Materiale magneto-tari: proprietăți, caracteristici, aplicare

Astăzi este aproape imposibil de a găsi o afacere de tehnologie, care nu ar fi utilizate materiale magnetice, și nu s-ar fi folosit magneți permanenți. Această acustică și electronică, precum și tehnologia de calculator și de măsurare, precum și echipamente, precum și de căldură și energie, și puterea, și industria construcțiilor și a oțelului, precum și toate tipurile de transport și agricultură și medicină, și rudoobogaschenie combinate, și chiar și în bucătărie fiecare în picioare cuptor cu microunde, încălzește pizza. Nu este listat, materiale magnitotvedrye ne însoțească la fiecare pas al vieții noastre. Și toate produsele cu munca lor de ajutor pe principii complet diferite: motoare și generatoare au propriile lor funcționale și de frânare dispozitive - separatorul său face un singur lucru și defect - mai mult. Poate o listă completă de dispozitive tehnice, care utilizate materiale magnetice, și sunt atât de multe dintre ele.

Care sunt sistemele magnetice

Planeta noastră în sine este un sistem magnetic deosebit de bine reglat. Pe același principiu, toate celelalte sunt construite. Materialele magnetice dure au proprietăți funcționale care sunt foarte diverse. În cataloage, furnizorii nu sunt în zadar date nu numai parametrii lor, ci și proprietățile lor fizice. În plus, poate fi magnetice magnetice și materiale magnetice moi. De exemplu, luați tomografii de rezonanță, unde sunt folosite sisteme cu un câmp magnetic foarte omogen și comparați cu separatoarele, unde câmpul este neuniform. Un principiu complet diferit! Masterate sisteme magnetice, în cazul în care câmpul poate porni și opri. Acesta este modul în care sunt aranjate capturile. Și unele sisteme chiar schimbă câmpul magnetic în spațiu. Acestea sunt toate klystrons cunoscute și lămpi cu un val de călătorie. Proprietățile materialelor magnetice moi și magnetice dure sunt cu adevărat magice. Ele sunt ca catalizatori, aproape ca întotdeauna acționează ca intermediari, dar fără cea mai mică pierdere a propriei lor energii, ei sunt capabili să transforme pe altcineva transformând un fel în altul.

De exemplu, un impuls magnetic este transformat în energie mecanică în funcționarea cuplajelor, separatoarelor și a celor similare. Energia mecanică este convertită prin intermediul magneților în electricitate, dacă avem de-a face cu microfoane și generatoare. Și invers se întâmplă! În difuzoare și motoare, magneții transformă energia electrică în energie mecanică, de exemplu. Și asta nu e tot. Mecanismul poate fi transformat chiar și în energie termică, la fel ca sistemul magnetic în funcționarea unui cuptor cu microunde sau într-un dispozitiv de frânare. Sunt capabile de materiale magnetice magnetice dure și moi și efecte speciale - în senzori Hall, în tomografii de rezonanță magnetică, în funcționarea comunicațiilor cu microunde. Un articol separat poate fi scris despre efectul catalitic asupra proceselor chimice, deoarece în gradientul de apă câmpurile magnetice afectează structura ionilor, a moleculelor de proteine, a gazelor dizolvate.

Magie din antichitate

Materialul natural - magnetit - a fost cunoscut omenirii cu câteva milenii în urmă. Apoi nu cunoșteau toate proprietățile materialelor magnetice dure și, prin urmare, nu erau utilizate în dispozitivele tehnice. Și nu existau dispozitive tehnice. Nimeni nu știa cum să facă calcule pentru funcționarea sistemelor magnetice. Dar impactul asupra obiectelor biologice a fost deja observat. Utilizarea materialelor magnetice dure a durat mai întâi pur și simplu în scopuri medicale, până în secolul al III-lea î.Hr. Chinezii au inventat o busolă. Cu toate acestea, tratamentul cu un magnet nu sa oprit până astăzi, chiar dacă există discuții în curs cu privire la dăunătoarele acestor metode. Este deosebit de activă utilizarea materialelor magnetice dure din medicină în SUA, China și Japonia. Și în Rusia există adepți ai metodelor alternative, deși este imposibil să se măsoare cantitatea de expunere la un organism sau la o plantă prin orice dispozitiv.

Dar înapoi la istorie. În Asia Mică, multe secole în urmă exista deja orașul antic Magnesia, pe malurile Meanderului de apă adâncă. Și astăzi puteți vizita ruinele sale pitorești din Turcia. Aici a fost descoperită prima ironstone magnetică, care a fost numită după oraș. Destul de repede sa răspândit în întreaga lume, iar chinezii cu cinci mii de ani în urmă, cu ajutorul său, au inventat până în prezent nici un dispozitiv de navigație pe moarte. Acum, omenirea a învățat să producă artificiali magneți la scară industrială. Baza pentru ele este o varietate de ferromagneți. Universitatea din Tartu are cea mai mare magnet natural, capabil să ridice aproximativ patruzeci de kilograme, în timp ce cântărește doar treisprezece ani. Pulberile de astăzi - din cobalt, fier și alți aditivi, păstrează mărfurile de cinci mii de ori mai mult decât se cântăresc singuri.

Hysterezis bucla

Există două tipuri de magneți artificiali. Primul tip este permanent, care sunt realizate din materiale magnetice dure, proprietățile lor nu se leagă de surse externe sau de curenți. Al doilea tip este electromagneții. Ei au un nucleu de fier - un material magnetic moale, iar un curent curge prin înfășurarea acestui miez, ceea ce creează un câmp magnetic. Acum trebuie să luăm în considerare principiile muncii sale. Caracterizează proprietățile magnetice ale bucla de histerezis pentru materiale magnetice dure. Există tehnologii destul de complexe magnetice de fabricație sisteme și, prin urmare, avem nevoie de informații despre magnetizare, permeabilitate magnetică, pierderi de energie, atunci când există o inversare a magnetizării. Dacă schimbarea tensiunii este ciclică, curba de inversare a magnetizării (schimbarea de inducție) va arăta întotdeauna ca o curbă închisă. Aceasta este bucla histerezis. Dacă câmpul este slab, atunci bucla este mai mult ca o elipsă.

Când crește intensitatea câmpului magnetic, se formează o serie întreagă de astfel de bucle, închise unul în celălalt. În procesul de magnetizare, toți vectorii sunt orientați de-a lungul, iar la final va veni o stare de saturație tehnică, materialul va fi magnetizat complet. Bucla obținută la saturație se numește buclă de limitare, arată valoarea maximă atinsă a inducției Bs (inducerea saturației). Când tensiunea scade, inducerea reziduală persistă. Zona buclelor de histerezis în starea limitativă și intermediară arată disiparea energiei, adică pierderea datorată histerezisului. Aceasta depinde mai ales de frecvența inversării magnetizării, de proprietățile materialelor, de dimensiunile geometrice. Caracteristicile limitative ale materialelor magnetice rigide pot fi determinate prin buclele de histerezis limită: inducția de saturație Bs, inducerea reziduală Bc și forța coercitivă Hc.

Curba de magnetizare

Această curbă este cea mai importantă caracteristică, deoarece arată magnetizarea și rezistența câmpului extern în dependență. Inducția magnetică este măsurată în Tesla și este asociată cu magnetizarea. Curba de comutație este principala, acesta este locul vârfurilor pe buclele de histereză, care au fost obținute în timpul inversării ciclului de magnetizare. Aceasta reflectă schimbarea inducției magnetice, care depinde de intensitatea câmpului. Când circuitul magnetic este închis, intensitatea câmpului reflectată sub forma unui toroid este egală cu rezistența câmpului exterior. Dacă circuitul magnetic este deschis, polii apar la capetele magnetului, ceea ce creează o demagnetizare. Diferența dintre aceste tensiuni determină tensiunea internă a materialului.

Pe curba principală, există regiuni caracteristice care sunt eliberate când un singur cristal al unui feromagnet este magnetizat. Prima secțiune prezintă procesul de deplasare a limitelor domeniilor reglate nefavorabil, iar pe al doilea, vectorii de magnetizare se desfășoară pe câmpul magnetic extern. A treia secțiune este un paraproces, etapa finală a magnetizării, aici câmpul magnetic este puternic și direcțional. Utilizarea materialelor magnetice moi și magnetice greu depinde în mare măsură de caracteristicile obținute cu curba de magnetizare.

Permeabilitatea și pierderea de energie

Pentru a caracteriza comportamentul unui material în domeniul tensiunilor, trebuie folosit un astfel de concept ca permeabilitatea magnetică absolută. Există definiții ale impulsului, diferențialului, maximului, inițial, permeabilității magnetice normale. Relativ este urmărit de-a lungul curbei principale, deci această definiție nu este utilizată - pentru simplitate. Permeabilitatea magnetică în condițiile în care H = 0 este numită cea inițială și poate fi determinată numai pentru câmpuri slabe, până la aproximativ 0,1 unități de măsură. Maximul, dimpotrivă, caracterizează cea mai mare permeabilitate magnetică. Valorile normale și maxime oferă ocazia de a observa cursul normal al procesului în fiecare caz particular. În regiunea de saturație în câmpuri puternice, permeabilitatea magnetică tinde întotdeauna la unitate. Toate aceste valori sunt necesare pentru utilizarea materialelor magnetice dure, ele sunt întotdeauna utilizate.

Pierderea de energie datorată inversării magnetizării este ireversibilă. Electricitatea este eliberată în material sub formă de căldură, iar pierderile sale sunt generate din pierderi și pierderi dinamice datorate histerezisului. Acestea din urmă sunt obținute prin deplasarea pereților domeniilor, când procesul de magnetizare abia începe. Deoarece materialul magnetic are o structură neomogenă, energia este necesară pentru a egaliza pereții domeniilor. Iar pierderile dinamice se obțin în legătură cu curenții turbionari care apar în momentul schimbării rezistenței și direcției câmpului magnetic. Energia este disipată în același mod. Iar pierderile datorate curenților turbionari depășesc la frecvențe înalte chiar și pierderile de histerezis. Pierderile dinamice se obțin, de asemenea, datorită modificărilor reziduale ale stării câmpului magnetic după schimbarea tensiunii. Cantitatea de pierderi în urma afecțiunilor depinde de compoziție, de tratamentul termic al materialului, apar doar la frecvențe înalte. Aftereffect este vâscozitatea magnetică, iar aceste pierderi sunt întotdeauna luate în considerare dacă se utilizează feromagneți în modul pulsatoriu.

Clasificarea materialelor magnetice dure

Pentru proprietățile mecanice, termenii care vorbesc de moale și duritate nu se aplică absolut. Multe materiale dure sunt de fapt magnetice moi, iar din punct de vedere mecanic, materialele moi sunt, de asemenea, destul de magnetice. Procesul de magnetizare în aceste și alte grupuri de materiale are loc identic. În primul rând, limitele domeniilor sunt deplasate, atunci rotația începe în direcția câmpului din ce în ce mai magnetizat și, în final, apare un paraproces. Și aici există o diferență. Curba de magnetizare arată că este mai ușor să se transfere granițele, se consumă mai puțină energie, dar procesul de rotație și paraproces sunt mai intensive. Materialele magnetice moi sunt magnetizate prin deplasarea limitelor. Magneto-tare - datorită rotației și paraproceselor.

Forma buclei histerezis este aproximativ aceeași pentru celelalte grupe de materiale, de inducție de saturație și reziduală prea aproape egal, dar există o diferență în forța coercitivă și este foarte mare. În materialele magnetice dure, Hc = 800 kA-m, în timp ce pentru materialele magnetice moi este de numai 0,4 A-m. Total, diferența este imensă: de 2 ori de 106 ori. De aceea, pe baza acestor caracteristici, o asemenea diviziune a fost adoptată. Deși trebuie să recunoaștem că este destul de condiționată. Materialele magnetice moi pot să se sature chiar și într-un câmp magnetic slab. Aplicați-le în câmpuri cu frecvență redusă. De exemplu, în dispozitivele de memorie magnetică. Materialele magnetice greu sunt greu de magnetizat, dar magnetizarea este reținută de foarte mult timp. Din acestea se obțin magneți permanenți buni. Domeniile de aplicare a materialelor magnetice dure sunt numeroase și extinse, unele sunt enumerate la începutul articolului. Există un alt grup - materiale magnetice pentru scopuri speciale, domeniul lor de aplicare este foarte îngust.

Detalii privind duritatea magneto

Așa cum am menționat deja, materialele magnetice dure au o buclă largă de histereză și o forță coercitivă mare, o permeabilitate magnetică mică. Ele sunt caracterizate de energia magnetică maximă specifică eliberată în spațiu. Și "materialele magnetice" mai "dure", cu cât este mai mare rezistența, cu atât mai puțin permeabilitatea. specific energie magnetică cel mai important rol este jucat în evaluarea calității materialului. Un magnet permanent într-un spațiu extern practic nu oferă energie atunci când circuitul magnetic este închis, deoarece toate liniile de forță se află în interiorul miezului și nu există un câmp magnetic în afara acestuia. Pentru a maximiza utilizarea energiei magneților permanenți, în interiorul circuitului magnetic închis se creează un spațiu de aer cu o dimensiune și configurație strict definite.

În timp, magnetul "se îmbătrânește", fluxul său magnetic scade. Cu toate acestea, această îmbătrânire poate fi ireversibilă sau reversibilă. În acest din urmă caz, cauzele îmbătrânirii sale sunt șocurile, șocurile, fluctuațiile de temperatură, câmpurile externe constante. Inducția magnetică este redusă. Dar poate fi magnetizată din nou, restabilind astfel proprietățile sale excelente. Dar dacă magnetul permanent a suferit modificări structurale, re-magnetizarea nu va ajuta, îmbătrânirea nu va fi eliminată. Dar ele servesc mult timp, iar numirea materialelor magnetice dure este grozavă. Exemplele sunt literalmente la fiecare pas. Nu sunt doar magneți permanenți. Acesta este un material pentru stocarea informațiilor, pentru înregistrare - și audio, și digital, și video. Dar cele de mai sus sunt doar o mică parte a aplicării materialelor magnetice dure.

Materiale magnetice rigide formate

Prin metoda de producție și compoziție, materialele magnetice dure pot fi turnate, pulverizate și altele. Ele se bazează pe aliaje de fier, nichel, aluminiu și fier, nichel, cobalt. Acești compuși sunt cei mai de bază pentru a obține un magnet permanent. Acestea se referă la precizie, deoarece numărul acestora determină cei mai stricți factori tehnologici. Materiale magnetice din aliaj sunt obținute prin precipitarea solidificarea aliajului care are loc cu viteza de răcire din înainte de dezintegrarea care are loc în două faze calculate de topire.

Prima este când compoziția este aproape de o glandă pură cu proprietăți magnetice pronunțate. Apar ca în cazul plăcilor cu grosimea unui singur domeniu. Iar a doua fază este mai aproape de compusul intermetalic din compoziție, unde nichelul și aluminiul au proprietăți magnetice scăzute. Se obține un sistem în care faza nonmagnetică este combinată cu incluziuni puternice magnetice cu o forță coercitivă mare. Dar acest aliaj nu este suficient de bun pentru proprietățile magnetice. Cea mai obișnuită este o altă compoziție, aliat: fier, nichel, aluminiu și cupru cu cobalt pentru aliere. Amestecurile de azot au proprietăți magnetice mai mici, dar sunt mult mai ieftine.

Materiale magnetice pulverulente

Materialele pulverulente sunt folosite pentru forme miniaturate, dar complexe, ale magneților permanenți. Acestea pot fi cermetate, metal-plastic, oxid și microplaz. Ceramica metalică este deosebit de bună. Conform proprietăților magnetice, distribuția nu este mult mai mică decât distribuția, dar oarecum mai scumpă decât ei. Cernetele magnetice sunt realizate prin presarea pulberilor metalice fără material obligatoriu și sinterizarea acestora la temperaturi foarte ridicate. Pulberile sunt utilizate cu aliajele descrise mai sus, precum și pe baza de platină și metale pământoase rare.

Rezistența mecanică a metalurgiei pulberilor depășește viteza de turnare, dar proprietățile magnetice ale magneților ceramici sunt încă ceva mai mici decât cele ale turnării. Pe baza platinei, magneții au valori foarte mari ale forței coercitive, precum și parametrii foarte stabili. Pentru aliajele cu uraniu și metale pământuri rare, valorile înregistrate ale energiei magnetice maxime: valoarea limită este de 112 kJ pe metru pătrat. Aceste aliaje sunt obținute prin presarea pulberii până la cel mai înalt grad de densitate rece, apoi brichetele sunt sinterizate cu prezența unei faze lichide și compoziția de formare multi-component. Prin turnare simplă este imposibilă amestecarea componentelor într-o asemenea măsură.

Alte materiale magnetice dure

Materialele magnetice dure sunt cele cu un scop special îngust. Acestea sunt magneți elastici, aliajele sunt plastic deformabile, materialele pentru purtătoarele de informații și magneții sunt lichizi. Magneții deformabili au proprietăți de plastic remarcabile, potrivite perfect oricărui tip de prelucrare - ștanțare, tăiere, prelucrare. Dar acești magneți sunt scumpe. Magneții din Coenife din cupru, nichel și fier sunt anizotropi, adică magnetizați spre rulare, sunt utilizați sub formă de ștanțare și sârmă. Magneții cu vocal din cobalt și vanadiu sunt realizați sub forma unei benzi magnetice de înaltă rezistență, precum și a unei sârme. Acest compus este bun pentru magneții foarte mici cu cea mai complexă configurație.

Magneți elastici - pe bază de cauciuc, în care materialul de umplutură este o pulbere fină de material magnetic dur. Cel mai adesea acesta este ferit de bariu. Această metodă face posibilă obținerea de produse de orice formă cu o mare prelucrabilitate. Ele sunt, de asemenea, tăiate perfect cu foarfece, îndoiți, ștampilați, răsuciți. Sunt mult mai ieftine. Cauciucul magnetic este folosit ca foi de magnetice memorie pentru computere, în televiziune, pentru sisteme corective. Ca purtători de informații, materialele magnetice îndeplinesc multe cerințe. Această inducție reziduală la nivel înalt, efectul de auto-magnetizare mic (altfel informația va fi pierdută), valoarea forței coercitive ridicate. Și pentru a facilita procesul de ștergere a înregistrărilor, doar o mică parte din această forță este necesară, însă contradicția este eliminată cu ajutorul tehnologiei.