Ταξινόμηση και βασικά χαρακτηριστικά μαγνητικών υλικών

Όλες οι ουσίες στη φύση είναι μαγνητικές με την έννοια ότι έχουν ορισμένες μαγνητικές ιδιότητες και αλληλεπιδρούν με συγκεκριμένο τρόπο με ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία ονομάζονται μαγνητικά, λαμβάνοντας υπόψη τις μαγνητικές τους ιδιότητες. Οι μαγνητικές ιδιότητες της ουσίας εξαρτώνται από τις μαγνητικές ιδιότητες των μικροσωματιδίων, τη δομή των ατόμων και των μορίων.

Ταξινόμηση μαγνητικών υλικών

Τα μαγνητικά υλικά χωρίζονται σε ασθενώς μαγνητικά και έντονα μαγνητικά.

Όντας ασθενώς μαγνητικά περιλαμβάνονται οι διαμαγνήτες και οι παραμαγνήτες.

Ισχυρά μαγνητικά - σιδηρομαγνήτες, που με τη σειρά τους μπορεί να είναι μαγνητικά μαλακοί και μαγνητικά σκληροί. Τυπικά, η διαφορά στις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών μπορεί να χαρακτηριστεί από τη σχετική μαγνητική διαπερατότητα.

Οι διαμαγνήτες αναφέρονται σε υλικά των οποίων τα άτομα (ιόντα) δεν έχουν προκύπτουσα μαγνητική ροπή. Εξωτερικά, οι διαμαγνήτες εκδηλώνονται με απώθηση από το μαγνητικό πεδίο. Αυτά περιλαμβάνουν ψευδάργυρο, χαλκό, χρυσό, υδράργυρο και άλλα υλικά.

Παραμαγνήτες ονομάζονται υλικά, τα άτομα (ιόντα) των οποίων έχουν ως αποτέλεσμα μια μαγνητική ροπή ανεξάρτητη από το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Εξωτερικά, οι παραμαγνήτες εκδηλώνονται μέσω της έλξης ανομοιογενές μαγνητικό πεδίο… Αυτά περιλαμβάνουν αλουμίνιο, πλατίνα, νικέλιο και άλλα υλικά.

Σιδηρομαγνήτες ονομάζονται υλικά στα οποία το δικό τους (εσωτερικό) μαγνητικό πεδίο μπορεί να είναι εκατοντάδες και χιλιάδες φορές υψηλότερο από το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο που το προκάλεσε.

Κάθε σιδηρομαγνητικό σώμα χωρίζεται σε περιοχές — μικρές περιοχές αυθόρμητης (αυθόρμητης) μαγνήτισης. Ελλείψει εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων μαγνήτισης διαφορετικών περιοχών δεν συμπίπτουν και η προκύπτουσα μαγνήτιση ολόκληρου του σώματος μπορεί να είναι μηδενική.

Υπάρχουν τρεις τύποι διεργασιών σιδηρομαγνητικής μαγνήτισης:

1. Η διαδικασία της αναστρέψιμης μετατόπισης μαγνητικών περιοχών. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μια μετατόπιση των ορίων των περιοχών που προσανατολίζονται πιο κοντά στην κατεύθυνση του εξωτερικού πεδίου. Όταν αφαιρεθεί το πεδίο, οι τομείς μετατοπίζονται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η περιοχή της αντιστρεπτής μετατόπισης της περιοχής βρίσκεται στο αρχικό τμήμα της καμπύλης μαγνήτισης.

2. Η διαδικασία της μη αναστρέψιμης μετατόπισης μαγνητικών περιοχών. Σε αυτή την περίπτωση, η μετατόπιση των ορίων μεταξύ των μαγνητικών περιοχών δεν αφαιρείται με τη μείωση του μαγνητικού πεδίου. Οι αρχικές θέσεις των περιοχών μπορούν να επιτευχθούν στη διαδικασία αντιστροφής μαγνήτισης.

Η μη αναστρέψιμη μετατόπιση των ορίων τομέα οδηγεί στην εμφάνιση μαγνητική υστέρηση — η υστέρηση της μαγνητικής επαγωγής από δύναμη πεδίου.

3. Διαδικασίες εναλλαγής τομέα. Σε αυτή την περίπτωση, η ολοκλήρωση των διαδικασιών μετατόπισης των ορίων του τομέα οδηγεί σε τεχνικό κορεσμό του υλικού.Στην περιοχή κορεσμού, όλες οι περιοχές περιστρέφονται προς την κατεύθυνση του πεδίου. Ο βρόχος υστέρησης που φτάνει στην περιοχή κορεσμού ονομάζεται όριο.

Το κύκλωμα περιοριστικής υστέρησης έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Bmax — επαγωγή κορεσμού. Br — υπολειπόμενη επαγωγή. Hc — επιβραδυντική (καταναγκαστική) δύναμη.

Υλικά με χαμηλές τιμές Hc (στενός κύκλος υστέρησης) και υψηλές μαγνητική διαπερατότητα ονομάζονται μαλακά μαγνητικά.

Τα υλικά με υψηλές τιμές Hc (ευρύς βρόχος υστέρησης) και χαμηλή μαγνητική διαπερατότητα ονομάζονται μαγνητικά σκληρά υλικά.

Κατά τη μαγνήτιση ενός σιδηρομαγνήτη σε εναλλασσόμενα μαγνητικά πεδία, παρατηρούνται πάντα απώλειες θερμικής ενέργειας, δηλαδή το υλικό θερμαίνεται. Οι απώλειες αυτές οφείλονται σε υστέρηση και απώλειες δινορρευμάτων… Η απώλεια υστέρησης είναι ανάλογη με την περιοχή του βρόχου υστέρησης. Οι απώλειες δινορευμάτων εξαρτώνται από την ηλεκτρική αντίσταση του σιδηρομαγνήτη. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο μικρότερες είναι οι απώλειες δινορευμάτων.

Μαγνητικά μαλακά και μαγνητικά σκληρά υλικά

Τα μαλακά μαγνητικά υλικά περιλαμβάνουν:

1. Τεχνικά καθαρός σίδηρος (ηλεκτρικός χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα).

2. Ηλεκτροτεχνικοί χάλυβες πυριτίου.

3. Κράματα σιδήρου-νικελίου και σιδήρου-κοβαλτίου.

4. Μαλακοί μαγνητικοί φερρίτες.

Οι μαγνητικές ιδιότητες του χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (τεχνικά καθαρού σιδήρου) εξαρτώνται από την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες, την παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος λόγω παραμόρφωσης, το μέγεθος των κόκκων και τη θερμική επεξεργασία. Λόγω της χαμηλής ειδικής αντίστασής του, ο εμπορικά καθαρός σίδηρος χρησιμοποιείται αρκετά σπάνια στην ηλεκτρική μηχανική, κυρίως για κυκλώματα μαγνητικής ροής συνεχούς ρεύματος.

Ο ηλεκτροτεχνικός χάλυβας πυριτίου είναι το κύριο μαγνητικό υλικό για μαζική κατανάλωση. Είναι ένα κράμα σιδήρου-πυριτίου. Το κράμα με πυρίτιο σάς επιτρέπει να μειώσετε τη δύναμη καταναγκασμού και να αυξήσετε την αντίσταση, δηλαδή να μειώσετε τις απώλειες δινορευμάτων.

Ο λαμαρίνας ηλεκτρικός χάλυβας, που παρέχεται σε μεμονωμένα φύλλα ή πηνία, και ο χάλυβας λωρίδων, που παρέχονται μόνο σε πηνία, είναι ημικατεργασμένα προϊόντα που προορίζονται για την κατασκευή μαγνητικών κυκλωμάτων (πυρήνα).

Οι μαγνητικοί πυρήνες σχηματίζονται είτε από μεμονωμένες πλάκες που λαμβάνονται με σφράγιση ή κοπή, είτε με περιέλιξη από ταινίες.

Ονομάζονται κράματα νικελίου-σιδηρού περμαλοειδούς... Έχουν μεγάλη αρχική μαγνητική διαπερατότητα στην περιοχή των ασθενών μαγνητικών πεδίων. Το Permalloy χρησιμοποιείται για πυρήνες μικρών μετασχηματιστών ισχύος, τσοκ και ρελέ.

Οι φερρίτες είναι μαγνητικά κεραμικά με υψηλή αντοχή, 1010 φορές μεγαλύτερη από αυτή του σιδήρου. Οι φερρίτες χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα υψηλής συχνότητας επειδή η μαγνητική τους διαπερατότητα πρακτικά δεν μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας.

Τα μειονεκτήματα των φερριτών είναι η χαμηλή επαγωγή κορεσμού και η χαμηλή μηχανική αντοχή τους. Ως εκ τούτου, οι φερρίτες χρησιμοποιούνται συνήθως σε ηλεκτρονικά χαμηλής τάσης.

Τα μαγνητικά σκληρά υλικά περιλαμβάνουν:

1. Χυτά μαγνητικά σκληρά υλικά με βάση κράματα Fe-Ni-Al.

2. Στερεά μαγνητικά υλικά σε σκόνη που λαμβάνονται με συμπίεση σκονών με επακόλουθη θερμική επεξεργασία.

3. Σκληροί μαγνητικοί φερρίτες. Τα μαγνητικά σκληρά υλικά είναι υλικά για μόνιμους μαγνήτεςχρησιμοποιείται σε ηλεκτρικούς κινητήρες και άλλες ηλεκτρικές συσκευές που απαιτούν μόνιμο μαγνητικό πεδίο.