Magneto tvrdé materiály: vlastnosti, vlastnosti, použití

Dnes je téměř nemožné nalézt takový technický průmysl, kde by nebyly použity magneticky tvrdé materiály, ani by nebyly použity permanentní magnety. Tato akustika a elektroniky a výpočetní a měřicí techniku ​​a zařízení, a kombinované výroby tepla a elektřiny, i mocnosti, i konstrukci a výrobě oceli a všechny druhy dopravy a zemědělství, a medicína, a rudoobogaschenie, a to i v kuchyni každého tam je mikrovlnná trouba, ohřívá pizzu. Všechny nezařazené, magnetické materiály nás doprovázejí v každém kroku našeho života. A všechny produkty s jejich pomocí práce na zcela odlišných principech: motory a generátory mají své vlastní funkce a brzdových zařízení - jeho oddělovač dělá jednu věc a chybu - další. Pravděpodobně neexistuje úplný seznam technických zařízení, kde se používají magneticky tvrdé materiály, existuje tolik z nich.

Jaké jsou magnetické systémy?

Samotná naše planeta je mimořádně dobře naladěný magnetický systém. Na stejném principu jsou postaveny všechny ostatní. Magneticky tvrdé materiály mají velmi odlišné funkční vlastnosti. V katalozích dodavatelé nejsou marně dáváni nejen svým parametrům, ale také jejich fyzikálním vlastnostem. Kromě toho mohou být magneticky tvrdé a měkké magnetické materiály. Například se rezonance, který používá systém s velmi homogenním magnetickým polem, a ve srovnání se separátory, kde pole je silně nehomogenní. Úplně jiný princip! Mastivované magnetické systémy, kde se pole může zapnout a vypnout. Takto jsou uspořádány záchyty. A některé systémy dokonce mění magnetické pole ve vesmíru. Jedná se o všechny známé klystrony a lampy s pohyblivou vlnou. Vlastnosti magneticky měkkých a magneticky tvrdých materiálů jsou skutečně magické. Jsou jako katalyzátory, téměř vždy se chovají jako prostředníci, ale bez ztráty energie schopné převést svou vlastní zahraniční, transformuje jednoho druhu k jinému.

Například magnetický impuls se přeměňuje na mechanickou energii při provozu spojek, odlučovačů a podobně. Mechanická energie se přeměňuje pomocí magnetů na elektřinu, pokud se jedná o mikrofony a generátory. A naopak se to stane! V reproduktorech a motorech, magnety přeměňují elektřinu například na mechanickou energii. A to není všechno. Mechanická se může otáčet i na tepelnou energii, stejně jako magnetický systém při provozu mikrovlnné trouby nebo brzdového zařízení. Možnost magnetických tvrdých a měkkých magnetických materiálů a speciálních efektů - v Hallových snímačích, magnetických rezonančních tomografech, při provozu mikrovlnné komunikace. Samostatný článek lze psát o katalytickém účinku na chemické procesy, protože ve vodním gradientu ovlivňují magnetické pole strukturu iontů, proteinových molekul, rozpuštěných plynů.

Kouzlo ze starověku

Přírodní materiál - magnetit - byl známo lidstvu před několika tisíci lety. Pak nepoznali všechny vlastnosti magneticky tvrdých materiálů, a proto nebyly používány v technických zařízeních. A nebylo žádné technické zařízení. Nikdo nevěděl, jak provádět výpočty pro provoz magnetických systémů. Avšak dopad na biologické objekty již byl pozorován. Použití magneticky tvrdých materiálů nejprve šlo čistě pro lékařské účely, až ve třetím století př. Nl Číňané vynalezli kompas. Léčba magnetem se však až dodnes nezastavila, přestože probíhají diskuse o škodlivosti těchto metod. Zvláště aktivní je použití magneticky tvrdých materiálů v medicíně v USA, Číně a Japonsku. A v Rusku existují adepti alternativních metod, i když není možné měřit množství expozice organismu nebo rostlině žádným zařízením.

Ale zpět do historie. V Malé Asii již mnoho století existovalo staré město Magnesia na břehu hluboké vody Meander. A dnes můžete navštívit jeho malebné ruiny v Turecku. Tam byl objeven první magnetický železný kámen, který byl pojmenován po městě. Poměrně rychle se rozšířila po celém světě a před pěti tisíci lety Číňany s jeho pomocí vynalezli do dnešního dne ne umírající navigační zařízení. Nyní se člověk naučil uměle vyrábět magnety v průmyslovém měřítku. Základem pro ně je řada feromagnetů. Univerzita v Tartu má největší přírodní magnet, schopný zvednout asi čtyřicet kilogramů, zatímco váží jen třináct. Dnešní prášek - z kobaltu, železa a různých dalších přísad, drží zboží pětkrát více než si váží.

Hysterezní smyčka

Existují dva typy umělých magnetů. První typ je trvalý, jsou vyrobeny z magneticky tvrdých materiálů, jejich vlastnosti se nevážejí na vnější zdroje nebo proudy. Druhým typem jsou elektromagnety. Mají jádro ze železa - magneticky měkký materiál a proud protéká vinutím tohoto jádra, což vytváří magnetické pole. Teď musíme zvážit principy jeho práce. Charakterizuje magnetické vlastnosti hysterezní smyčky pro magneticky tvrdé materiály. Existují poměrně složité technologie pro magnetické systémy, a proto potřebujeme informace o magnetizaci, magnetické propustnosti, energetických ztrátách, když dochází ke změně magnetizace. Pokud je změna napětí tzv. Cyklické, bude křivka obrácení magnetizace (indukční změna) vždy vypadat jako uzavřená křivka. Toto je hystereze. Pokud je pole slabé, pak je smyčka spíše jako elipsa.

Když se intenzita magnetického pole zvětší, vytvoří se celá řada takových smyček, uzavřená navzájem. V procesu magnetizace jsou všechny vektory orientovány podél a na konci nastane stav technického saturace, materiál bude magnetizován zcela. Smyčka získaná při nasycení se nazývá omezující smyčka, ukazuje maximální dosaženou hodnotu indukce Bs (indukce nasycení). Když napětí klesá, zbytková indukce přetrvává. Plocha hystereze smyček v mezním a mezilehlém stavu ukazuje ztrátu energie, tj. Ztrátu způsobenou hysterezí. To závisí především na frekvenci obrácení magnetizace, vlastnostech materiálu, geometrických rozměrech. Omezení hysterezní smyčku následující specifikace magnetické materiály mohou být definovány: nasycení indukce bs, Bc zbytkový indukční a koercitivní síla HC.

Magnetizační křivka

Tato křivka je nejdůležitější charakteristika, protože ukazuje magnetizaci a sílu vnějšího pole v závislosti. Magnetická indukce se měří v Tesle a je spojena s magnetizací. Komutační křivka je hlavní, to je místo vrcholů na smyčkách hystereze, které byly získány během cyklické změny magnetizace. To odráží změnu magnetické indukce, která závisí na intenzitě pole. Když je magnetický obvod uzavřen, intenzita pole, odrážející se ve formě toroidu, se rovná síle vnějšího pole. Pokud je magnetický okruh otevřený, objeví se na koncích magnetu póly, které vytvářejí demagnetizaci. Rozdíl mezi těmito napětím určuje vnitřní napětí materiálu.

Na hlavní křivce jsou charakteristické oblasti, které se uvolňují, když je magnetizován jediný krystal feromagnetu. První část ukazuje proces hranice posunutí nepříznivě konfigurovat doménu a druhý magnetizace vektory rozvinout do vnějšího magnetického pole. Třetí částí je paraproces, konečná fáze magnetizace, zde magnetické pole je silné a směrové. Použití magneticky měkkých a magneticky tvrdých materiálů do značné míry závisí na charakteristikách získaných magnetizační křivkou.

Propustnost a ztráta energie

Abychom charakterizovali chování materiálu v oblasti napětí, je třeba použít takovou koncepci jako absolutní magnetickou permeabilitu. Existují definice impulzů, diferenciální, maximální, počáteční, normální magnetické propustnosti. Relativní je sledována podél hlavní křivky, takže tato definice není použita - pro jednoduchost. Magnetická permeabilita v podmínkách, kde H = 0, se nazývá počáteční a může být určena pouze pro slabá pole, až asi 0,1 měrných jednotek. Maximální, naopak, charakterizuje největší magnetickou permeabilitu. Hodnoty normálního a maximálního poskytují příležitost sledovat normální průběh procesu v každém konkrétním případě. V oblasti saturace v silných polích má magnetická permeabilita vždy tendenci k jednotě. Všechny tyto hodnoty jsou nezbytné pro použití magneticky tvrdých materiálů, vždy se používají.

Úbytek energie způsobený změnou magnetizace je nevratný. Elektřina se uvolňuje v materiálu jako teplo a jeho ztráty jsou způsobeny dynamickými ztrátami a ztrátami v důsledku hystereze. Ty jsou získány posunováním stěn domén, když proces magnetizace právě začíná. Vzhledem k tomu, že magnetický materiál má nehomogenní strukturu, je nezbytně nutno vynaložit energii k vyrovnání stěn domén. Dynamické ztráty jsou získány v souvislosti s vířivými proudy vznikajícími v době změny síly a směru magnetického pole. Energie se rozptýlí stejným způsobem. A ztráty způsobené vířivými proudy překračují při vysokých frekvencích i ztráty hystereze. Dynamické ztráty jsou také získány v důsledku zbytkových změn ve stavu magnetického pole po změně napětí. Množství ztrát po působení závisí na složení, na tepelném zpracování materiálu, objevují se pouze při vysokých frekvencích. Aftereffect je magnetická viskozita a tyto ztráty jsou vždy brány v úvahu, pokud se v impulsním režimu používají feromagnetidy.

Klasifikace tvrdých magnetických materiálů

K mechanickým vlastnostem se termíny, které mluví o měkkosti a tvrdosti, zcela neuplatňují. Mnoho tvrdých materiálů je vlastně magneticky měkké a z mechanického hlediska jsou měkké materiály také poměrně magnetické. Proces magnetizace v těchto a dalších skupinách materiálů probíhá shodně. Za prvé, hranice domén jsou posunuty, pak rotace začíná ve směru stále magnetizovaného pole a nakonec dochází k paraprocesu. A zde je rozdíl. Křivka magnetizace ukazuje, že je snazší přesunout hranice, méně energie se vynakládá, ale proces rotace a paraprocesu je energeticky náročnější. Magneticky měkké materiály jsou magnetizovány posunutím hranic. Magneto-tvrdé - díky otáčení a paraprocesu.

Tvar hysterezní smyčky je přibližně stejný pro obě skupiny materiálů, indukce saturace a zbytky jsou také blízké rovnováze, ale rozdíl existuje v donucovací síle a je velmi velký. U magneticky tvrdých materiálů je Hc = 800 kA-m, zatímco pro magneticky měkké materiály je pouze 0,4 A-m. Celkem je rozdíl obrovský: 2 * 106 krát. Proto je na základě těchto charakteristik takové rozdělení přijato. Přesto musíme připustit, že je spíše podmíněná. Magneticky měkké materiály mohou nasytit i ve slabém magnetickém poli. Použijte je v nízkofrekvenčních polích. Například v magnetických paměťových zařízeních. Magneticky tvrdé materiály jsou obtížně magnetizovatelné, ale magnetizace je zachována po velmi dlouhou dobu. Z nich jsou získávány dobré permanentní magnety. Oblasti použití magneticky tvrdých materiálů jsou četné a rozsáhlé, některé jsou uvedeny na začátku článku. Existuje další skupina - magnetické materiály pro speciální účely, jejich rozsah je velmi úzký.

Podrobnosti o magneto tvrdosti

Jak již bylo uvedeno, magneticky tvrdé materiály mají širokou hysterezní smyčku a velkou koercitivní sílu, malou magnetickou permeabilitu. Jsou charakterizovány maximální specifickou magnetickou energií uvolněnou do prostoru. A "tvrdší" magnetický materiál, čím vyšší je jeho síla, tím méně propustnosti. Specifické magnetická energie nejdůležitější roli hraje při hodnocení kvality materiálu. Trvalý magnet ve vnějším prostoru prakticky nedává energii, když je magnetický obvod uzavřen, protože všechny síly jsou uvnitř jádra a není tam žádné magnetické pole. Pro maximalizaci využití energie permanentních magnetů se uvnitř uzavřeného magnetického obvodu vytvoří vzduchová mezera přesně definované velikosti a konfigurace.

V průběhu času se magnet "stárne", magnetický tok se snižuje. Toto stárnutí však může být buď nevratné nebo reverzibilní. Ve druhém případě jsou příčiny jeho stárnutí šoky, otřesy, teplotní výkyvy, konstantní vnější pole. Magnetická indukce je snížena. Ale může být magnetizován znovu, čímž se obnoví jeho vynikající vlastnosti. Ale pokud permanentní magnet prošel nějakými strukturálními změnami, změna magnetizace nepomůže, stárnutí nebude odstraněno. Ale slouží dlouhou dobu a jmenování magneticky tvrdých materiálů je skvělé. Příklady jsou doslova na každém kroku. Nejsou to jen permanentní magnety. Jedná se o materiál pro ukládání informací, pro jejich nahrávání - a audio, digitální a video. Ale výše je jen malá část aplikace magneticky tvrdých materiálů.

Tvarované tvrdé magnetické materiály

Způsob výroby a složení mohou být magneticky tvrdé materiály odlité, práškové a jiné. Jsou založeny na slitinách železa, niklu, hliníku a železa, niklu, kobaltu. Tyto sloučeniny jsou nejzákladnější pro získání permanentního magnetu. Jedná se o přesnost, protože jejich počet určuje nejpřísnější technologické faktory. Tvarované magneticky tvrdé materiály se získají v disperzním vytvrzení slitiny, kde dochází k ochlazení vypočtenou rychlostí od tavení až po začátek rozkladu, ke kterému dochází ve dvou fázích.

První je, když se kompozice blíží čisté žláze s výraznými magnetickými vlastnostmi. Objeví se jako desky o tloušťce jedné domény. Druhá fáze je blíže k intermetalické sloučenině v kompozici, kde nikl a hliník mají nízké magnetické vlastnosti. Získá se systém, ve kterém je nemagnetická fáze kombinována se silně magnetickými inkluzemi s velkou donucovací silou. Tato slitina však není dostatečná pro magnetické vlastnosti. Nejběžnější je další kompozice, legovaná: železo, nikl, hliník a měď s kobaltem pro legování. Bessobaltové slitiny mají nižší magnetické vlastnosti, ale jsou mnohem levnější.

Práškové magneto-tvrdé materiály

Práškové materiály se používají pro miniaturní, ale složité tvary permanentních magnetů. Mohou být cermetové, kov-plastové, oxidové a mikroprašové. Kovová keramika je obzvláště dobrá. Podle magnetických vlastností není obsazení podstatně menší než obsazení, ale poněkud dražší než oni. Cermetové magnety se vyrábějí lisováním kovových prášků bez jakéhokoliv spojovacího materiálu a slinováním za velmi vysokých teplot. Prášky se používají s výše popsanými slitinami, jakož i na bázi platiny a kovů vzácných zemin.

Mechanická pevnost práškové metalurgie přesahuje odlitky, ale magnetické vlastnosti cermetových magnetů jsou ještě poněkud nižší než u magnetických vlastností. Na bázi platiny mají magnety velmi vysoké hodnoty donucovacích sil, stejně jako velmi stabilní parametry. U slitin s uranem a kovy vzácných zemin se zaznamenávají maximální magnetické energie: mezní hodnota je 112 kJ / m2. Taková slitina se získá lisováním prášku za studena na nejvyšší stupeň hustoty, pak se brikety sintrují za přítomnosti kapalné fáze a odlévání vícesložkové kompozice. Prostřednictvím jednoduchého odlévání není možné součásti smíchat do takového rozsahu.

Ostatní tvrdé magnetické materiály

Pro magneticky tvrdé materiály jsou ty s úzkým speciálním účelem. Jedná se o elastické magnety, slitiny jsou plasticky deformovatelné, materiály pro nosiče informací a magnety jsou kapalné. Deformovatelné magnety mají pozoruhodné plastové vlastnosti, dokonale přizpůsobené jakémukoli obrábění - razítkování, řezání, obrábění. Ale tyto magnety jsou drahé. Magnety Coenife z mědi, niklu a železa jsou anizotropní, to znamená magnetizované k válcování, používají se jako razítka a dráty. Magnety s vokálem z kobaltu a vanadu jsou vyráběny ve formě magnetické pásky vysoké pevnosti i drátu. Tato směs je vhodná pro velmi malé magnety s nejsložitější konfigurací.

Elastické magnety - na gumovém podkladu, ve kterém je plnivo jemným práškem z magneticky tvrdého materiálu. Nejčastěji jde o bariový ferit. Tato metoda umožňuje získat produkty absolutně jakéhokoliv tvaru s vysokou zpracovatelností. Jsou také dokonale řezány nožnicemi, ohybem, razítkem, kroucením. Jsou mnohem levnější. Magnetický kaučuk se používá jako plechy magnetické paměti pro počítače, v televizi, pro opravné systémy. Jako nosiče informací vyhovují magnetické materiály mnoha požadavkům. Tato reziduální indukce na vysoké úrovni, malý sammagnetizující účinek (jinak se informace ztratí), vysoká hodnota koercitivní síly. A aby se usnadnil proces vymazání záznamů, je zapotřebí pouze malé množství této síly, ale rozpor se odstraní pomocí technologie.