Magnetno trdi materiali: lastnosti, lastnosti, uporaba

Danes je skoraj nemogoče najti tako tehnično industrijo, kjer se ne bi uporabljali magnetno trdni materiali, niti se ne bi uporabljali trajni magneti. Ta akustika in elektronike ter računalniške in merjenje tehnologije in opreme, ter toploto in električno energijo in moč, ter gradnjo in jeklarske industrije, in vse vrste prometa in kmetijstva, ter zdravila in rudoobogaschenie, in celo v kuhinji vsake je mikrovalovna pečica, ogreje pico. Vsi našteti, magnetni materiali nas spremljajo na vsakem koraku našega življenja. In vsi izdelki, z njihovo pomočjo dela na popolnoma drugačnih načelih: motorji in generatorji imajo svoje funkcije in zavorne naprave - njegova separator pa eno stvar in pomanjkljivost - več. Verjetno ni celotnega seznama tehničnih naprav, kjer se uporabljajo magnetno trdi materiali, toliko jih je veliko.

Kakšni so magnetni sistemi

Naš planet je izjemno dobro nastavljen magnetni sistem. Po istem načelu so vsi ostali zgrajeni. Magnetno trdni materiali imajo zelo različne lastnosti. V katalogih dobavitelji niso zaman dani ne le njihove parametre, ampak tudi njihove fizične lastnosti. Poleg tega so lahko magnetno trd in mehki magnetni materiali. Na primer, vzemite resonančne tomografe, kjer se uporabljajo sistemi z zelo homogenim magnetnim poljem in primerjajo z ločevalniki, kjer je polje močno neuniformarno. Povsem drugačno načelo! Obvladani magnetni sistemi, kjer se lahko polje vklopi in izklopi. Tako so urejeni ulovi. In nekateri sistemi celo spremenijo magnetno polje v vesolju. To so vsi znani klistroni in svetilke s potujočim valom. Lastnosti magnetno mehkih in magnetno trdih materialov so res čarobne. So kot katalizatorji, skoraj vedno delujejo kot posredniki, vendar brez najmanjše izgube lastne energije lahko pretvorijo nekoga drugega tako, da spremenijo eno vrsto v drugo.

Na primer, magnetni impulz se pretvori v mehansko energijo pri delovanju sklopk, separatorjev in podobnega. Mehansko energijo pretvorimo z magneti v električno, če imamo opravka z mikrofoni in generatorji. In obratno se zgodi! V zvočnikih in motorjih magneti na primer pretvarjajo električno energijo v mehansko energijo. In to ni vse. Mehansko se lahko pretvori tudi v toplotno energijo, prav tako kot magnetni sistem pri delovanju mikrovalovne pečice ali v zavorni napravi. Zmožnost magnetno trdih in mehkih magnetnih materialov in posebnih učinkov - v senzorjih Hall, v magnetnem resonančnem tomografu, pri delovanju mikrovalovne komunikacije. O katalitičnem učinku na kemijske procese lahko napišemo ločen članek, saj v magnetnih poljih vodnega gradienta vplivajo na strukturo ionov, proteinske molekule, raztopljene pline.

Čarobnost iz antike

Naravni material - magnetit - je bil pred nekaj tisočletji znan človeštvo. Potem niso poznali vseh lastnosti magnetno trdih materialov in zato niso bili uporabljeni v tehničnih napravah. Tehničnih naprav ni bilo. Nihče ni vedel, kako narediti izračune za delovanje magnetnih sistemov. Toda vpliv na biološke predmete je že opazen. Uporaba magnetno trdih materialov je najprej potekala izključno za medicinske namene, dokler v tretjem stoletju pr. N. Št. Kitajci izumijo kompas. Vendar pa se obravnava z magnetom ni ustavila do danes, čeprav se razpravljajo o škodljivosti teh metod. Zlasti aktivna je uporaba magnetno trdih materialov v medicini v ZDA, na Kitajskem in v Japonskem. In v Rusiji obstajajo adepti alternativnih metod, čeprav je nemogoče izmeriti količino izpostavljenosti organizmu ali napravi s katerokoli napravo.

Toda nazaj v zgodovino. V Aziji Manj pred mnogimi stoletji je že obstajalo antično mesto Magnezija na bregovih globokomorske Meander. In danes si lahko ogledate njegove slikovite ruševine v Turčiji. Tam je bil odkrit prvi magnetni železobeton, ki je bil poimenovan po mestu. Precej hitro se je razširil po vsem svetu, kitajski pa pred pet tisoč leti s svojo pomočjo izumil do danes ne umirajočo napravo plovbe. Zdaj se je človeštvo naučilo proizvajati magnete umetno v industrijskem obsegu. Temelj za njih je vrsta feromagnetov. Največja je University of Tartu naravni magnet, ki lahko dvigne okoli štirideset kilogramov, medtem ko tehta le trinajst. Današnji prašek - iz kobalta, železa in raznih drugih aditivov, obdrži blago pet tisočkrat več, kot se tehta.

Zanka histereze

Obstajata dve vrsti umetnih magnetov. Prvi tip je stalna, ki je izdelana iz magnetno trdih materialov, njihove lastnosti se ne vežejo na zunanje vire ali tokove. Druga vrsta so elektromagneti. Imajo jedro železa - magnetno mehkega materiala in tok teče skozi navitje tega jedra, ki ustvarja magnetno polje. Zdaj moramo upoštevati načela njegovega dela. Označuje magnetne lastnosti histerezne zanke za magnetno trdne materiale. Obstaja precej zapletena tehnologija za magnetno zato potrebujemo informacije o magnetizaciji, magnetni prepustnosti, izgubah energije, ko pride do preobrata magnetizacije. Če je sprememba napetosti ciklična, bo krivulja preobrata magnetizacije (indukcijska sprememba) vedno videti kot zaprta krivulja. To je zanka histereze. Če je polje šibko, je zanka bolj podobna elipsi.

Ko se intenzivnost magnetnega polja poveča, se oblikuje cela vrsta takšnih zank, zaprtih med seboj. V procesu magnetizacije so vsi vektorji usmerjeni vzdolž, na koncu pa bo prišlo do stanja tehnične zasičenosti, material bo popolnoma magnetiziran. Zanka, dobljena pri nasičenju, se imenuje limita, prikazuje najvišjo dosegljivo vrednost indukcijskih Bs (indukcija nasičenja). Ko se napetost zmanjša, preostala indukcija ostane. Območje histereznih zank v mejnem in vmesnem stanju kaže porabo energije, to je izguba zaradi histereze. To je predvsem odvisno od frekvence preobrata magnetizacije, lastnosti materiala, geometrijskih dimenzij. Omejitvene lastnosti magnetno trdih materialov lahko določimo s pomočjo mejne histerezne zanke: indukcijo nasičenja Bs, preostalo indukcijsko Bc in prisilno silo Hc.

Magnetna krivulja

Ta krivulja je najpomembnejša značilnost, saj kaže na magnetizacijo in moč zunanjega polja v odvisnosti. Magnetna indukcija se meri v Tesli in je povezana z magnetizacijo. Komutacijska krivulja je glavna, to je mesto tock na histereznih zank, ki so bile pridobljene med obracanjem ciklične magnetizacije. To odraža spremembo magnetne indukcije, ki je odvisna od poljske jakosti. Ko je magnetni tokokrog zaprt, je poljska jakost, izražena v obliki toroidja, enaka moči zunanjega polja. Če je magnetno vezje odprto, se na koncih magneta pojavijo poli, ki ustvarjajo razmagnetitev. Razlika med temi napetostmi določa notranjo napetost materiala.

Na glavni krivulji obstajajo značilne regije, ki se sprostijo, ko je en kristal feromagneta magnetiziran. V prvem odseku je prikazan proces premikanja meja neugodno nastavljenih domen, na drugem pa se vektorji magnetizacije odvijajo v zunanje magnetno polje. Tretji del je paraproces, zadnja faza magnetizacije, tukaj je magnetno polje močno in usmerjeno. Uporaba magnetno mehkih in magnetno trdih materialov je v veliki meri odvisna od značilnosti, dobljenih z krivuljo magnetizacije.

Prepustnost in izguba energije

Da bi opisali vedenje materiala na področju napetosti, je treba tak koncept uporabiti kot absolutno magnetno prepustnost. Obstajajo definicije impulza, diferencialne, maksimalne, začetne, normalne magnetne prepustnosti. Relativna sledi vzdolž glavne krivulje, zato se ta opredelitev ne uporablja - za preprostost. Magnetno prepustnost v pogojih, kjer je H = 0, imenujemo začetno in jo lahko določimo samo za šibka polja, do približno 0,1 merske enote. Največja je, nasprotno, največja magnetna prepustnost. Vrednosti normalne in maksimalne vrednosti omogočajo opazovanje običajnega poteka procesa v posameznem primeru. Magnetna prepustnost v regiji nasičenosti na močnih poljih vedno nagiba k enotnosti. Vse te vrednosti so potrebne za uporabo magnetno trdih materialov, vedno jih uporabljamo.

Energijska izguba zaradi preobrata magnetizacije je nepovratna. Električna energija se v materialu sprosti kot toplota, njegove izgube pa sestavljajo dinamične izgube in izgube zaradi histereze. Slednje dobimo s preusmerjanjem sten domen, ko se postopek magnetizacije šele začne. Ker ima magnetni material nehomogeno strukturo, se energija nujno porabi za izravnavo sten domen. In dinamične izgube se dobijo v povezavi z vrtinčnimi tokovi, ki nastanejo v času spremembe jakosti in smeri magnetnega polja. Energija se razprši na enak način. In izgube zaradi vrtinčnih tokov presegajo visoke frekvence, tudi izgube histereze. Dinamične izgube so pridobljene tudi zaradi preostalih sprememb v stanju magnetnega polja po spremembi napetosti. Količina izgub po učinku je odvisna od sestave, pri toplotni obdelavi materiala, se pojavljajo zgolj pri visokih frekvencah. Po učinku je magnetna viskoznost in te izgube se vedno upoštevajo, če se v pulznem načinu uporabljajo feromagneti.

Razvrstitev trdih magnetnih materialov

Za mehanske lastnosti izrazi, ki govorijo o mehkosti in trdoti, ne veljajo popolnoma. Mnoge trdne snovi so dejansko magnetno mehke in z mehanskega vidika so tudi mehki materiali precej magnetni. Postopek magnetizacije v teh in drugih skupinah materialov se pojavi enako. Najprej se premikajo meje domen, nato se vrtenje začne v smeri vedno bolj magnetiziranega polja in končno pride do paraprocesa. In tu je razlika. Krivulja magnetizacije kaže, da je lažje premikati meje, manj energije se porabi, proces vrtenja in paraprocesa pa je bolj energetsko intenziven. Magnetno mehki materiali so magnetizirani s premikom meja. Magnetno trd - zaradi vrtenja in paraprocesa.

Oblika histerezne zanke je približno enaka za obe skupini materialov, indukcijo nasičenosti in preostalo so tudi blizu enake, razlika pa obstaja v prisilni sili in je zelo velika. V magnetno trdih materialih je Hc = 800 kA-m, medtem ko je za magnetno mehke materiale le 0,4 A-m. Skupaj, razlika je velika: 2 * 106-krat. Zato je bila na podlagi teh značilnosti taka delitev sprejeta. Čeprav moramo priznati, da je to pogojno. Magnetno mehki materiali lahko nasičijo tudi v šibkem magnetnem polju. Uporabite jih na nizkih frekvencah. Na primer, v magnetnih pomnilniških napravah. Magnetno trdih materialov je težko magnetizirati, vendar se magnetizacija ohranja zelo dolgo. Iz teh je dobljenih dobrih trajnih magnetov. Področja uporabe magnetno trdih materialov so številna in obsežna, nekatera pa so navedena na začetku članka. Obstaja še ena skupina - magnetni materiali za posebne namene, njihov obseg je zelo ozek.

Podrobnosti o magnetno trdoti

Kot smo že omenili, imajo magnetno trdi materiali široko histerezno zanko in veliko prisilno silo, majhno magnetno prepustnost. Zanje je značilna maksimalna specifična magnetna energija, ki se sprošča v vesolje. In "težji" magnetni material, večja je njegova moč, manj prepustnost. Posebno magnetna energija Najpomembnejša vloga je pri ocenjevanju kakovosti materiala. Stalni magnet v zunanjem prostoru praktično ne daje energije, ko je magnetni tokokrog zaprt, ker so vse linije sile znotraj jedra in zunaj njega ni magnetnega polja. Da bi povečali porabo energije trajnih magnetov, se znotraj zaprtega magnetnega vezja ustvari zračna reža strogo določene velikosti in konfiguracije.

Sčasoma se magnet "starosti", njen magnetni tok zmanjša. Vendar pa je to staranje lahko nepovratno ali reverzibilno. V slednjem primeru so vzroki za njeno staranje šoki, udarci, temperaturna nihanja, stalna zunanja polja. Magnetna indukcija je zmanjšana. Toda ponovno se lahko magnetizira, s čimer obnovi odlične lastnosti. Ampak, če je trajni magnet podvržen kakršnim koli strukturnim spremembam, ponovno magnetizacija ne bo pomagala, staranje ne bo odpravljeno. Ampak služijo že dolgo in imenovanje magnetno trdih materialov je super. Primeri so dobesedno na vsakem koraku. To niso samo trajni magneti. To je gradivo za shranjevanje podatkov, za snemanje - in zvoka ter digitalne in video. Ampak zgoraj je le majhen del uporabe magnetno trdih materialov.

Oblikovani trdi magnetni materiali

Z metodo proizvodnje in sestave lahko magnetno trdne materiale vlijemo, v prahu in drugo. Temelji na zlitinah železa, niklja, aluminija in železa, niklja, kobalta. Te spojine so najbolj osnovne, da bi pridobili trajni magnet. Nanašajo se na natančnost, saj število od njih določa najstrožje tehnološke dejavnike. Pri disperzijskem utrjevanju zlitine dobimo oblikovane magnetno trdne materiale, kjer se hlajenje opravi z izračunano hitrostjo od taljenja do začetka razkroja, ki se pojavi v dveh fazah.

Prva je, če je sestava blizu čiste žleze z izrazitimi magnetnimi lastnostmi. Pojavijo se kot plošče z debelino ene domene. In druga faza je bližja intermetalni spojini v sestavi, kjer imajo nikelj in aluminij nizke magnetne lastnosti. Dobimo sistem, kjer je nemagnetna faza kombinirana z močno magnetnimi vključki z veliko prisilno silo. Toda ta zlitina ni dovolj dobra za magnetne lastnosti. Najpogostejša je druga kompozicija, legirana: železo, nikelj, aluminij in baker s kobaltom za legiranje. Bessobaltove zlitine imajo manjše lastnosti magneta, vendar so veliko cenejše.

Magnetni trdni materiali v prahu

Praškasti materiali se uporabljajo za miniaturne, vendar zapletene oblike trajnih magnetov. Lahko so kermet, kovinska plastika, oksid in micropowder. Kovinska keramika je še posebej dobra. Glede na magnetne lastnosti, oddaja ni precej manjša od odlitka, a nekoliko dražja od njih. Cermet magneti so narejeni s stiskanjem kovinskih praškov brez veznega materiala in sintranjem pri zelo visokih temperaturah. Praški se uporabljajo z zgoraj omenjenimi zlitinami, kot tudi na osnovi platine in redkih zemeljskih kovin.

Mehanska trdnost metalurgije prahu presega litje, vendar so magnetne lastnosti cermetnih magnetov še vedno nekoliko nižje kot pri litju. Na osnovi platine imajo magneti zelo visoke vrednosti prisilne sile in zelo stabilne parametre. Za zlitine z uranom in redko zemeljskimi kovinami zapisujemo vrednosti maksimalne magnetne energije: mejna vrednost je 112 kJ na kvadratni meter. Takšne zlitine dobimo s hladnim stiskanjem prahu do najvišje gostote, nato se brikete sintriramo s prisotnostjo tekoče faze in vlivanjem večkomponentne sestave. Z enostavnim litjem je nemogoče mešati komponente v takem obsegu.

Drugi trdi magnetni materiali

Za magnetno trde materiale so tisti z ozkim posebnim namenom. To so elastični magneti, zlitine so plastično deformirane, materiali za nosilce informacij in magneti so tekoči. Deformabilni magneti imajo izredne plastične lastnosti, ki so popolnoma primerni za vse vrste obdelav - žigosanje, rezanje, strojno obdelavo. Toda ti magneti so dragi. Magneti Coenife iz bakra, niklja in železa so anizotropni, ki so magnetizirani proti valjanju, uporabljajo se v obliki žigosanja in žice. Magneti z vokalom iz kobalta in vanadija so izdelani v obliki magnetnega traku visoke trdnosti in žice. Ta spojina je dobra za zelo majhne magnete z najbolj kompleksno konfiguracijo.

Elastični magneti - na gumijastem podstavku, v katerem je polnilo fin prašek magnetno trdega materiala. Najpogosteje je to barijev ferit. Ta metoda omogoča pridobivanje izdelkov z absolutno obliko z visoko obdelavo. Prav tako so popolnoma rezani s škarjami, upogibanjem, žigom, zvijanjem. So veliko cenejši. Kot magnetna guma se uporablja listi magnetnih pomnilnik za računalnike, v televiziji, za korektivne sisteme. Kot nosilci informacij, magnetni materiali izpolnjujejo številne zahteve. Ta preostala indukcija na visoki ravni, majhen učinek samoagnetizacije (sicer se bodo informacije izgubile), visoka vrednost prisilne sile. In da bi olajšali postopek brisanja zapisov, je potrebna le majhna količina te sile, vendar je protislovje odstranjeno s pomočjo tehnologije.