Ngayon, halos imposibleng makahanap ng teknikal na industriya na hindi gumagamit ng matitigas na magnetic na materyales at permanenteng magnet. Ito ay mga acoustics, at radio electronics, at computer, at mga kagamitan sa pagsukat, at automation, at init at kapangyarihan, at electric power, at construction, at metalurhiya, at anumang uri ng transportasyon, at agrikultura, at gamot, at pagproseso ng mineral, at kahit sa kusina ng lahat ay may microwave oven, pinapainit nito ang pizza. Imposibleng isa-isahin ang lahat, sinasamahan tayo ng mga magnetic material sa bawat hakbang ng ating buhay. At ang lahat ng mga produkto sa kanilang tulong ay gumagana ayon sa ganap na magkakaibang mga prinsipyo: ang mga makina at generator ay may sariling mga pag-andar, at ang mga kagamitan sa pagpepreno ay may sariling, ang separator ay gumagawa ng isang bagay, at ang flaw detector ay gumagawa ng isa pa. Marahil, walang kumpletong listahan ng mga teknikal na device kung saan ginagamit ang mga hard magnetic na materyales, napakarami nito.
Ano ang mga magnetic system
Ang ating planeta mismo ay isang napakahusay na langis na magnetic system. Ang lahat ng natitira ay binuo sa parehong prinsipyo. Ang mga hard magnetic na materyales ay may magkakaibang mga functional na katangian. Sa mga katalogo ng mga supplier, hindi walang kabuluhan na hindi lamang ang kanilang mga parameter ang ibinigay, kundi pati na rin ang mga pisikal na katangian. Bilang karagdagan, maaari itong maging magnetically hard at magnetically soft materials. Halimbawa, kumuha ng resonant tomographs, kung saan ginagamit ang mga system na may mataas na unipormeng magnetic field, at ihambing sa mga separator, kung saan ang field ay hindi magkapareho. Ibang prinsipyo! Ang mga magnetic system ay pinagkadalubhasaan, kung saan maaaring i-on at i-off ang field. Ganyan ang disenyo ng mga grip. At binago pa ng ilang sistema ang magnetic field sa kalawakan. Ito ang mga kilalang klystron at traveling wave lamp. Ang mga katangian ng malambot at matitigas na magnetic na materyales ay tunay na mahiwaga. Para silang mga katalista, halos palaging nagsisilbing mga tagapamagitan, ngunit nang walang kaunting pagkawala ng kanilang sariling enerhiya, nagagawa nilang ibahin ang anyo ng iba, na ginagawang iba ang isang species.
Halimbawa, ang magnetic impulse ay na-convert sa mekanikal na enerhiya sa pagpapatakbo ng mga coupling, separator, at iba pa. Ang mekanikal na enerhiya ay na-convert sa tulong ng mga magnet sa elektrikal na enerhiya, kung tayo ay nakikitungo sa mga mikropono at generator. At vice versa ang nangyayari! Sa mga speaker at motor, ang mga magnet ay nagpapalit ng kuryente sa mekanikal na enerhiya, halimbawa. At hindi lang iyon. Ang mekanikal na enerhiya ay maaaring ma-convert sa thermal energy, tulad ng magnetic system sa pagpapatakbo ng microwave oven o sa isang braking device. Magagawamagnetically hard at magnetically soft materials at sa mga special effect - sa Hall sensors, sa magnetic resonance tomographs, sa microwave communication. Maaari kang magsulat ng hiwalay na artikulo tungkol sa catalytic effect sa mga proseso ng kemikal, kung paano nakakaapekto ang gradient magnetic field sa tubig sa mga istruktura ng mga ion, molekula ng protina, at mga dissolved gas.
Magic mula sa sinaunang panahon
Natural na materyal - magnetite - ay kilala sa sangkatauhan ilang millennia na ang nakalipas. Sa oras na iyon, ang lahat ng mga katangian ng mga hard magnetic na materyales ay hindi pa kilala, at samakatuwid ay hindi sila ginagamit sa mga teknikal na aparato. At wala pang mga teknikal na kagamitan. Walang nakakaalam kung paano gumawa ng mga kalkulasyon para sa pagpapatakbo ng mga magnetic system. Ngunit ang impluwensya sa mga biyolohikal na bagay ay napansin na. Ang paggamit ng matitigas na magnetic na materyales sa una ay purong para sa mga layuning medikal, hanggang sa naimbento ng mga Tsino ang compass noong ikatlong siglo BC. Gayunpaman, ang paggamot na may magnet ay hindi huminto hanggang ngayon, kahit na may patuloy na mga talakayan tungkol sa pinsala ng gayong mga pamamaraan. Lalo na aktibo ang paggamit ng mga hard magnetic materials sa medisina sa USA, China, at Japan. At sa Russia mayroong mga sumusunod sa mga alternatibong pamamaraan, bagaman imposibleng sukatin ang laki ng epekto sa katawan o halaman gamit ang anumang instrumento.
Ngunit bumalik sa kasaysayan. Sa Asia Minor, maraming siglo na ang nakalilipas, ang sinaunang lungsod ng Magnesia ay umiral na sa pampang ng buong agos na Meander. At ngayon maaari mong bisitahin ang mga nakamamanghang guho nito sa Turkey. Doon natuklasan ang unang magnetic iron ore, na pinangalananmga lungsod. Medyo mabilis, kumalat ito sa buong mundo, at ang mga Intsik limang libong taon na ang nakalilipas, sa tulong nito, ay nag-imbento ng isang nabigasyon na aparato na hindi pa rin namamatay. Ngayon ang sangkatauhan ay natutong gumawa ng mga magnet na artipisyal sa isang pang-industriyang sukat. Ang batayan para sa kanila ay isang iba't ibang mga ferromagnets. Ang Unibersidad ng Tartu ay may pinakamalaking likas na magnet, na may kakayahang magbuhat ng halos apatnapung kilo, habang ang sarili nito ay tumitimbang lamang ng labintatlo. Ang mga pulbos ngayon ay gawa sa cob alt, iron at iba't ibang additives, ang mga ito ay may hawak na load ng limang libong beses na higit sa kanilang timbang.
Hysteresis loop
Mayroong dalawang uri ng artipisyal na magnet. Ang unang uri ay mga constants, na gawa sa matitigas na magnetic na materyales, ang kanilang mga pag-aari ay hindi nauugnay sa mga panlabas na mapagkukunan o alon. Ang pangalawang uri ay electromagnets. Mayroon silang isang core na gawa sa bakal - isang magnetically soft material, at isang kasalukuyang dumadaan sa paikot-ikot ng core na ito, na lumilikha ng magnetic field. Ngayon ay kailangan nating isaalang-alang ang mga prinsipyo ng gawain nito. Nailalarawan ang mga magnetic na katangian ng hysteresis loop para sa matitigas na magnetic na materyales. Mayroong medyo kumplikadong mga teknolohiya para sa paggawa ng mga magnetic system, at samakatuwid ang impormasyon ay kinakailangan sa magnetization, magnetic permeability, at pagkalugi ng enerhiya kapag nangyari ang pagbabaligtad ng magnetization. Kung ang pagbabago sa intensity ay cyclic, ang remagnetization curve (mga pagbabago sa induction) ay palaging magmumukhang isang closed curve. Ito ang hysteresis loop. Kung mahina ang field, mas parang ellipse ang loop.
Kapag ang tensyonang magnetic field ay tumataas, ang isang buong serye ng naturang mga loop ay nakuha, nakapaloob sa bawat isa. Sa proseso ng magnetization, ang lahat ng mga vectors ay nakatuon kasama, at sa dulo, isang estado ng teknikal na saturation ay darating, ang materyal ay ganap na magnetized. Ang loop na nakuha sa panahon ng saturation ay tinatawag na limit loop, ipinapakita nito ang pinakamataas na nakamit na halaga ng induction Bs (saturation induction). Kapag bumababa ang tensyon, nananatili ang natitirang induction. Ang lugar ng mga loop ng hysteresis sa limitasyon at mga intermediate na estado ay nagpapakita ng pagwawaldas ng enerhiya, iyon ay, ang pagkawala ng hysteresis. Ito ay higit sa lahat ay nakasalalay sa dalas ng pagbabalik ng magnetization, mga katangian ng materyal, at mga geometric na sukat. Maaaring matukoy ng limiting hysteresis loop ang mga sumusunod na katangian ng hard magnetic materials: saturation induction Bs, residual induction Bc at coercive force Hc.
Magnetization curve
Ang kurba na ito ang pinakamahalagang katangian, dahil ipinapakita nito ang pag-asa ng magnetization at ang lakas ng panlabas na larangan. Ang magnetic induction ay sinusukat sa Tesla at nauugnay sa magnetization. Ang switching curve ay ang pangunahing isa, ito ay ang lokasyon ng mga taluktok sa hysteresis loops, na nakuha sa panahon ng cyclic remagnetization. Sinasalamin nito ang pagbabago sa magnetic induction, na nakasalalay sa lakas ng field. Kapag ang magnetic circuit ay sarado, ang lakas ng field na makikita sa anyo ng isang toroid ay katumbas ng panlabas na lakas ng field. Kung ang magnetic circuit ay bukas, ang mga pole ay lilitaw sa mga dulo ng magnet, na lumikha ng demagnetization. Pagkakaiba sa pagitan ngtinutukoy ng mga tensyon na ito ang panloob na tensyon ng materyal.
May mga katangiang seksyon sa pangunahing kurba na namumukod-tangi kapag ang isang kristal ng ferromagnet ay na-magnetize. Ang unang seksyon ay nagpapakita ng proseso ng paglilipat ng mga hangganan ng hindi paborableng nakatutok na mga domain, at sa pangalawa, ang magnetization vectors ay lumiliko patungo sa panlabas na magnetic field. Ang ikatlong seksyon ay ang paraprocess, ang huling yugto ng magnetization, dito ang magnetic field ay malakas at nakadirekta. Ang paglalapat ng malambot at matitigas na magnetic na materyales ay nakasalalay sa malaking lawak sa mga katangiang nakuha mula sa magnetization curve.
Permeability at pagkawala ng enerhiya
Upang makilala ang pag-uugali ng isang materyal sa isang larangan ng pag-igting, kinakailangang gumamit ng gayong konsepto bilang absolute magnetic permeability. May mga kahulugan ng impulse, differential, maximum, initial, normal magnetic permeability. Ang kamag-anak ay sinusubaybayan kasama ang pangunahing kurba, kaya ang kahulugan na ito ay hindi ginagamit - para sa pagiging simple. Magnetic permeability sa ilalim ng mga kondisyon kung ang H=0 ay tinatawag na inisyal, at maaari lamang itong matukoy sa mga mahinang field, hanggang sa humigit-kumulang 0.1 unit. Ang maximum, sa kabaligtaran, ay nagpapakilala sa pinakamataas na magnetic permeability. Ang normal at maximum na mga halaga ay nagbibigay ng pagkakataon na obserbahan ang normal na kurso ng proseso sa bawat partikular na kaso. Sa rehiyon ng saturation sa malakas na mga patlang, ang magnetic permeability ay palaging may gawi sa pagkakaisa. Ang lahat ng mga halagang ito ay kinakailangan para sa paggamit ng hard magneticmateryales, palaging gamitin ang mga ito.
Ang pagkawala ng enerhiya sa panahon ng pagbabalik ng magnetization ay hindi na mababawi. Ang kuryente ay inilabas sa materyal bilang init, at ang mga pagkawala nito ay binubuo ng mga dynamic na pagkalugi at pagkalugi ng hysteresis. Ang huli ay nakuha sa pamamagitan ng pag-displace ng mga pader ng domain kapag nagsisimula pa lang ang proseso ng magnetization. Dahil ang magnetic na materyal ay may hindi magkakatulad na istraktura, ang enerhiya ay kinakailangang gastusin sa pagkakahanay ng mga pader ng domain. At ang mga dynamic na pagkalugi ay nakuha na may kaugnayan sa mga eddy currents na nangyayari sa sandali ng pagbabago ng lakas at direksyon ng magnetic field. Ang enerhiya ay nawawala sa parehong paraan. At ang mga pagkalugi dahil sa eddy currents ay lumampas sa kahit na ang hysteresis loss sa mataas na frequency. Gayundin, ang mga dynamic na pagkalugi ay nakukuha dahil sa mga natitirang pagbabago sa estado ng magnetic field pagkatapos magbago ang intensity. Ang halaga ng mga pagkalugi pagkatapos ng epekto ay nakasalalay sa komposisyon, sa paggamot ng init ng materyal, lumilitaw ang mga ito lalo na sa mataas na mga frequency. Ang epekto ay ang magnetic viscosity, at ang mga pagkalugi na ito ay palaging isinasaalang-alang kung ang mga ferromagnets ay ginagamit sa pulsed mode.
Pag-uuri ng mga hard magnetic na materyales
Ang mga terminong nagsasalita ng lambot at tigas ay hindi nalalapat sa mga mekanikal na katangian. Maraming matitigas na materyales ang talagang magnetically soft, at mula sa mekanikal na pananaw, ang malambot na materyales ay medyo hard magnetic din. Ang proseso ng magnetization sa parehong grupo ng mga materyales ay nangyayari sa parehong paraan. Una, inilipat ang mga hangganan ng domain, pagkatapos ay magsisimula ang pag-ikotsa direksyon ng lalong nagiging magnetizing field, at sa wakas, magsisimula ang paraprocess. At dito papasok ang pagkakaiba. Ang magnetization curve ay nagpapakita na mas madaling ilipat ang mga hangganan, mas kaunting enerhiya ang ginugugol, ngunit ang proseso ng pag-ikot at ang paraprocess ay mas masinsinang enerhiya. Ang malambot na mga magnetic na materyales ay na-magnetize sa pamamagitan ng pag-aalis ng mga hangganan. Hard magnetic - dahil sa pag-ikot at paraprocess.
Ang hugis ng hysteresis loop ay humigit-kumulang pareho para sa parehong pangkat ng mga materyales, ang saturation at natitirang induction ay malapit din sa pantay, ngunit ang pagkakaiba ay umiiral sa puwersang mapilit, at ito ay napakalaki. Ang mga hard magnetic na materyales ay may Hc=800 kA-m, habang ang malambot na magnetic na materyales ay may 0.4 A-m lamang. Sa kabuuan, malaki ang pagkakaiba: 2106 beses. Kaya naman, batay sa mga katangiang ito, pinagtibay ang naturang dibisyon. Bagaman, dapat itong aminin na ito ay medyo may kondisyon. Ang malambot na magnetic na materyales ay maaaring magbabad kahit sa mahinang magnetic field. Ginagamit ang mga ito sa mababang frequency field. Halimbawa, sa mga magnetic memory device. Ang mga hard magnetic na materyales ay mahirap i-magnetize, ngunit pinapanatili nila ang magnetization sa napakatagal na panahon. Ito ay mula sa kanila na nakuha ang magagandang permanenteng magnet. Ang mga lugar ng aplikasyon ng mga hard magnetic na materyales ay marami at malawak, ang ilan sa mga ito ay nakalista sa simula ng artikulo. May isa pang grupo - mga magnetic na materyales para sa mga espesyal na layunin, ang kanilang saklaw ay napakakitid.
Mga detalye ng tigas
Tulad ng nabanggit na, ang mga hard magnetic na materyales ay may malawak na hysteresis loop at isang malaking puwersang pumipilit, mababang magnetic permeability. Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinakamataas na tiyak na magnetic energy na ibinigay saspace. At ang "mas mahirap" ang magnetic na materyal, mas mataas ang lakas nito, mas mababa ang pagkamatagusin. Ang partikular na magnetic energy ay binibigyan ng pinakamahalagang papel sa pagtatasa ng kalidad ng materyal. Ang isang permanenteng magnet ay halos hindi nagbibigay ng enerhiya sa outer space na may closed magnetic circuit, dahil ang lahat ng mga linya ng puwersa ay nasa loob ng core, at walang magnetic field sa labas nito. Upang masulit ang enerhiya ng mga permanenteng magnet, isang air gap ng isang mahigpit na tinukoy na laki at configuration ay ginawa sa loob ng isang closed magnetic circuit.
Sa paglipas ng panahon, ang magnet ay "tumatanda", ang magnetic flux nito ay bumababa. Gayunpaman, ang gayong pagtanda ay maaaring maging hindi maibabalik at mababalik. Sa huling kaso, ang mga sanhi ng pagtanda nito ay mga pagkabigla, pagkabigla, pagbabagu-bago ng temperatura, patuloy na panlabas na mga patlang. Ang magnetic induction ay nabawasan. Ngunit maaari itong ma-magnetize muli, kaya ibalik ang mahusay na mga katangian nito. Ngunit kung ang permanenteng magnet ay sumailalim sa anumang mga pagbabago sa istruktura, ang muling pag-magnetize ay hindi makakatulong, ang pagtanda ay hindi maaalis. Ngunit nagsisilbi sila nang mahabang panahon, at ang layunin ng mga hard magnetic na materyales ay mahusay. Ang mga halimbawa ay literal sa lahat ng dako. Ito ay hindi lamang permanenteng magnet. Ito ay isang materyal para sa pag-iimbak ng impormasyon, para sa pag-record nito - parehong tunog, at digital, at video. Ngunit ang nasa itaas ay maliit na bahagi lamang ng paglalapat ng mga hard magnetic materials.
Cast hard magnetic materials
Ayon sa paraan ng paggawa at komposisyon, ang mga hard magnetic na materyales ay maaaring i-cast, pulbos at iba pa. Ang mga ito ay batay sa mga haluang metal.bakal, nikel, aluminyo at bakal, nikel, kob alt. Ang mga komposisyon na ito ang pinakapangunahing para makakuha ng permanenteng magnet. Nabibilang sila sa katumpakan, dahil ang kanilang bilang ay tinutukoy ng mga mahigpit na teknolohikal na salik. Ang mga cast hard magnetic na materyales ay nakukuha sa panahon ng precipitation hardening ng alloy, kung saan ang paglamig ay nangyayari sa isang kalkuladong rate mula sa pagkatunaw hanggang sa simula ng agnas, na nangyayari sa dalawang yugto.
Ang una - kapag ang komposisyon ay malapit sa purong bakal na may binibigkas na magnetic properties. Para bang lumilitaw ang mga plate na may kapal na single-domain. At ang pangalawang yugto ay mas malapit sa intermetallic compound sa komposisyon, kung saan ang nickel at aluminum ay may mababang magnetic properties. Ito ay lumiliko ang isang sistema kung saan ang non-magnetic phase ay pinagsama sa malakas na magnetic inclusions na may malaking puwersang pumipilit. Ngunit ang haluang metal na ito ay hindi sapat na mabuti sa mga magnetic na katangian. Ang pinaka-karaniwan ay isa pang komposisyon, alloyed: bakal, nikel, aluminyo at tanso na may kob alt para sa alloying. Ang mga cob alt-free alloy ay may mas mababang magnetic properties, ngunit mas mura ang mga ito.
Powder hard magnetic materials
Powder materials ay ginagamit para sa maliit ngunit kumplikadong permanenteng magnet. Ang mga ito ay metal-ceramic, metal-plastic, oxide at micropowder. Ang cermet ay lalong mabuti. Sa mga tuntunin ng mga magnetic na katangian, ito ay medyo mas mababa kaysa sa mga cast, ngunit medyo mas mahal kaysa sa kanila. Ang mga ceramic-metal magnet ay ginawa sa pamamagitan ng pagpindot sa mga pulbos na metal nang walang anumang materyal na nagbubuklod at sintering ang mga ito sa napakataas na temperatura. Ginagamit ang mga pulbosna may mga haluang metal na inilarawan sa itaas, pati na rin ang mga batay sa platinum at mga rare earth metal.
Sa mga tuntunin ng mekanikal na lakas, ang powder metallurgy ay mas mataas kaysa sa pag-cast, ngunit ang mga magnetic na katangian ng metal-ceramic magnet ay medyo mas mababa pa rin kaysa sa mga cast. Ang mga magnet na nakabatay sa platinum ay may napakataas na mga halaga ng puwersa ng puwersa, at ang mga parameter ay lubos na matatag. Ang mga haluang metal na may uranium at bihirang lupa ay may mga record na halaga ng pinakamataas na magnetic energy: ang halaga ng limitasyon ay 112 kJ bawat metro kuwadrado. Ang ganitong mga haluang metal ay nakuha sa pamamagitan ng malamig na pagpindot sa pulbos sa pinakamataas na antas ng density, pagkatapos ay ang mga briquette ay sintered na may presensya ng isang likidong bahagi at paghahagis ng isang multicomponent na komposisyon. Imposibleng paghaluin ang mga bahagi sa ganoong sukat sa pamamagitan ng simpleng pag-cast.
Iba pang hard magnetic na materyales
Ang mga hard magnetic na materyales ay kinabibilangan din ng mga may napaka-espesyal na layunin. Ang mga ito ay nababanat na magnet, mga plastic na nababagong haluang metal, mga materyales para sa mga carrier ng impormasyon at mga likidong magnet. Ang mga deformable magnet ay may mahusay na mga katangian ng plastik, perpektong ipinahiram nila ang kanilang mga sarili sa anumang uri ng mekanikal na pagproseso - panlililak, pagputol, machining. Ngunit ang mga magnet na ito ay mahal. Ang mga magnet na Kunife na gawa sa tanso, nikel at bakal ay anisotropic, iyon ay, sila ay magnetized sa direksyon ng pag-roll, ginagamit ang mga ito sa anyo ng panlililak at kawad. Ang mga Vikalloy magnet na gawa sa cob alt at vanadium ay ginawa sa anyo ng isang high-strength magnetic tape, pati na rin ang wire. Ang komposisyon na ito ay mabuti para sa napakaliit na magnet na may pinakamasalimuot na configuration.
Elastic magnets - sa isang rubber base, kung saanAng tagapuno ay isang pinong pulbos ng isang hard magnetic material. Kadalasan ito ay barium ferrite. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng mga produkto ng ganap na anumang hugis na may mataas na kakayahang makagawa. Ang mga ito ay perpektong pinutol din ng gunting, baluktot, naselyohang, baluktot. Sila ay mas mura. Ginagamit ang magnetic rubber bilang mga sheet ng magnetic memory para sa mga computer, sa telebisyon, para sa mga corrective system. Bilang tagapagdala ng impormasyon, ang mga magnetic na materyales ay nakakatugon sa maraming pangangailangan. Ito ay isang mataas na antas na residual induction, isang maliit na epekto ng self-demagnetization (kung hindi man ay mawawala ang impormasyon), isang mataas na halaga ng mapilit na puwersa. At para mapadali ang proseso ng pagbubura ng mga tala, kailangan lang ng kaunting puwersang ito, ngunit ang kontradiksyon na ito ay inalis sa tulong ng teknolohiya.
