Magneettisten materiaalien luokittelu ja perusominaisuudet

Kaikki luonnon aineet ovat magneettisia siinä mielessä, että niillä on tiettyjä magneettisia ominaisuuksia ja ne ovat tietyllä tavalla vuorovaikutuksessa ulkoisen magneettikentän kanssa.

Tekniikassa käytettyjä materiaaleja kutsutaan magneettisiksi ottaen huomioon niiden magneettiset ominaisuudet. Aineen magneettiset ominaisuudet riippuvat mikrohiukkasten magneettisista ominaisuuksista, atomien ja molekyylien rakenteesta.

Magneettisten materiaalien luokitus

Magneettiset materiaalit jaetaan heikosti magneettisiin ja vahvasti magneettisiin.

Heikosti magneettisia ovat diamagneetit ja paramagneetit.

Vahva magneettinen - ferromagneetit, jotka puolestaan ​​voivat olla magneettisesti pehmeitä ja magneettisesti kovia. Muodollisesti materiaalien magneettisten ominaisuuksien eroa voidaan luonnehtia suhteellisella magneettisella permeabiliteetilla.

Diamagneeteilla tarkoitetaan materiaaleja, joiden atomeilla (ioneilla) ei ole tuloksena olevaa magneettista momenttia. Ulkoisesti diamagneetit ilmenevät magneettikentän torjumina. Näitä ovat sinkki, kupari, kulta, elohopea ja muut materiaalit.

Paramagneeteiksi kutsutaan materiaaleja, joiden atomit (ionit) aiheuttavat ulkoisesta magneettikentästä riippumattoman magneettisen momentin. Ulkoisesti paramagneetit ilmenevät vetovoiman kautta epähomogeeninen magneettikenttä… Näitä ovat alumiini, platina, nikkeli ja muut materiaalit.

Ferromagneeteiksi kutsutaan materiaaleja, joissa niiden oma (sisäinen) magneettikenttä voi olla satoja ja tuhansia kertoja suurempi kuin sen aiheuttanut ulkoinen magneettikenttä.

Jokainen ferromagneettinen kappale on jaettu alueisiin - pieniin spontaanin (spontaaniin) magnetisoitumisen alueisiin. Ulkoisen magneettikentän puuttuessa eri alueiden magnetointivektorien suunnat eivät täsmää ja tuloksena oleva koko kehon magnetoituminen voi olla nolla.

Ferromagneettisia magnetointiprosesseja on kolmenlaisia:

1. Magneettialueiden palautuva siirtymäprosessi. Tässä tapauksessa ulkoisen kentän suuntaa lähinnä olevien alueiden rajojen siirtyminen tapahtuu. Kun kenttä poistetaan, alueet siirtyvät vastakkaiseen suuntaan. Reversiibelin alueen siirtymän alue sijaitsee magnetointikäyrän alkuosassa.

2. Magneettialueiden palautumattoman siirtymisen prosessi. Tässä tapauksessa magneettialueiden välisten rajojen siirtymä ei poistu magneettikentän pienentyessä. Domeenien alkuasemat voidaan saavuttaa magnetoinnin käänteisprosessissa.

Toimialueen rajojen peruuttamaton siirtyminen johtaa ulkonäköön magneettinen hystereesi — magneettisen induktion viive kentän voimakkuus.

3. Verkkoalueen kiertoprosessit. Tässä tapauksessa alueen rajojen siirtymäprosessien loppuun saattaminen johtaa materiaalin tekniseen kyllästymiseen.Kyllästysalueella kaikki alueet pyörivät kentän suuntaan. Kyllästysalueen saavuttavaa hystereesisilmukkaa kutsutaan rajaksi.

Rajoitushystereesipiirillä on seuraavat ominaisuudet: Bmax — saturaatioinduktio; Br - jäännösinduktio; Hc — hidastava (pakkottava) voima.

Materiaalit, joilla on alhainen Hc-arvo (kapea hystereesisykli) ja korkea magneettinen permeabiliteetti kutsutaan pehmeäksi magneettiseksi.

Materiaaleja, joilla on korkeat Hc-arvot (leveä hystereesisilmukka) ja alhainen magneettinen permeabiliteetti, kutsutaan magneettisesti koviksi materiaaleiksi.

Ferromagneetin magnetoinnin aikana vaihtuvissa magneettikentissä havaitaan aina lämpöenergiahäviöitä, eli materiaali lämpenee. Nämä häviöt johtuvat hystereesistä ja pyörrevirtahäviöt… Hystereesihäviö on verrannollinen hystereesisilmukan pinta-alaan. Pyörrevirtahäviöt riippuvat ferromagneetin sähkövastuksesta. Mitä suurempi vastus, sitä pienemmät pyörrevirtahäviöt.

Magneettisesti pehmeät ja magneettisesti kovat materiaalit

Pehmeitä magneettisia materiaaleja ovat:

1. Teknisesti puhdas rauta (sähköinen vähähiilinen teräs).

2. Sähkötekniset piiteräkset.

3. Rauta-nikkeli ja rauta-kobolttilejeeringit.

4. Pehmeät magneettiset ferriitit.

Vähähiilisen teräksen (teknisesti puhdas rauta) magneettiset ominaisuudet riippuvat epäpuhtauksien pitoisuudesta, muodonmuutosten aiheuttamasta kidehilan vääristymisestä, raekoosta ja lämpökäsittelystä. Kaupallisesti puhdasta rautaa käytetään alhaisen ominaisvastuksensa vuoksi melko harvoin sähkötekniikassa, pääasiassa DC-magneettivuopiireissä.

Sähkötekninen piiteräs on massakulutuksen tärkein magneettinen materiaali. Se on rauta-pii-seos. Piin seostaminen antaa sinun vähentää pakkovoimaa ja lisätä vastusta, eli vähentää pyörrevirtahäviöitä.

Sähköteräslevy, joka toimitetaan yksittäisinä levyinä tai keloina, ja nauhateräs, joka toimitetaan vain keloissa, ovat puolivalmiita tuotteita, jotka on tarkoitettu magneettisten piirien (ytimen) valmistukseen.

Magneettiytimet muodostetaan joko yksittäisistä levyistä, jotka on saatu leimaamalla tai leikkaamalla, tai kelaamalla nauhoista.

Niitä kutsutaan nikkeli-rauta-permaloidiseoksiksi... Niillä on suuri alkumagneettinen permeabiliteetti heikkojen magneettikenttien alueella. Permalloya käytetään pienten tehomuuntajien, kuristimien ja releiden ytimiin.

Ferriitit ovat magneettista keramiikkaa, jonka vastus on korkea, 1010 kertaa suurempi kuin raudalla. Ferriittejä käytetään suurtaajuuspiireissä, koska niiden magneettinen permeabiliteetti ei käytännössä pienene taajuuden kasvaessa.

Ferriittien haittoja ovat niiden alhainen kyllästysinduktio ja alhainen mekaaninen lujuus. Siksi ferriittejä käytetään yleisesti pienjänniteelektroniikassa.

Magneettisesti kovia materiaaleja ovat mm.

1. Valetaan magneettisesti kovia materiaaleja, jotka perustuvat Fe-Ni-Al-seoksiin.

2. Jauhemaiset kiinteät magneettiset materiaalit, jotka on saatu puristamalla jauheita myöhemmin lämpökäsittelyllä.

3. Kovat magneettiset ferriitit. Magneettisesti kovia materiaaleja ovat kestomagneettien materiaalitkäytetään sähkömoottoreissa ja muissa sähkölaitteissa, jotka vaativat pysyvän magneettikentän.