Vandag is dit amper onmoontlik om 'n tegniese industrie te vind wat nie harde magnetiese materiale en permanente magnete gebruik nie. Dit is akoestiek, en radio-elektronika, en rekenaar, en meettoerusting, en outomatisering, en hitte en krag, en elektriese krag, en konstruksie, en metallurgie, en enige soort vervoer, en landbou, en medisyne, en ertsverwerking, en selfs in almal se kombuis is daar 'n mikrogolfoond, dit maak die pizza warm. Dit is onmoontlik om alles op te som, magnetiese materiale vergesel ons by elke stap van ons lewe. En alle produkte met hul hulp werk volgens heeltemal verskillende beginsels: enjins en kragopwekkers het hul eie funksies, en remtoestelle het hul eie, die skeier doen een ding, en die foutdetektor doen 'n ander. Waarskynlik, daar is geen volledige lys van tegniese toestelle waar harde magnetiese materiale gebruik word nie, daar is soveel van hulle.
Wat is magnetiese stelsels
Ons planeet self is 'n buitengewoon goed-geoliede magnetiese stelsel. Al die res is op dieselfde beginsel gebou. Harde magnetiese materiale het baie uiteenlopende funksionele eienskappe. In die katalogusse van verskaffers is dit nie verniet dat nie net hul parameters gegee word nie, maar ook fisiese eienskappe. Daarbenewens kan dit magneties harde en magneties sagte materiale wees. Neem byvoorbeeld resonante tomograwe, waar stelsels met 'n hoogs eenvormige magnetiese veld gebruik word, en vergelyk met skeiers, waar die veld skerp inhomogeen is. Nogal 'n ander beginsel! Magnetiese stelsels is bemeester, waar die veld aan- en afgeskakel kan word. Dit is hoe grepe ontwerp is. En sommige stelsels verander selfs die magnetiese veld in die ruimte. Dit is bekende klystrons en rondgaande golflampe. Die eienskappe van sagte en harde magnetiese materiale is werklik magies. Hulle is soos katalisators, hulle tree byna altyd op as tussengangers, maar sonder die geringste verlies van hul eie energie, is hulle in staat om iemand anders s'n te transformeer, en een spesie in 'n ander te verander.
Byvoorbeeld, 'n magnetiese impuls word omgeskakel in meganiese energie in die werking van koppelings, skeiers, en dies meer. Meganiese energie word met behulp van magnete in elektriese energie omgeskakel as ons met mikrofone en kragopwekkers te doen het. En andersom gebeur! In luidsprekers en motors skakel magnete byvoorbeeld elektrisiteit om in meganiese energie. En dit is nie al nie. Meganiese energie kan selfs in termiese energie omgeskakel word, so ook die magnetiese stelsel in die werking van 'n mikrogolfoond of in 'n remtoestel. In staat ismagneties harde en magneties sagte materiale en op spesiale effekte - in Hall sensors, in magnetiese resonansie tomograwe, in mikrogolf kommunikasie. Jy kan 'n aparte artikel skryf oor die katalitiese effek op chemiese prosesse, hoe gradiëntmagnetiese velde in water die strukture van ione, proteïenmolekules en opgeloste gasse beïnvloed.
Towery uit die oudheid
Natuurlike materiaal - magnetiet - was etlike millennia gelede aan die mensdom bekend. Op daardie tydstip was al die eienskappe van harde magnetiese materiale nog nie bekend nie, en daarom is dit nie in tegniese toestelle gebruik nie. En daar was nog geen tegniese toestelle nie. Niemand het geweet hoe om berekeninge vir die werking van magnetiese stelsels te doen nie. Maar die invloed op biologiese voorwerpe is reeds opgemerk. Die gebruik van harde magnetiese materiale was eers suiwer vir mediese doeleindes, totdat die Chinese die kompas in die derde eeu vC uitgevind het. Behandeling met 'n magneet het egter nie tot vandag toe opgehou nie, al is daar voortdurend besprekings oor die skadelikheid van sulke metodes. Die gebruik van harde magnetiese materiale in medisyne in die VSA, China en Japan is veral aktief. En in Rusland is daar aanhangers van alternatiewe metodes, hoewel dit onmoontlik is om die omvang van die impak op die liggaam of plant met enige instrument te meet.
Maar terug na die geskiedenis. In Klein-Asië, baie eeue gelede, het die antieke stad Magnesia reeds op die oewer van die volvloeiende Meander bestaan. En vandag kan jy sy skilderagtige ruïnes in Turkye besoek. Dit was daar waar die eerste magnetiese ystererts ontdek is, wat na vernoem isstede. Dit het redelik vinnig oor die wêreld versprei, en die Chinese het vyfduisend jaar gelede met sy hulp 'n navigasietoestel uitgevind wat steeds nie doodgaan nie. Nou het die mensdom geleer om magnete kunsmatig op industriële skaal te vervaardig. Die basis daarvoor is 'n verskeidenheid ferromagnete. Die Universiteit van Tartu het die grootste natuurlike magneet, wat in staat is om ongeveer veertig kilogram op te tel, terwyl dit self net dertien weeg. Vandag se poeiers is gemaak van kob alt, yster en verskeie ander bymiddels, dit hou vragte vyfduisend keer meer as wat hulle weeg.
Histerese lus
Daar is twee soorte kunsmatige magnete. Die eerste tipe is konstantes, wat van harde magnetiese materiale gemaak word, hul eienskappe word op geen manier met eksterne bronne of strome geassosieer nie. Die tweede tipe is elektromagnete. Hulle het 'n kern gemaak van yster - 'n magneties sagte materiaal, en 'n stroom gaan deur die wikkeling van hierdie kern, wat 'n magnetiese veld skep. Nou moet ons die beginsels van sy werk oorweeg. Kenmerk die magnetiese eienskappe van die histerese lus vir harde magnetiese materiale. Daar is redelik komplekse tegnologieë vir die vervaardiging van magnetiese stelsels, en daarom is inligting nodig oor magnetisering, magnetiese deurlaatbaarheid en energieverliese wanneer magnetisasie-omkering plaasvind. As die verandering in intensiteit siklies is, sal die hermagnetiseringskurwe (veranderinge in induksie) altyd soos 'n geslote kromme lyk. Dit is die histerese lus. As die veld swak is, dan is die lus meer soos 'n ellips.
Wanneer die spanningdie magneetveld neem toe, 'n hele reeks sulke lusse word verkry, ingesluit in mekaar. In die proses van magnetisering word alle vektore langs georiënteer, en aan die einde sal 'n toestand van tegniese versadiging kom, die materiaal sal heeltemal gemagnetiseer word. Die lus wat tydens versadiging verkry word, word die limietlus genoem, dit toon die maksimum behaalde waarde van die induksie Bs (versadigingsinduksie). Wanneer spanning afneem, bly residuele induksie oor. Die area van die histerese-lusse in die limiet- en intermediêre toestande toon die energie-dissipasie, dit wil sê die histereseverlies. Dit hang die meeste van alles af van die magnetisasie-omkeerfrekwensie, materiaaleienskappe en geometriese afmetings. Die beperkende histerese lus kan die volgende kenmerke van harde magnetiese materiale bepaal: versadigingsinduksie Bs, residuele induksie Bc en dwingende krag Hc.
Magnetiseringskromme
Hierdie kromme is die belangrikste eienskap, want dit toon die afhanklikheid van die magnetisering en die sterkte van die eksterne veld. Magnetiese induksie word in Tesla gemeet en hou verband met magnetisering. Die skakelkromme is die hoof een, dit is die ligging van die pieke op die histerese-lusse, wat tydens die sikliese hermagnetisering verkry word. Dit weerspieël die verandering in magnetiese induksie, wat afhang van die veldsterkte. Wanneer die magnetiese stroombaan gesluit is, is die veldsterkte wat in die vorm van 'n ringkern weerspieël word gelyk aan die eksterne veldsterkte. As die magnetiese stroombaan oop is, verskyn pole aan die punte van die magneet, wat demagnetisering veroorsaak. Verskil tussenhierdie spanning bepaal die interne spanning van die materiaal.
Daar is kenmerkende gedeeltes op die hoofkurwe wat uitstaan wanneer 'n enkele kristal van 'n ferromagneet gemagnetiseer word. Die eerste afdeling toon die proses om die grense van ongunstig ingestemde domeine te verskuif, en in die tweede draai die magnetisasievektore na die eksterne magnetiese veld. Die derde afdeling is die paraproses, die finale stadium van magnetisering, hier is die magnetiese veld sterk en gerig. Die aanwending van sagte en harde magnetiese materiale hang in 'n groot mate af van die eienskappe wat uit die magnetiseringskurwe verkry word.
Deurlaatbaarheid en energieverlies
Om die gedrag van 'n materiaal in 'n spanningsveld te karakteriseer, is dit nodig om so 'n konsep soos absolute magnetiese deurlaatbaarheid te gebruik. Daar is definisies van impuls, differensiaal, maksimum, aanvanklike, normale magnetiese deurlaatbaarheid. Die relatiewe word langs die hoofkurwe nagespoor, so hierdie definisie word nie gebruik nie - vir eenvoud. Magnetiese deurlaatbaarheid onder toestande wanneer H=0 begin genoem word, en dit kan slegs in swak velde bepaal word, tot ongeveer 0.1 eenhede. Die maksimum, inteendeel, kenmerk die hoogste magnetiese deurlaatbaarheid. Die normale en maksimum waardes bied 'n geleentheid om die normale verloop van die proses in elke spesifieke geval waar te neem. In die versadigingsgebied in sterk velde neig die magnetiese deurlaatbaarheid altyd na eenheid. Al hierdie waardes is nodig vir die gebruik van harde magnetiesemateriaal, gebruik dit altyd.
Energieverlies tydens magnetisasie-omkering is onomkeerbaar. Elektrisiteit word as hitte in die materiaal vrygestel, en die verliese daarvan bestaan uit dinamiese verliese en histereseverliese. Laasgenoemde word verkry deur die domeinwande te verplaas wanneer die magnetiseringsproses net begin. Aangesien die magnetiese materiaal 'n inhomogene struktuur het, word energie noodwendig op die belyning van die domeinwande bestee. En dinamiese verliese word verkry in verband met wervelstrome wat plaasvind op die oomblik van die verandering van die sterkte en rigting van die magnetiese veld. Energie word op dieselfde manier verdryf. En die verliese as gevolg van werwelstrome oorskry selfs die histereseverliese by hoë frekwensies. Dinamiese verliese word ook verkry as gevolg van oorblywende veranderinge in die toestand van die magnetiese veld nadat die intensiteit verander het. Die hoeveelheid nawerkingverliese hang af van die samestelling, van die hittebehandeling van die materiaal, dit verskyn veral by hoë frekwensies. Die nawerking is die magnetiese viskositeit, en hierdie verliese word altyd in ag geneem as ferromagnete in gepulseerde modus gebruik word.
Klassifikasie van harde magnetiese materiale
Die terme wat van sagtheid en hardheid praat, is glad nie van toepassing op meganiese eienskappe nie. Baie harde materiale is eintlik magneties sag, en uit 'n meganiese oogpunt is sagte materiale ook redelik hard magneties. Die proses van magnetisering in beide groepe materiale vind op dieselfde manier plaas. Eerstens word die domeingrense verplaas, dan begin die rotasie inin die rigting van 'n toenemend magnetiserende veld, en uiteindelik begin die paraproses. En dit is waar die verskil inkom. Die magnetiseringskurwe wys dat dit makliker is om die grense te verskuif, minder energie word verbruik, maar die rotasieproses en die paraproses is meer energie-intensief. Sagte magnetiese materiale word gemagnetiseer deur grense te verskuif. Hard magneties - as gevolg van rotasie en paraproses.
Die vorm van die histerese lus is ongeveer dieselfde vir beide groepe materiale, versadiging en residuele induksie is ook naby aan gelyk, maar die verskil bestaan in die dwingende krag, en dit is baie groot. Harde magnetiese materiale het Hc=800 kA-m, terwyl sagte magnetiese materiale slegs 0,4 A-m het. In totaal is die verskil groot: 2106 keer. Daarom is so 'n verdeling op grond van hierdie kenmerke aangeneem. Alhoewel, dit moet erken word dat dit taamlik voorwaardelik is. Sagte magnetiese materiale kan selfs in 'n swak magnetiese veld versadig. Hulle word gebruik in lae frekwensie velde. Byvoorbeeld, in magnetiese geheue toestelle. Harde magnetiese materiale is moeilik om te magnetiseer, maar hulle behou magnetisering vir 'n baie lang tyd. Dit is van hulle dat goeie permanente magnete verkry word. Die toepassingsgebiede van harde magnetiese materiale is talryk en omvattend, sommige van hulle word aan die begin van die artikel gelys. Daar is nog 'n groep - magnetiese materiale vir spesiale doeleindes, hul omvang is baie smal.
Besonderhede van hardheid
Soos reeds genoem, het harde magnetiese materiale 'n wye histerese lus en 'n groot dwingende krag, lae magnetiese deurlaatbaarheid. Hulle word gekenmerk deur die maksimum spesifieke magnetiese energie wat inspasie. En hoe "harder" die magnetiese materiaal, hoe hoër is die sterkte, hoe laer is die deurlaatbaarheid. Die spesifieke magnetiese energie word die belangrikste rol gegee in die beoordeling van die kwaliteit van die materiaal. 'n Permanente magneet gee feitlik nie energie aan die buitenste ruimte met 'n geslote magnetiese stroombaan nie, want al die kraglyne is binne-in die kern, en daar is geen magneetveld buite dit nie. Om die energie van permanente magnete ten beste te benut, word 'n luggaping van 'n streng gedefinieerde grootte en konfigurasie binne 'n geslote magnetiese stroombaan geskep.
Met verloop van tyd "word die magneet oud", sy magnetiese vloed neem af. Sulke veroudering kan egter beide onomkeerbaar en omkeerbaar wees. In laasgenoemde geval is die oorsake van sy veroudering skokke, skokke, temperatuurskommelings, konstante eksterne velde. Die magnetiese induksie word verminder. Maar dit kan weer gemagnetiseer word en sodoende sy uitstekende eienskappe herstel. Maar as die permanente magneet enige strukturele veranderinge ondergaan het, sal hermagnetisering nie help nie, veroudering sal nie uitgeskakel word nie. Maar hulle dien vir 'n lang tyd, en die doel van harde magnetiese materiale is groot. Voorbeelde is letterlik oral. Dit is nie net permanente magnete nie. Dit is 'n materiaal vir die stoor van inligting, om dit op te neem - beide klank, en digitaal, en video. Maar bogenoemde is slegs 'n klein deel van die toepassing van harde magnetiese materiale.
Gegote harde magnetiese materiale
Volgens die metode van produksie en samestelling kan harde magnetiese materiale gegiet word, poeier en ander. Hulle is gebaseer op legerings.yster, nikkel, aluminium en yster, nikkel, kob alt. Hierdie komposisies is die mees basiese om 'n permanente magneet te kry. Hulle behoort tot presisie, aangesien hul getal deur die strengste tegnologiese faktore bepaal word. Gegote harde magnetiese materiale word verkry tydens presipitasieverharding van die legering, waar afkoeling plaasvind teen 'n berekende tempo vanaf smelting tot die aanvang van ontbinding, wat in twee fases plaasvind.
Die eerste - wanneer die samestelling naby aan suiwer yster is met uitgesproke magnetiese eienskappe. Asof plate van enkel-domein dikte verskyn. En die tweede fase is nader aan die intermetaalverbinding in samestelling, waar nikkel en aluminium lae magnetiese eienskappe het. Dit blyk 'n stelsel waar die nie-magnetiese fase gekombineer word met sterk magnetiese insluitings met 'n groot dwingende krag. Maar hierdie legering is nie goed genoeg in magnetiese eienskappe nie. Die mees algemene is 'n ander samestelling, gelegeer: yster, nikkel, aluminium en koper met kob alt vir legering. Kob altvrye legerings het laer magnetiese eienskappe, maar hulle is baie goedkoper.
Poederharde magnetiese materiale
Poeiermateriale word gebruik vir miniatuur maar komplekse permanente magnete. Hulle is metaal-keramiek, metaal-plastiek, oksied en mikropoeier. Die sermet is veral goed. Wat magnetiese eienskappe betref, is dit nogal 'n bietjie minderwaardig as gietvorms, maar ietwat duurder as hulle. Keramiek-metaalmagnete word gemaak deur metaalpoeiers sonder enige bindmateriaal te druk en dit teen baie hoë temperature te sinter. Poeders word gebruikmet die legerings hierbo beskryf, sowel as dié wat op platinum en seldsame aardmetale gebaseer is.
Wat meganiese sterkte betref, is poeiermetallurgie beter as gietwerk, maar die magnetiese eienskappe van metaal-keramiekmagnete is steeds ietwat laer as dié van gegote magnete. Platinum-gebaseerde magnete het baie hoë dwangkragwaardes, en die parameters is hoogs stabiel. Legerings met uraan en seldsame aardmetale het rekordwaardes van maksimum magnetiese energie: die grenswaarde is 112 kJ per vierkante meter. Sulke legerings word verkry deur die poeier tot die hoogste digtheid koud te druk, dan word die brikette gesinter met die teenwoordigheid van 'n vloeibare fase en giet van 'n multikomponent-samestelling. Dit is onmoontlik om die komponente in so 'n mate te meng deur eenvoudige giet.
Ander harde magnetiese materiale
Harde magnetiese materiale sluit ook dié met 'n hoogs gespesialiseerde doel in. Dit is elastiese magnete, plasties vervormbare legerings, materiaal vir inligtingsdraers en vloeibare magnete. Vervormbare magnete het uitstekende plastiese eienskappe, hulle leen hulself perfek tot enige soort meganiese verwerking - stamp, sny, bewerking. Maar hierdie magnete is duur. Kunife-magnete gemaak van koper, nikkel en yster is anisotropies, dit wil sê, hulle word gemagnetiseer in die rigting van rol, hulle word gebruik in die vorm van stamp en draad. Vikalloy-magnete gemaak van kob alt en vanadium word gemaak in die vorm van 'n hoë-sterkte magnetiese band, sowel as draad. Hierdie samestelling is goed vir baie klein magnete met die mees komplekse konfigurasie.
Elastiese magnete - op 'n rubberbasis, waarinDie vuller is 'n fyn poeier van 'n harde magnetiese materiaal. Meestal is dit bariumferriet. Hierdie metode laat jou toe om produkte van absoluut enige vorm met hoë vervaardigbaarheid te kry. Hulle is ook perfek gesny met 'n skêr, gebuig, gestempel, gedraai. Hulle is baie goedkoper. Magnetiese rubber word gebruik as velle magnetiese geheue vir rekenaars, in televisie, vir regstellende stelsels. As inligtingsdraers voldoen magnetiese materiale aan baie vereistes. Dit is 'n hoë-vlak residuele induksie, 'n klein effek van self-demagnetisering (anders sal die inligting verlore gaan), 'n hoë waarde van die dwingende krag. En om die proses van uitvee van rekords te vergemaklik, is net 'n klein hoeveelheid van hierdie krag nodig, maar hierdie teenstrydigheid word met behulp van tegnologie verwyder.
