Tänapäeval on peaaegu võimatu leida tehnikatööstust, mis ei kasutaks kõvasid magnetmaterjale ja püsimagneteid. Need on akustika ja raadioelektroonika ja arvuti- ja mõõteseadmed ja automaatika, ja soojus ja võimsus, ja elektrienergia, ja ehitus, ja metallurgia ja igasugune transport, ja põllumajandus, meditsiin ja maagi töötlemine ja isegi kõigi köögis on mikrolaineahi, see soojendab pitsat. Kõike on võimatu üles lugeda, magnetmaterjalid saadavad meid igal eluetapil. Ja kõik nende abiga tooted töötavad täiesti erinevatel põhimõtetel: mootoritel ja generaatoritel on oma funktsioonid ja piduriseadmetel omad, eraldaja teeb üht ja veadetektor teist. Tõenäoliselt pole täielikku nimekirja tehnilistest seadmetest, kus kasutatakse kõvasid magnetmaterjale, neid on nii palju.
Mis on magnetsüsteemid
Meie planeet ise on erakordselt hästi õlitatud magnetsüsteem. Kõik ülejäänud on üles ehitatud samal põhimõttel. Kõvadel magnetilistel materjalidel on väga mitmekesised funktsionaalsed omadused. Tarnijate kataloogides pole asjata antud mitte ainult nende parameetrid, vaid ka füüsikalised omadused. Lisaks võivad need olla magnetiliselt kõvad ja magnetiliselt pehmed materjalid. Näiteks võtame resonantstomograafid, kus kasutatakse väga ühtlase magnetväljaga süsteeme, ja võrdle separaatoritega, kus väli on terav alt ebahomogeenne. Hoopis teistsugune põhimõte! Valdatud on magnetsüsteemid, kus välja saab sisse ja välja lülitada. Nii on käepidemed kujundatud. Ja mõned süsteemid muudavad isegi magnetvälja ruumis. Need on tuntud klystronid ja rändlaine lambid. Pehmete ja kõvade magnetiliste materjalide omadused on tõeliselt maagilised. Nad on nagu katalüsaatorid, nad toimivad peaaegu alati vahendajatena, kuid ilma vähimagi oma energia kaotuseta suudavad nad teisendada kellegi teise oma, muutes ühe liigi teiseks.
Näiteks magnetimpulss muundatakse mehaaniliseks energiaks sidurite, separaatorite jms töös. Mehaaniline energia muundatakse magnetite abil elektrienergiaks, kui tegemist on mikrofonide ja generaatoritega. Ja juhtub ka vastupidi! Kõlarites ja mootorites muudavad magnetid elektri näiteks mehaaniliseks energiaks. Ja see pole veel kõik. Mehaaniline energia võib muutuda isegi soojusenergiaks, nagu ka magnetsüsteem mikrolaineahju töös või piduriseadmes. On võimelisedmagnetiliselt kõvadel ja magnetiliselt pehmetel materjalidel ning eriefektidel - Halli andurites, magnetresonantstomograafides, mikrolainesides. Eraldi artikli saate kirjutada katalüütilisest mõjust keemilistele protsessidele, kuidas gradientmagnetväljad vees mõjutavad ioonide, valgu molekulide ja lahustunud gaaside struktuure.
maagia antiikajast
Looduslik materjal – magnetiit – oli inimkonnale teada juba mitu aastatuhandet tagasi. Sel ajal ei tuntud veel kõvade magnetiliste materjalide kõiki omadusi ja seetõttu ei kasutatud neid tehnilistes seadmetes. Ja tehnilisi seadmeid veel polnud. Keegi ei teadnud, kuidas magnetsüsteemide tööks arvutusi teha. Kuid mõju bioloogilistele objektidele on juba märgatud. Kõvade magnetmaterjalide kasutamine läks algul puht alt meditsiinilistel eesmärkidel, kuni hiinlased leiutasid kompassi kolmandal sajandil eKr. Magnetiga ravi pole aga katkenud tänaseni, kuigi pidev alt räägitakse selliste meetodite kahjulikkusest. Kõvade magnetiliste materjalide kasutamine meditsiinis on eriti aktiivne USA-s, Hiinas ja Jaapanis. Ja Venemaal on alternatiivsete meetodite järgijaid, kuigi kehale või taimele avaldatava mõju suurust pole võimalik ühegi instrumendiga mõõta.
Aga tagasi ajalukku. Väike-Aasias eksisteeris juba palju sajandeid tagasi iidne Magneesia linn täisvooluse Meanderi kaldal. Ja täna saate külastada selle maalilisi varemeid Türgis. Seal avastati esimene magnetiline rauamaak, mis sai oma nimelinnad. Üsna kiiresti levis see üle maailma ja hiinlased leiutasid viis tuhat aastat tagasi selle abiga navigatsiooniseadme, mis siiani ei sure. Nüüd on inimkond õppinud magneteid kunstlikult tööstuslikus mastaabis tootma. Nende aluseks on mitmesugused ferromagnetid. Tartu ülikoolil on suurim looduslik magnet, mis suudab tõsta umbes nelikümmend kilogrammi, samas kui ise kaalub vaid kolmteist. Tänapäeva pulbrid on valmistatud koob altist, rauast ja mitmesugustest muudest lisanditest, need mahutavad viis tuhat korda rohkem koormusi, kui nad kaaluvad.
Hüstereesisilmus
Kunstmagneteid on kahte tüüpi. Esimene tüüp on konstandid, mis on valmistatud kõvadest magnetmaterjalidest, nende omadused ei ole kuidagi seotud väliste allikate ega vooludega. Teine tüüp on elektromagnetid. Nende südamik on valmistatud rauast – magnetiliselt pehmest materjalist ja selle südamiku mähist läbib vool, mis tekitab magnetvälja. Nüüd peame kaaluma selle töö põhimõtteid. Iseloomustab kõvade magnetiliste materjalide hüstereesisilmuse magnetilisi omadusi. Magnetsüsteemide valmistamiseks on üsna keerukaid tehnoloogiaid ja seetõttu on vaja teavet magnetiseerimise, magnetilise läbilaskvuse ja energiakadude kohta magnetiseerimise ümberpööramisel. Kui intensiivsuse muutus on tsükliline, näeb ümbermagnetiseerimiskõver (induktsiooni muutused) alati välja nagu suletud kõver. See on hüstereesi ahel. Kui väli on nõrk, on silmus pigem ellips.
Kui pingemagnetväli suureneb, saadakse terve rida selliseid silmuseid, mis on üksteise sisse suletud. Magnetiseerimise käigus on kõik vektorid orienteeritud ja lõpuks saabub tehniline küllastusseisund, materjal magnetiseeritakse täielikult. Küllastuse käigus saadud ahelat nimetatakse piirkontuuriks, see näitab induktsiooni Bs (küllastusinduktsioon) maksimaalset saavutatud väärtust. Kui pinge väheneb, jääb järelejäänud induktsioon. Hüstereesisilmuste pindala piir- ja vaheolekus näitab energia hajumist, st hüstereesi kadu. See sõltub kõige enam magnetiseerimise ümberpööramissagedusest, materjali omadustest ja geomeetrilistest mõõtmetest. Piirav hüstereesisilmus võib määrata kõvade magnetiliste materjalide järgmised omadused: küllastusinduktsioon Bs, jääk-induktsioon Bc ja sunnijõud Hc.
Magnetiseerimiskõver
See kõver on kõige olulisem tunnus, kuna see näitab magnetiseerituse sõltuvust ja välisvälja tugevust. Magnetilist induktsiooni mõõdetakse Teslas ja see on seotud magnetiseerimisega. Lülituskõver on peamine, see on tippude asukoht hüstereesisilmustel, mis saadakse tsüklilise ümbermagnetiseerimise käigus. See peegeldab magnetilise induktsiooni muutust, mis sõltub väljatugevusest. Kui magnetahel on suletud, on toroidi kujul peegelduv väljatugevus võrdne välise väljatugevusega. Kui magnetahel on avatud, tekivad magneti otstesse poolused, mis tekitavad demagnetiseerumist. Erinevus vahelneed pinged määravad ära materjali sisepinge.
Põhikõveral on iseloomulikud lõigud, mis paistavad silma, kui ferromagneti üksikkristalli magnetiseeritakse. Esimene osa näitab ebasoods alt häälestatud domeenide piiride nihutamise protsessi ja teises magnetiseerimisvektorid pöörduvad välise magnetvälja poole. Kolmas sektsioon on paraprotsess, magnetiseerimise viimane etapp, siin on magnetväli tugev ja suunatud. Pehmete ja kõvade magnetiliste materjalide kasutamine sõltub suurel määral magnetiseerimiskõver alt saadud omadustest.
Läbilaskvus ja energiakadu
Materjali käitumise iseloomustamiseks pingeväljas on vaja kasutada sellist mõistet nagu absoluutne magnetiline läbilaskvus. Impulss, diferentsiaal, maksimaalne, esialgne, normaalne magnetiline läbilaskvus on määratletud. Suhtelist jälgitakse mööda põhikõverat, seega seda määratlust ei kasutata – lihtsuse huvides. Magnetilist läbilaskvust tingimustes, kus H=0, nimetatakse esialgseks ja seda saab määrata ainult nõrkades väljades, kuni ligikaudu 0,1 ühikut. Maksimaalne, vastupidi, iseloomustab kõrgeimat magnetilist läbilaskvust. Normaal- ja maksimumväärtused annavad võimaluse jälgida protsessi tavapärast kulgu igal konkreetsel juhul. Tugevate väljade küllastuspiirkonnas kipub magnetiline läbilaskvus alati ühtlustuma. Kõik need väärtused on kõva magneti kasutamiseks vajalikudmaterjale, kasutage neid alati.
Energiakadu magnetiseerimise ümberpööramisel on pöördumatu. Elekter eraldub materjalis soojusena ja selle kaod koosnevad dünaamilistest kadudest ja hüstereesikadudest. Viimased saadakse domeeni seinte nihutamisega, kui magnetiseerimisprotsess alles algab. Kuna magnetmaterjalil on ebahomogeenne struktuur, kulutatakse energiat tingimata domeeni seinte joondamisele. Ja dünaamilised kaod saadakse seoses pöörisvooludega, mis tekivad magnetvälja tugevuse ja suuna muutumise hetkel. Energia hajub samamoodi. Ja pöörisvooludest tulenevad kaod ületavad isegi hüstereesikadusid kõrgetel sagedustel. Samuti saadakse dünaamilised kaod magnetvälja oleku jääkmuutuste tõttu pärast intensiivsuse muutumist. Järelmõju kadude suurus sõltub koostisest, materjali kuumtöötlemisest, need tekivad eriti kõrgetel sagedustel. Järelmõju on magnetiline viskoossus ja neid kadusid võetakse alati arvesse, kui ferromagneteid kasutatakse impulssrežiimis.
Kõvade magnetiliste materjalide klassifikatsioon
Pehmusest ja kõvadusest rääkivad terminid ei kehti üldse mehaaniliste omaduste kohta. Paljud kõvad materjalid on tegelikult magnetiliselt pehmed ja mehaanilisest vaatenurgast on pehmed materjalid ka üsna kõvad magnetilised. Magnetiseerimisprotsess mõlemas materjalirühmas toimub ühtemoodi. Esiteks nihutatakse domeeni piirid, seejärel algab pöörlemineüha enam magnetiseeruva välja suunas ja lõpuks algab paraprotsess. Ja siin tulebki erinevus esile. Magnetiseerimiskõver näitab, et piire on lihtsam nihutada, energiat kulutatakse vähem, kuid pöörlemisprotsess ja paraprotsess on energiamahukamad. Pehmed magnetilised materjalid magnetiseeritakse piiride nihkega. Kõva magnetiline – pöörlemise ja paraprotsessi tõttu.
Hüstereesisilmuse kuju on mõlema materjalirühma puhul ligikaudu sama, küllastus ja jääkinduktsioon on samuti peaaegu võrdsed, kuid erinevus eksisteerib sundjõus ja see on väga suur. Kõvade magnetiliste materjalide Hc=800 kA-m, samas kui pehmete magnetiliste materjalide väärtus on ainult 0,4 A-m. Kokkuvõttes on erinevus tohutu: 2106 korda. Seetõttu võeti nende omaduste põhjal selline jaotus vastu. Kuigi tuleb tunnistada, et see on pigem tinglik. Pehmed magnetmaterjalid võivad küllastuda isegi nõrga magnetvälja korral. Neid kasutatakse madala sagedusega väljades. Näiteks magnetmäluseadmetes. Kõva magnetilisi materjale on raske magnetiseerida, kuid need säilitavad magnetiseerituse väga pikka aega. Just neilt saadakse häid püsimagneteid. Kõvade magnetmaterjalide kasutusvaldkonnad on arvukad ja ulatuslikud, mõned neist on loetletud artikli alguses. On veel üks rühm - eriotstarbelised magnetmaterjalid, nende ulatus on väga kitsas.
Kõvaduse üksikasjad
Nagu juba mainitud, on kõvadel magnetmaterjalidel lai hüstereesisilmus ja suur sundjõud ning madal magnetiline läbilaskvus. Neid iseloomustab maksimaalne eriline magnetenergia, mis eraldub aastalruumi. Ja mida "kõvem" on magnetmaterjal, seda suurem on selle tugevus, seda väiksem on läbilaskvus. Materjali kvaliteedi hindamisel omistatakse magnetilisele erienergiale kõige olulisem roll. Püsimagnet suletud magnetahelaga väliskosmosesse energiat praktiliselt välja ei anna, sest kõik jõujooned on südamiku sees ning sellest väljaspool puudub magnetväli. Püsimagnetite energia maksimaalseks ärakasutamiseks luuakse suletud magnetahela sees rangelt määratletud suuruse ja konfiguratsiooniga õhupilu.
Aja jooksul magnet "vanaks", selle magnetvoog väheneb. Selline vananemine võib aga olla nii pöördumatu kui ka pöördumatu. Viimasel juhul on selle vananemise põhjused šokid, põrutused, temperatuurikõikumised, pidevad välisväljad. Magnetiline induktsioon väheneb. Kuid seda saab uuesti magnetiseerida, taastades nii selle suurepärased omadused. Aga kui püsimagnet on läbi teinud mingeid struktuurseid muutusi, siis ümbermagnetiseerimine ei aita, vananemine ei jää ära. Kuid need teenivad pikka aega ja kõvade magnetiliste materjalide eesmärk on suurepärane. Näiteid on sõna otseses mõttes kõikjal. See pole ainult püsimagnetid. See on materjal teabe salvestamiseks, selle salvestamiseks - nii heli, digitaalne kui ka video. Kuid ül altoodu on vaid väike osa kõvade magnetiliste materjalide kasutamisest.
Vala kõvasid magnetmaterjale
Vastav alt tootmismeetodile ja koostisele saab valada kõvasid magnetmaterjale, pulbrit ja muud. Need põhinevad sulamitel.raud, nikkel, alumiinium ja raud, nikkel, koob alt. Need kompositsioonid on püsimagneti saamiseks kõige elementaarsemad. Need kuuluvad täpsuse alla, kuna nende arvu määravad kõige rangemad tehnoloogilised tegurid. Valatud kõvad magnetmaterjalid saadakse sulami sademega kõvenemisel, kus jahtumine toimub arvutatud kiirusega sulamisest kuni lagunemise alguseni, mis toimub kahes faasis.
Esimene – kui koostis on lähedane puhtale rauale, millel on väljendunud magnetilised omadused. Justkui ilmuksid ühe domeeni paksusega plaadid. Ja teine faas on koostiselt lähemal intermetallilisele ühendile, kus niklil ja alumiiniumil on madalad magnetilised omadused. Selgub süsteem, kus mittemagnetiline faas on kombineeritud tugev alt magnetiliste lisanditega, millel on suur sundjõud. Kuid see sulam ei ole magnetiliste omaduste poolest piisav alt hea. Kõige tavalisem on muu koostis, legeeritud: raud, nikkel, alumiinium ja vask legeerimiseks koob altiga. Koob altivabadel sulamitel on madalamad magnetilised omadused, kuid need on palju odavamad.
Puberkõvad magnetmaterjalid
Pubermaterjale kasutatakse miniatuursete, kuid keerukate püsimagnetite jaoks. Need on metallkeraamika, metallplast, oksiid ja mikropulber. Eriti hea on metallkeraamika. Magnetomadustelt jääb see valatutele üsnagi alla, kuid neist mõnevõrra kallim. Keraamika-metallmagnetid valmistatakse metallipulbrite pressimisel ilma sideaineta ja paagutamisega väga kõrgel temperatuuril. Kasutatakse pulbreidülalkirjeldatud sulamitega, samuti plaatina ja haruldaste muldmetallide baasil.
Mehaanilise tugevuse poolest on pulbermetallurgia parem kui valamine, kuid metallkeraamiliste magnetite magnetilised omadused on siiski mõnevõrra madalamad kui valatud magnetitel. Plaatinapõhistel magnetitel on väga kõrged sundjõu väärtused ja parameetrid on väga stabiilsed. Uraani ja haruldaste muldmetallide sulamitel on maksimaalse magnetenergia rekordväärtused: piirväärtus on 112 kJ ruutmeetri kohta. Sellised sulamid saadakse pulbri külmpressimisel kõrgeima tihedusastmeni, seejärel paagutatakse briketid vedela faasi juuresolekul ja valatakse mitmekomponendiline koostis. Lihtsa valamise abil on komponente sellisel määral võimatu segada.
Muud kõvad magnetmaterjalid
Kõvade magnetiliste materjalide hulka kuuluvad ka need, millel on väga spetsiifiline otstarve. Need on elastsed magnetid, plastiliselt deformeeruvad sulamid, teabekandjate materjalid ja vedelikumagnetid. Deformeeritavatel magnetitel on suurepärased plastilised omadused, need sobivad suurepäraselt igasuguseks mehaaniliseks töötlemiseks - stantsimiseks, lõikamiseks, töötlemiseks. Kuid need magnetid on kallid. Vasest, niklist ja rauast valmistatud Kunife magnetid on anisotroopsed, see tähendab, et need on magnetiseeritud rullimise suunas, neid kasutatakse stantsimise ja traadi kujul. Koob altist ja vanaadiumist Vikalloy magnetid on valmistatud ülitugeva magnetlindi, aga ka traadi kujul. See koostis sobib väga väikeste ja kõige keerulisema konfiguratsiooniga magnetitele.
Elastsed magnetid - kummialusel, millesTäiteaine on kõva magnetilise materjali peen pulber. Enamasti on see baariumferriit. See meetod võimaldab teil saada absoluutselt igasuguse kujuga ja suure valmistatavusega tooteid. Samuti on need suurepäraselt lõigatud kääridega, painutatud, tembeldatud, keeratud. Need on palju odavamad. Magnetkummi kasutatakse magnetmälu lehtedena arvutites, televisioonis ja parandussüsteemides. Infokandjatena vastavad magnetmaterjalid paljudele nõuetele. See on kõrgetasemeline jääkinduktsioon, väike isedemagnetiseerimise efekt (muidu läheb teave kaotsi), sunnijõu kõrge väärtus. Ja kirjete kustutamise hõlbustamiseks on vaja vaid väikest osa sellest jõust, kuid see vastuolu kõrvaldatakse tehnoloogia abil.
