizzan. Kaikkea on mahdotonta luetella, magneettiset materiaalit seuraavat meitä elämämme jokaisessa vaiheessa. Ja kaikki tuotteet heidän avullaan toimivat täysin eri periaatteiden mukaan: moottoreilla ja generaattoreilla on omat toimintonsa ja jarrulaitteilla omat, erotin tekee yhden asian ja vianilmaisin toista. Luultavasti ei ole täydellistä luetteloa teknisistä laitteista, joissa käytetään kovia magneettisia materiaaleja, niitä on niin paljon.
Mitä ovat magneettijärjestelmät
Planeettamme itsessään on poikkeuksellisen hyvin öljytty magneettinen järjestelmä. Kaikki loput on rakennettu samalla periaatteella. Kovilla magneettisilla materiaaleilla on hyvin erilaisia toiminnallisia ominaisuuksia. Toimittajien luetteloissa ei ole turhaa, että niiden parametrien lisäksi ei anneta myös fyysisiä ominaisuuksia. Lisäksi se voi olla magneettisesti kovia ja magneettisesti pehmeitä materiaaleja. Otetaan esimerkiksi resonanssitomografit, joissa käytetään erittäin tasaisen magneettikentän omaavia järjestelmiä, ja verrataan erottimiin, joissa kenttä on jyrkästi epähomogeeninen. Ihan eri periaate! On hallittu magneettijärjestelmät, joissa kenttä voidaan kytkeä päälle ja pois. Näin kahvat on suunniteltu. Ja jotkut järjestelmät jopa muuttavat magneettikenttää avaruudessa. Nämä ovat tunnettuja klystroneja ja liikkuvia a altolamppuja. Pehmeiden ja kovien magneettisten materiaalien ominaisuudet ovat todella maagisia. Ne ovat kuin katalysaattoreita, ne toimivat melkein aina välittäjinä, mutta ilman pienintäkään oman energiansa menetystä he pystyvät muuttamaan jonkun muun ja muuttamaan yhden lajin toiseksi.
Esimerkiksi magneettinen impulssi muunnetaan mekaaniseksi energiaksi kytkimien, erottimien ja vastaavien toiminnassa. Mekaaninen energia muunnetaan magneettien avulla sähköenergiaksi, jos on kyse mikrofoneista ja generaattoreista. Ja päinvastoin tapahtuu! Kaiuttimissa ja moottoreissa magneetit muuntavat sähkön esimerkiksi mekaaniseksi energiaksi. Eikä siinä vielä kaikki. Mekaaninen energia voidaan muuttaa jopa lämpöenergiaksi, samoin kuin magneettijärjestelmä mikroa altouunin toiminnassa tai jarrulaitteessa. Olla kykenevämagneettisesti kovissa ja magneettisesti pehmeissä materiaaleissa ja erikoistehosteissa - Hall-antureissa, magneettiresonanssitomografeissa, mikroa altoviestinnässä. Voit kirjoittaa erillisen artikkelin katalyyttisestä vaikutuksesta kemiallisiin prosesseihin, kuinka gradienttimagneettikentät vedessä vaikuttavat ionien, proteiinimolekyylien ja liuenneiden kaasujen rakenteisiin.
Taikuutta antiikista
Luonnollinen materiaali - magnetiitti - oli ihmiskunnan tiedossa useita vuosituhansia sitten. Tuohon aikaan kovien magneettisten materiaalien kaikkia ominaisuuksia ei vielä tiedetty, joten niitä ei käytetty teknisissä laitteissa. Ja teknisiä laitteita ei vielä ollut. Kukaan ei osannut tehdä laskelmia magneettisten järjestelmien toiminnasta. Mutta vaikutus biologisiin esineisiin on jo havaittu. Kovien magneettisten materiaalien käyttö meni aluksi puhtaasti lääketieteellisiin tarkoituksiin, kunnes kiinalaiset keksivät kompassin kolmannella vuosisadalla eKr. Hoito magneetilla ei kuitenkaan ole pysähtynyt tähän päivään asti, vaikka tällaisten menetelmien haitallisuudesta keskustellaan jatkuvasti. Kovien magneettisten materiaalien käyttö lääketieteessä on erityisen aktiivista Yhdysvalloissa, Kiinassa ja Japanissa. Ja Venäjällä on vaihtoehtoisten menetelmien kannattajia, vaikka kehoon tai kasviin kohdistuvan vaikutuksen suuruutta on mahdotonta mitata millään instrumentilla.
Mutta takaisin historiaan. Vähä-Aasiassa monia vuosisatoja sitten muinainen Magnesian kaupunki oli jo olemassa täyteläisen Meanderin rannalla. Ja tänään voit vierailla sen viehättävillä raunioilla Turkissa. Siellä löydettiin ensimmäinen magneettinen rautamalmi, joka sai nimensäkaupungit. Melko nopeasti se levisi ympäri maailmaa, ja kiinalaiset viisi tuhatta vuotta sitten keksivät sen avulla navigointilaitteen, joka ei edelleenkään kuole. Nyt ihmiskunta on oppinut valmistamaan magneetteja keinotekoisesti teollisessa mittakaavassa. Niiden perustana ovat erilaiset ferromagneetit. Tarton yliopistolla on suurin luonnonmagneetti, joka pystyy nostamaan noin neljäkymmentä kiloa, kun taas itse se painaa vain kolmetoista. Nykypäivän jauheet valmistetaan koboltista, raudasta ja monista muista lisäaineista, ne kestävät viisituhatta kertaa enemmän kuormia kuin ne painavat.
Hystereesisilmukka
Keinotekoisia magneetteja on kahdenlaisia. Ensimmäinen tyyppi on vakiot, jotka on valmistettu kovista magneettisista materiaaleista, joiden ominaisuudet eivät liity mitenkään ulkoisiin lähteisiin tai virtoihin. Toinen tyyppi on sähkömagneetit. Niissä on raudasta valmistettu ydin - magneettisesti pehmeää materiaalia, ja tämän ytimen käämin läpi kulkee virta, joka luo magneettikentän. Nyt meidän on pohdittava sen toiminnan periaatteita. Luonnehtii kovien magneettisten materiaalien hystereesisilmukan magneettisia ominaisuuksia. Magneettisten järjestelmien valmistukseen on olemassa melko monimutkaisia tekniikoita, ja siksi tarvitaan tietoa magnetoinnista, magneettisesta läpäisevyydestä ja energiahäviöistä, kun magnetoinnin käänteinen tapahtuu. Jos intensiteetin muutos on syklinen, uudelleenmagnetointikäyrä (induktion muutokset) näyttää aina suljetulta käyrältä. Tämä on hystereesisilmukka. Jos kenttä on heikko, silmukka on enemmän kuin ellipsi.
Kun jännitysmagneettikenttä kasvaa, saadaan koko sarja tällaisia silmukoita, jotka on suljettu toisiinsa. Magnetointiprosessissa kaikki vektorit suuntautuvat pitkin, ja lopussa tulee teknisen kyllästymisen tila, materiaali magnetoituu kokonaan. Kyllästymisen aikana saatua silmukkaa kutsutaan rajasilmukaksi, se näyttää induktion Bs (saturaatioinduktion) suurimman saavutetun arvon. Kun jännitys vähenee, jäännösinduktio säilyy. Hystereesisilmukoiden alue raja- ja välitiloissa osoittaa energiahäviön eli hystereesihäviön. Se riippuu eniten magnetoinnin kääntötaajuudesta, materiaalin ominaisuuksista ja geometrisista mitoista. Rajoittava hystereesisilmukka voi määrittää seuraavat kovien magneettisten materiaalien ominaisuudet: kyllästysinduktio Bs, jäännösinduktio Bc ja pakkovoima Hc.
Magnetisaatiokäyrä
Tämä käyrä on tärkein ominaisuus, koska se osoittaa magnetisoinnin riippuvuuden ja ulkoisen kentän voimakkuuden. Magneettinen induktio mitataan Teslassa ja liittyy magnetoitumiseen. Kytkentäkäyrä on tärkein, se on hystereesisilmukoiden huippujen sijainti, jotka saadaan syklisen uudelleenmagnetoinnin aikana. Tämä kuvastaa magneettisen induktion muutosta, joka riippuu kentän voimakkuudesta. Kun magneettipiiri on suljettu, toroidin muodossa heijastuva kentänvoimakkuus on yhtä suuri kuin ulkoinen kentänvoimakkuus. Jos magneettipiiri on auki, magneetin päihin ilmestyy napoja, jotka aiheuttavat demagnetisoitumisen. Ero välillänämä jännitykset määräävät materiaalin sisäisen jännityksen.
Pääkäyrällä on tunnusomaisia osia, jotka erottuvat, kun ferromagneetin yksittäinen kide magnetoidaan. Ensimmäinen osa esittää epäsuotuisasti viritettyjen alueiden rajojen siirtymisprosessia ja toisessa magnetointivektorit kääntyvät kohti ulkoista magneettikenttää. Kolmas osa on paraprosessi, magnetoinnin viimeinen vaihe, jossa magneettikenttä on voimakas ja suunnattu. Pehmeiden ja kovien magneettisten materiaalien käyttö riippuu suuressa määrin magnetointikäyrästä saaduista ominaisuuksista.
Läpäisevyys ja energiahäviö
Materiaalin käyttäytymisen karakterisoimiseksi jännityskentässä on välttämätöntä käyttää sellaista käsitettä kuin absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti. Impulssi-, differentiaali-, maksimi-, alku- ja normaalimagneettisen permeabiliteetin määritelmät ovat olemassa. Suhteellinen jäljitetään pääkäyrää pitkin, joten tätä määritelmää ei käytetä - yksinkertaisuuden vuoksi. Magneettista läpäisevyyttä olosuhteissa, joissa H=0, kutsutaan alkuarvoksi, ja se voidaan määrittää vain heikoissa kentissä, noin 0,1 yksikköön asti. Maksimi päinvastoin luonnehtii korkeinta magneettista permeabiliteettia. Normaali- ja maksimiarvot antavat mahdollisuuden tarkkailla prosessin normaalia kulkua kussakin tapauksessa. Voimakkaiden kenttien kyllästysalueella magneettinen permeabiliteetti pyrkii aina olemaan yhtenäinen. Kaikki nämä arvot ovat välttämättömiä kovan magneetin käytöllemateriaaleja, käytä niitä aina.
Energiahäviö magnetoinnin käänteessä on peruuttamaton. Sähköä vapautuu materiaalissa lämpönä ja sen häviöt koostuvat dynaamisista häviöistä ja hystereesihäviöistä. Jälkimmäiset saadaan siirtämällä alueen seinämiä, kun magnetointiprosessi on juuri alkamassa. Koska magneettisella materiaalilla on epähomogeeninen rakenne, energiaa kuluu välttämättä alueen seinien kohdistamiseen. Ja dynaamiset häviöt saadaan pyörrevirtojen yhteydessä, jotka tapahtuvat magneettikentän voimakkuuden ja suunnan muuttamisen hetkellä. Energiaa haihtuu samalla tavalla. Ja pyörrevirroista johtuvat häviöt ylittävät jopa hystereesihäviöt korkeilla taajuuksilla. Myös dynaamisia häviöitä saadaan magneettikentän tilan jäännösmuutoksista intensiteetin muuttumisen jälkeen. Jälkivaikutushäviöiden määrä riippuu koostumuksesta, materiaalin lämpökäsittelystä, niitä esiintyy erityisesti korkeilla taajuuksilla. Jälkivaikutus on magneettinen viskositeetti, ja nämä häviöt otetaan aina huomioon, jos ferromagneetteja käytetään pulssitilassa.
Kovien magneettisten materiaalien luokitus
Pehmeydestä ja kovuudesta puhuvat termit eivät koske mekaanisia ominaisuuksia ollenkaan. Monet kovat materiaalit ovat itse asiassa magneettisesti pehmeitä, ja mekaanisesti pehmeät materiaalit ovat myös melko kovia magneettisia. Magnetointiprosessi tapahtuu molemmissa materiaaliryhmissä samalla tavalla. Ensin toimialueen rajat siirretään, sitten kierto alkaa sisäänenenevässä määrin magnetoituvan kentän suuntaan, ja lopuksi paraprosessi alkaa. Ja tässä se ero tulee esiin. Magnetointikäyrä osoittaa, että rajoja on helpompi siirtää, energiaa kuluu vähemmän, mutta kiertoprosessi ja paraprosessi ovat energiaintensiivisempiä. Pehmeät magneettiset materiaalit magnetisoidaan rajojen siirtymällä. Kova magneettinen - pyörimisen ja paraprosessin vuoksi.
Hystereesisilmukan muoto on suunnilleen sama molemmilla materiaaliryhmillä, kylläisyys ja jäännösinduktio ovat myös lähes yhtä suuret, mutta ero on olemassa pakkovoimassa ja se on erittäin suuri. Kovien magneettisten materiaalien Hc=800 kA-m, kun taas pehmeillä magneettisilla materiaaleilla on vain 0,4 A-m. Kaiken kaikkiaan ero on v altava: 2106 kertaa. Siksi näiden ominaisuuksien perusteella tällainen jako otettiin käyttöön. Tosin on myönnettävä, että se on melko ehdollista. Pehmeät magneettiset materiaalit voivat kyllästyä jopa heikossa magneettikentässä. Niitä käytetään matalataajuisissa kentissä. Esimerkiksi magneettisissa muistilaitteissa. Kovia magneettisia materiaaleja on vaikea magnetoida, mutta ne säilyttävät magnetoinnin hyvin pitkään. Niistä saadaan hyviä kestomagneetteja. Kovien magneettisten materiaalien käyttöalueet ovat lukuisia ja laajoja, joista osa on lueteltu artikkelin alussa. On toinenkin ryhmä - magneettiset materiaalit erityistarkoituksiin, niiden soveltamisala on hyvin kapea.
Kovuuden tiedot
Kuten jo mainittiin, kovilla magneettisilla materiaaleilla on laaja hystereesisilmukka ja suuri pakkovoima, alhainen magneettinen permeabiliteetti. Niille on ominaista suurin spesifinen magneettinen energia, joka vapautuutilaa. Ja mitä "kovempi" magneettinen materiaali on, sitä suurempi sen lujuus, sitä pienempi läpäisevyys. Magneettiselle ominaisenergialle annetaan tärkein rooli materiaalin laadun arvioinnissa. Kestomagneetti ei käytännössä luovuta energiaa ulkoavaruuteen suljetulla magneettipiirillä, koska kaikki voimalinjat ovat ytimen sisällä, eikä sen ulkopuolella ole magneettikenttää. Jotta kestomagneettien energiasta saadaan mahdollisimman paljon irti, suljetun magneettipiirin sisään luodaan tiukasti määritellyn kokoinen ja konfiguroitu ilmarako.
Ajan myötä magneetti "vanhenee", sen magneettivuo pienenee. Tällainen ikääntyminen voi kuitenkin olla sekä peruuttamatonta että palautuvaa. Jälkimmäisessä tapauksessa sen ikääntymisen syyt ovat iskut, iskut, lämpötilan vaihtelut, jatkuvat ulkoiset kentät. Magneettinen induktio vähenee. Mutta se voidaan magnetoida uudelleen, mikä palauttaa sen erinomaiset ominaisuudet. Mutta jos kestomagneetti on kokenut rakenteellisia muutoksia, uudelleenmagnetointi ei auta, ikääntyminen ei poistu. Mutta ne palvelevat pitkään, ja kovien magneettisten materiaalien tarkoitus on loistava. Esimerkkejä on kirjaimellisesti kaikkialla. Se ei ole vain kestomagneetteja. Tämä on materiaali tiedon tallentamiseen, sen tallentamiseen - sekä äänen, digitaalisen että videon. Mutta yllä oleva on vain pieni osa kovien magneettisten materiaalien sovelluksesta.
Vala kovia magneettisia materiaaleja
Tuotantomenetelmän ja koostumuksen mukaan kovia magneettisia materiaaleja voidaan valaa, jauhetta ja muita. Ne perustuvat metalliseoksiin.rauta, nikkeli, alumiini ja rauta, nikkeli, koboltti. Nämä koostumukset ovat alkeellisimpia kestomagneetin saamiseksi. Ne kuuluvat tarkkuuteen, koska niiden lukumäärän määräävät tiukimmat tekniset tekijät. Valettuja kovia magneettisia materiaaleja saadaan lejeeringin saostuskarkaisussa, jossa jäähtyminen tapahtuu laskennallisella nopeudella sulamisesta hajoamisen alkamiseen, joka tapahtuu kahdessa vaiheessa.
Ensimmäinen - kun koostumus on lähellä puhdasta rautaa, jolla on selvät magneettiset ominaisuudet. Ikään kuin yhden alueen paksuisia levyjä ilmestyisi. Ja toinen vaihe on koostumukseltaan lähempänä intermetallista yhdistettä, jossa nikkelillä ja alumiinilla on alhaiset magneettiset ominaisuudet. Osoittautuu järjestelmä, jossa ei-magneettinen vaihe on yhdistetty vahvasti magneettisiin sulkeumiin suurella pakkovoimalla. Mutta tämä seos ei ole tarpeeksi hyvä magneettisilta ominaisuuksiltaan. Yleisin on toinen seos, seostettu: rauta, nikkeli, alumiini ja kupari koboltin kanssa seostukseen. Kobolttittomilla metalliseoksilla on huonommat magneettiset ominaisuudet, mutta ne ovat paljon halvempia.
Jauhekovat magneettiset materiaalit
Puuterimateriaaleja käytetään pienikokoisissa mutta monimutkaisissa kestomagneeteissa. Ne ovat metallikeraamisia, metallimuovia, oksideja ja mikrojauheita. Kermetti on erityisen hyvä. Magneettisilta ominaisuuksiltaan se on hieman huonompi kuin valetut, mutta jonkin verran niitä kalliimpi. Keraami-metallimagneetit valmistetaan puristamalla metallijauheita ilman sidosmateriaalia ja sintraamalla ne erittäin korkeissa lämpötiloissa. Jauheita käytetäänedellä kuvatuilla seoksilla sekä platinaan ja harvinaisiin maametalleihin perustuvilla seoksilla.
Mekaanisen lujuuden os alta jauhemetallurgia on valua parempi, mutta metallikeraamisten magneettien magneettiset ominaisuudet ovat silti jonkin verran heikommat kuin valettujen. Platinapohjaisilla magneeteilla on erittäin korkeat pakkovoimaarvot ja parametrit ovat erittäin vakaita. Uraania ja harvinaisia maametalleja sisältävillä seoksilla on ennätysarvot magneettisesta enimmäisenergiasta: raja-arvo on 112 kJ neliömetriä kohti. Tällaisia seoksia saadaan kylmäpuristamalla jauhe korkeimpaan tiheysasteeseen, sitten briketit sintrataan nestefaasin läsnä ollessa ja monikomponenttisen koostumuksen valulla. Komponentteja on mahdotonta sekoittaa niin paljon yksinkertaisella valulla.
Muut kovat magneettiset materiaalit
Koviin magneettisiin materiaaleihin kuuluvat myös ne, joilla on pitkälle erikoistunut käyttötarkoitus. Nämä ovat elastisia magneetteja, plastisesti muotoutuvia metalliseoksia, tiedonvälitysmateriaaleja ja nestemagneetteja. Muotoilevilla magneeteilla on erinomaiset muoviominaisuudet, ne soveltuvat täydellisesti kaikenlaiseen mekaaniseen käsittelyyn - leimaamiseen, leikkaamiseen, koneistukseen. Mutta nämä magneetit ovat kalliita. Kuparista, nikkelistä ja raudasta valmistetut Kunife-magneetit ovat anisotrooppisia, eli ne on magnetisoitu valssaussuunnassa, niitä käytetään leimauksen ja langan muodossa. Koboltista ja vanadiinista valmistetut Vikalloy-magneetit valmistetaan korkean lujan magneettinauhan sekä langan muodossa. Tämä koostumus sopii hyvin pienille magneeteille, joiden kokoonpano on monimutkaisin.
Elastiset magneetit - kumipohjassa, jossaTäyteaine on hienoa jauhetta kovasta magneettisesta materiaalista. Useimmiten se on bariumferriittiä. Tämän menetelmän avulla voit saada täysin minkä tahansa muotoisia tuotteita korkealla valmistettavuudella. Ne leikataan myös täydellisesti saksilla, taivutetaan, leimataan, kierretään. Ne ovat paljon halvempia. Magneettista kumia käytetään magneettisen muistin levyinä tietokoneissa, televisiossa, korjausjärjestelmissä. Tiedonvälittäjinä magneettiset materiaalit täyttävät monet vaatimukset. Tämä on korkean tason jäännösinduktio, pieni itsedemagnetisaation vaikutus (muuten tiedot menetetään), korkea pakottavan voiman arvo. Ja tietueiden poistoprosessin helpottamiseksi tarvitaan vain pieni määrä tätä voimaa, mutta tämä ristiriita poistetaan tekniikan avulla.
