Magneto-tvrdi materijali: svojstva, svojstva, primjena

Danas je gotovo nemoguće naći tehničkog posao, koji ne bi koristili magnetskih materijala, a ne bi koristili permanentni magneti. To akustika i elektronika, računala i tehnologija mjerenja i opremu, te kombinirane topline i energije, i moć, a izgradnja i čelika, te sve vrste prijevoza, te poljoprivredu i medicinu, te rudoobogaschenie, pa čak u svakoj kuhinji stoji mikrovalna peć, grije pizzu. To nije na popisu, magnitotvedrye materijali nas prati na svakom koraku našeg života. I svi proizvodi uz njihovu pomoć radu na potpuno različitim principima: motori i generatori imaju svoje funkcije i kočni uređaji - njegov separator radi jedno i manu - više. Možda potpuni popis tehničkih uređaja koji koriste magnetskih materijala, a tu su tako mnogi od njih.

Koji su magnetski sustavi

Naš planet je iznimno dobro ugođen magnetski sustav. Na isti način, svi ostali su izgrađeni. Magnetski tvrdi materijali imaju funkcionalna svojstva koja su vrlo različita. U katalozima, dobavljači nisu uzalud uzimajući ne samo svoje parametre, već i njihova fizička svojstva. Osim toga, to može biti magnetski tvrdi i meki magnetski materijali. Na primjer, koristite rezonantne tomografije, gdje se koriste sustavi s vrlo homogenim magnetskim poljem i uspoređuju s separatorima, gdje je polje oštro neujednačeno. Potpuno drugačiji princip! Magistrirani magnetski sustavi, gdje se polje može uključiti i isključiti. Ovako se raspoređuju snimke. A neki sustavi čak mijenjaju magnetsko polje u prostoru. To su svi poznati klystroni i svjetiljke s putujućim valom. Svojstva magnetski mekih i magnetski tvrdi materijali doista su čarobna. Oni su poput katalizatora, gotovo uvijek djeluju kao posrednici, ali bez ikakvog gubitka vlastite energije mogu transformirati netko drugima pretvaranjem jedne vrste u drugu.

Na primjer, magnetski puls pretvara se u mehaničku energiju u radu spojki, separatora i slično. Mehanička energija se pretvara magnetskim putem u električnu energiju, ako se radi o mikrofonima i generatorima. I obrnuto, to se događa! Na zvučnicima i motorima magneti, na primjer, pretvaraju električnu energiju u mehaničku energiju. I to nije sve. Mehanički se može pretvoriti čak iu toplinsku energiju, kao i magnetski sustav u radu mikrovalne pećnice ili u kočionom uređaju. Sposoban za magnetski tvrde i mekane magnetske materijale i specijalne efekte - u Hallovim senzorima, u magnetografskim tomografijama, u radu mikrovalne komunikacije. Zasebni članak može se napisati o katalitičkom učinku na kemijske procese, kao što su magnetna polja gradijenta na vodu utječu na strukturu iona, proteinskih molekula, otopljenih plinova.

Čarolija od antike

Prirodni materijal - magnetit - bio je poznat čovječanstvu prije nekoliko tisućljeća. Tada nisu poznavali sva svojstva magnetski tvrdi materijali, pa se stoga nisu koristili u tehničkim uređajima. I nije bilo tehničkih uređaja. Nitko nije znao napraviti izračune za rad magnetskog sustava. No, utjecaj na biološke predmete već je promatran. Korištenje magnetski tvrdi materijali najprije je prolazilo isključivo u medicinske svrhe, dok su u trećem stoljeću prije Krista Kinezi izumili kompas. Međutim, liječenje magnetom nije zaustavljeno sve do danas, iako postoje kontinuirane rasprave o štetnosti takvih metoda. Osobito je aktivan magnetno tvrdi materijal u medicini u SAD-u, Kini i Japanu. A u Rusiji postoje adepti alternativnih metoda, iako je nemoguće mjeriti količinu izloženosti organizmu ili biljci bilo kojim uređajem.

Ali natrag u povijest. U Maloj Aziji prije mnogo stoljeća već je postojao drevni grad Magnesia na obalama Meandra dubokih voda. A danas možete posjetiti njegove slikovite ruševine u Turskoj. Tamo je otkriven prvi magnetski željezni kamen, koji je dobio ime po gradu. Vrlo brzo se širio diljem svijeta, a kineske prije pet tisuća godina sa svojom pomoći koja je do danas izmislila ne umirujući uređaj navigacije. Sada je čovječanstvo naučilo proizvesti magnete umjetno na industrijskoj razini. Temelj za njih je niz feromagneta. Sveučilište u Tartu ima najveće prirodni magnet, sposobna je podići oko četrdeset kilograma, dok je težak samo trinaest. Današnji prašak - od kobalta, željeza i raznih drugih aditiva, drže robu pet tisuća puta više nego što se vagaju.

Histerska petlja

Postoje dvije vrste umjetnih magneta. Prvi je tip trajni, koji su izrađeni od magnetski čvrstih materijala, njihova se svojstva ne vežu na vanjske izvore ili struje. Drugi tip su elektromagneti. Oni imaju jezgru željeza - magnetski meki materijal, a struja teče kroz navijanje ove jezgre, što stvara magnetsko polje. Sada moramo razmotriti načela njegova djela. Karakterizira magnetska svojstva petlje histereze za magnetski tvrde materijale. Postoje vrlo složene tehnologije za za proizvodnju magnetski sustavi, pa stoga trebamo informacije o magnetizaciji, magnetskoj permeabilnosti, gubitcima energije, kada se radi o magnetizaciji. Ako je promjena napona ciklična, krivulja reverzije magnetizacije (promjena indukcije) uvijek će izgledati kao zatvorena krivulja. Ovo je petlja histereze. Ako je polje slabo, tada je petlja više slična elipsi.

Kada se intenzitet magnetskog polja povećava, formira se cijeli niz takvih petlji, zatvorenih u međusobno. U procesu magnetizacije, svi vektori su usmjereni zajedno, a na kraju će doći stanje tehničke zasićenosti, materijal će biti potpuno magnetiziran. Petlja dobivena zasićenjem naziva se ograničavajuća petlja, pokazuje maksimalnu vrijednost indukcije B (indukcija zasićenja). Kada se napetost smanjuje, preostala indukcija nastavi. Područje histereske petlje u graničnom i srednjem stanju pokazuje disipaciju energije, odnosno gubitak zbog histereze. To najviše ovisi o učestalosti izmjene magnetizacije, svojstvima materijala, geometrijskim dimenzijama. Granične karakteristike magnetski tvrdi materijali mogu se odrediti pomoću petlje granične histereze: indukcije zasićenja B, preostale indukcije Bc i prisilne sile Hc.

Krivulja magnetizacije

Ova je krivulja najvažnija karakteristika, jer pokazuje magnetizaciju i snagu vanjskog polja u ovisnosti. Magnetna indukcija mjeri se u Tesli i povezana je s magnetizacijom. Komutacijska je krivulja glavna, to je mjesto vrhova na petlje histereze, koje su dobivene tijekom cikličke magnetizacijske preokreta. To odražava promjenu magnetske indukcije koja ovisi o snazi ​​polja. Kada je magnetski krug zatvoren, snaga polja koja se odražava u obliku toroida jednaka je snazi ​​vanjskog polja. Ako je magnetski krug otvoren, polovi se pojavljuju na krajevima magneta koji stvaraju demagnetizaciju. Razlika između tih napetosti određuje unutarnju napetost materijala.

Na glavnoj je krivulji karakteristična područja koja se oslobađaju kada se magnetizirate jedan kristal feromagneta. Prvi odjeljak prikazuje proces odstupanja granica nepovoljno ugođenih domena, a na drugom se magnetizacijski vektori razvijaju na vanjsko magnetsko polje. Treći dio je paraproces, posljednja faza magnetizacije, ovdje je magnetsko polje snažno i usmjereno. Korištenje magnetski mekih i magnetski čvrstih materijala uvelike ovisi o karakteristikama dobivenim magnetizacijskom krivuljom.

Propusnost i gubitak energije

Da bi se obilježilo ponašanje materijala na području napetosti, potrebno je koristiti takav pojam kao apsolutna magnetska permeabilnost. Postoje definicije impulsa, diferencijalne, maksimalne, početne, normalne magnetske permeabilnosti. Relativno se prati duž glavne krivulje, pa se ova definicija ne koristi - zbog jednostavnosti. Magnetska propusnost u uvjetima gdje je H = 0 naziva se inicijalna, a može se odrediti samo za slaba polja, do oko 0,1 mjernih jedinica. Maksimalni, naprotiv, karakterizira najveću magnetsku permeabilnost. Vrijednosti normalnog i maksimuma omogućuju promatranje uobičajenog tijeka procesa u svakom pojedinom slučaju. U području zasićenja u jakim poljima, magnetska propusnost uvijek je sklona jedinstvu. Sve ove vrijednosti su neophodne za upotrebu magnetski tvrdi materijali, oni se uvijek koriste.

Gubitak energije zbog izmjene magnetizacije je nepovratan. Struja se oslobađa u materijalu kao vrućina, a njegovi su gubici sastavljeni od dinamičkih gubitaka i gubitaka zbog histereze. Potonji se dobivaju pomicanjem zidova domena, kada je proces magnetizacije tek početak. Budući da magnetski materijal ima ne-homogenu strukturu, energija se nužno troši kako bi se izjednačili zidovi domena. Dinamički gubici se dobivaju u vezi s vrtložnim strujama koje nastaju u vrijeme promjene jakosti i smjera magnetskog polja. Energija se raspršuje na isti način. I gubici zbog vrtložnih struja nadilaze čak i gubitke histereze pri visokim frekvencijama. Dinamički gubici se također dobivaju zbog preostalih promjena u stanju magnetskog polja nakon promjene napetosti. Količina gubitaka nakon utjecaja ovisi o sastavu, na toplinskoj obradi materijala, oni se pojavljuju samo na visokim frekvencijama. Posljedica je magnetska viskoznost, a ti se gubici uvijek uzimaju u obzir ako se feromagneti koriste u pulziranom modu.

Razvrstavanje čvrstih magnetskih materijala

Na mehanička svojstva, pojmovi koji govore o mekoći i tvrdoći ne primjenjuju se apsolutno. Mnogi tvrdi materijali zapravo su magnetski mekani, a od mehaničke točke gledišta, mekani materijali također su vrlo magnetski. Proces magnetizacije u tim i ostalim skupinama materijala događa se jednako. Prvo, granice domena su pomaknute, a zatim rotacija počinje u smjeru sve magnetiziranog polja, a konačno se pojavljuje prethodni proces. I ovdje postoji razlika. Krivulja magnetizacije pokazuje da je lakše prebaciti granice, manje energije troši, ali proces rotacije i prethodnog procesa više su energetski intenzivni. Magnetski meki materijali magnetizirani su pomicanjem granica. Magneto-tvrdo - zbog rotacije i prethodnog procesa.

Oblik petlje histereze je približno isti za obje skupine materijala, indukcija zasićenja i ostatke su također blizu jednaka, ali razlika postoji kod prisilne sile i vrlo je velika. Kod magnetski čvrstih materijala, Hc = 800 kA-m, dok je za magnetno mekane materijale samo 0.4 A-m. Ukupno, razlika je ogromna: 2 x 106 puta. Zato je na temelju tih obilježja usvojena takva podjela. Iako, moramo priznati da je to prilično uvjetno. Magnetski meki materijali mogu se zasititi čak iu slabom magnetskom polju. Primijenite ih u niskom frekvencijskom polju. Na primjer, u uređajima za magnetsku memoriju. Magnetski tvrdo materijale teško je magnetizirati, ali magnetizacija se zadržava vrlo dugo. Iz njih se dobivaju dobri stalni magneti. Područja primjene magnetski tvrdi materijali su brojna i opsežna, a neke su navedene na početku članka. Postoji još jedna grupa - magnetski materijali za posebne namjene, njihov je opseg vrlo uski.

Pojedinosti o magneto-tvrdoći

Kao što je već spomenuto, magnetski tvrdi materijali imaju široku petlju histereze i veliku prisilnu silu, malu magnetsku propusnost. Njihova je karakteristika maksimalne specifične magnetske energije koja se oslobađa u prostor. A "teži" magnetski materijal, veća je snaga, manja propusnost. specifična magnetska energija najvažnija uloga ima u procjeni kvalitete materijala. Stalni magnet u vanjskom prostoru praktički ne daje energiju kad je magnetski krug zatvoren, jer su sve sile sile unutar jezgre, a izvan njega nema magnetskog polja. Kako bi se povećala potrošnja energije trajnih magneta, unutar zatvorenog magnetskog kruga nastaje zračni raspor strogo određene veličine i konfiguracije.

Tijekom vremena, magnet "dobi", njegov magnetski tok smanjuje. Međutim, ovo starenje može biti nepovratno ili reverzibilno. U posljednjem slučaju, uzroci njegovog starenja jesu udarci, šokovi, promjene temperature, stalno vanjsko polje. Magnetska indukcija se smanjuje. Ali može se ponovno magnetizirati, čime se vraćaju izvrsna svojstva. Ali ako je trajni magnet prošao bilo kakve strukturne promjene, re-magnetizacija neće pomoći, starenje neće biti uklonjeno. Ali oni služe dugo vremena, a imenovanje magnetski tvrdi materijali je super. Primjeri su doslovno u svakom koraku. To nisu samo stalni magneti. Ovo je materijal za pohranjivanje podataka, za snimanje, audio i digitalni sadržaj i videozapis. Ali gore je samo mali dio primjene magnetski tvrdi materijali.

Oblikovani tvrdi magnetski materijali

Metodom proizvodnje i sastava, magnetski tvrdi materijali mogu biti lijevane, praškaste i druge. Temelji se na legurama od željeza, nikla, aluminija i željeza, nikla, kobalta. Ovi spojevi su najosnovniji kako bi se dobio trajni magnet. Oni se odnose na preciznost, budući da broj od njih određuje najstrože tehnološke čimbenike. Oblikovani magnetski tvrdi materijali dobiveni su u disperzijskom otvrdnjavanju legure, gdje se hlađenje vrši pri izračunatoj stopi od topljenja do početka dekompozicije, što se događa u dvije faze.

Prvi je kada je sastav blizu čiste žlijezde s izraženim magnetskim svojstvima. Pojavljuju se kao ploče debljine jedne domene. Druga je faza bliža intermetalnom spoju u sastavu, gdje nikal i aluminij imaju niska magnetska svojstva. Dobiva se sustav, gdje se ne-magnetska faza kombinira s snažno magnetskim obuhvatima s velikom prisilnom silom. Ali ova legura nije dovoljna za magnetna svojstva. Najčešći je drugi sastav, legirani: željezo, nikal, aluminij i bakar s kobaltom za legiranje. Bessobalt legure imaju niže svojstva magneta, ali su mnogo jeftinije.

Praškasti magneto-tvrdi materijali

Powder materijali se koriste za minijaturne ali složene oblike trajnih magneta. Oni mogu biti cermet, metal-plastic, oksid i mikrotpor. Metalna keramika je osobito dobra. Prema magnetskim svojstvima, cast nije mnogo manji nego lijevani, ali nešto skuplji od njih. Magneti kermeta izrađuju se pritiskom metalnih prašaka bez veznog materijala i sinteriraju ih pri vrlo visokim temperaturama. Prašci se koriste sa gore opisanim legurama, kao i na osnovi metala platine i rijetkih zemlja.

Mehanička čvrstoća metalurške prašine premašuje lijevanje, ali magnetska svojstva magneta cermeta još uvijek su nešto niža od onih od lijevanog. Na temelju platine, magneti imaju vrlo visoku vrijednost prisilne sile, kao i vrlo stabilne parametre. Za legure metala s uranom i rijetkim zemljama zabilježite vrijednosti maksimalne magnetske energije: granična vrijednost je 112 kJ po kvadratnom metru. Takve se legure dobivaju hladnim prešanjem praha do najvišeg stupnja gustoće, a zatim su brikete sinterizirane prisutnošću tekuće faze i lijevanjem višekomponentnog sastava. Jednostavnim lijevanjem nije moguće miješati komponente do te mjere.

Ostali tvrdi magnetski materijali

Za magnetski tvrdo materijale su oni s uskom posebnom namjenom. To su elastični magneti, legure su plastično deformabilne, materijali za prijenos podataka i magneti su tekući. Deformabilni magneti imaju izvanredna plastična svojstva, savršeno prilagođena svakoj vrsti strojne obrade, rezanja, strojne obrade. Ali ti su magneti skupi. Magneti Coenifea iz bakra, nikla i željeza su anizotropni, tj. Magnetizirani prema valjanju, koriste se u obliku žigosanja i žica. Magneti s vokalom iz kobalta i vanadija izrađeni su u obliku magnetske vrpce velike čvrstoće, kao i žice. Ovaj spoj je dobar za vrlo male magnete s najsloženijom konfiguracijom.

Elastični magneti - na gumenom podnožju, u kojem je punilo fine tanjur od magnetski tvrdog materijala. Najčešće je to barijev ferit. Ova metoda omogućava dobivanje proizvoda apsolutno svih oblika s visokom procesabilnošću. Također su savršeno izrezani škarama, savijati, pečat, uvijanje. Oni su mnogo jeftiniji. Magnetska guma se koristi kao listovi magneta memorija za računala, na televiziji, za korektivne sustave. Kao nositelji informacija, magnetski materijali ispunjavaju mnoge zahtjeve. Ovaj rezidualni indukcijski visoki stupanj, mali učinak samo-magnetizacije (inače će se izgubiti informacija), visoka prisilna vrijednost sile. A kako bi se olakšao proces brisanja zapisa, potrebna je samo mala količina ove sile, ali kontradikcija se uklanja uz pomoć tehnologije.