Bugün, sert manyetik malzemeler ve kalıcı mıknatıslar kullanmayan bir teknik endüstri bulmak neredeyse imkansız. Bunlar akustik, radyo elektroniği ve bilgisayar ve ölçüm cihazları ve otomasyon ve ısı ve güç ve elektrik gücü ve inşaat ve metalurji ve her türlü ulaşım ve tarım ve tıp ve cevher işlemedir. Herkesin mutfağında mikrodalga fırın olsa bile pizzayı ısıtır. Her şeyi saymak mümkün değil, manyetik malzemeler hayatımızın her adımında bize eşlik ediyor. Ve yardımlarıyla tüm ürünler tamamen farklı ilkelere göre çalışır: motorların ve jeneratörlerin kendi işlevleri vardır ve fren cihazlarının kendilerine ait, ayırıcı bir şey yapar ve kusur dedektörü başka bir şey yapar. Muhtemelen, sert manyetik malzemelerin kullanıldığı teknik cihazların tam bir listesi yoktur, o kadar çoktur ki.
Manyetik sistemler nelerdir
Gezegenimizin kendisi son derece iyi yağlanmış bir manyetik sistemdir. Geri kalan her şey aynı prensip üzerine inşa edilmiştir. Sert manyetik malzemeler çok çeşitli fonksiyonel özelliklere sahiptir. Tedarikçi kataloglarında sadece parametrelerinin değil aynı zamanda fiziksel özelliklerinin de verilmesi boşuna değildir. Ayrıca manyetik olarak sert ve manyetik olarak yumuşak malzemeler olabilir. Örneğin, oldukça homojen bir manyetik alana sahip sistemlerin kullanıldığı rezonans tomografilerini alın ve alanın keskin bir şekilde homojen olmadığı ayırıcılarla karşılaştırın. Oldukça farklı bir prensip! Alanın açılıp kapatılabileceği manyetik sistemlere hakim olunmuştur. Kavramalar bu şekilde tasarlanmıştır. Hatta bazı sistemler uzaydaki manyetik alanı bile değiştirir. Bunlar iyi bilinen klistronlar ve yürüyen dalga lambalarıdır. Yumuşak ve sert manyetik malzemelerin özellikleri gerçekten büyülüdür. Katalizör gibidirler, neredeyse her zaman aracı görevi görürler, ancak kendi enerjilerinde en ufak bir kayıp olmadan, bir başkasının enerjisini dönüştürebilir, bir türü diğerine dönüştürebilirler.
Örneğin, bir manyetik darbe, bağlantıların, ayırıcıların ve benzerlerinin çalışmasında mekanik enerjiye dönüştürülür. Mikrofon ve jeneratörlerle uğraşıyorsak mekanik enerji, mıknatısların yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürülür. Ve tam tersi olur! Örneğin hoparlörlerde ve motorlarda mıknatıslar elektriği mekanik enerjiye dönüştürür. Ve hepsi bu değil. Mekanik enerji, bir mikrodalga fırının veya bir frenleme cihazının çalışmasındaki manyetik sistem gibi, termal enerjiye bile dönüştürülebilir. mümkünmanyetik olarak sert ve manyetik olarak yumuşak malzemeler ve özel efektler üzerinde - Hall sensörlerinde, manyetik rezonans tomografilerinde, mikrodalga iletişiminde. Kimyasal süreçler üzerindeki katalitik etki, sudaki gradyan manyetik alanların iyonların, protein moleküllerinin ve çözünmüş gazların yapılarını nasıl etkilediği hakkında ayrı bir makale yazabilirsiniz.
Antik çağlardan gelen sihir
Doğal malzeme - manyetit - insanlık tarafından birkaç bin yıl önce biliniyordu. O zamanlar, sert manyetik malzemelerin tüm özellikleri henüz bilinmiyordu ve bu nedenle teknik cihazlarda kullanılmadılar. Ve henüz teknik cihazlar yoktu. Manyetik sistemlerin çalışması için hesaplamaların nasıl yapıldığını kimse bilmiyordu. Ancak biyolojik nesneler üzerindeki etki zaten fark edildi. Sert manyetik malzemelerin kullanımı, Çinliler MÖ 3. yüzyılda pusulayı icat edene kadar ilk başta tamamen tıbbi amaçlar için kullanıldı. Ancak, bu tür yöntemlerin zararları hakkında sürekli tartışmalar olmasına rağmen, bir mıknatısla tedavi bugüne kadar durmadı. Sert manyetik malzemelerin tıpta kullanımı özellikle ABD, Çin ve Japonya'da aktiftir. Ve Rusya'da, vücut veya bitki üzerindeki etkinin büyüklüğünü herhangi bir aletle ölçmek imkansız olsa da, alternatif yöntemlerin taraftarları var.
Ama tarihe geri dönelim. Küçük Asya'da, yüzyıllar önce, antik Magnesia şehri, dolup taşan Menderes kıyılarında zaten mevcuttu. Ve bugün Türkiye'deki pitoresk kalıntılarını ziyaret edebilirsiniz. Adını alan ilk manyetik demir cevheri orada keşfedildi.şehirler. Oldukça hızlı bir şekilde dünyaya yayıldı ve beş bin yıl önce Çinliler yardımıyla hala ölmeyen bir navigasyon cihazı icat etti. Artık insanlık, endüstriyel ölçekte yapay olarak mıknatıs üretmeyi öğrendi. Bunların temeli, çeşitli ferromıknatıslardır. Tartu Üniversitesi, yaklaşık kırk kilogram kaldırabilen en büyük doğal mıknatısa sahipken, kendisi sadece on üç ağırlığındadır. Günümüzün tozları kob alt, demir ve diğer çeşitli katkı maddelerinden yapılıyor, ağırlıklarından beş bin kat daha fazla yük taşıyorlar.
Histerezis döngüsü
İki tür yapay mıknatıs vardır. İlk tip, sert manyetik malzemelerden yapılmış sabitlerdir, özellikleri hiçbir şekilde harici kaynaklar veya akımlarla ilişkili değildir. İkinci tip elektromıknatıslardır. Demirden yapılmış bir çekirdeğe sahiptirler - manyetik olarak yumuşak bir malzeme ve bu çekirdeğin sargısından bir manyetik alan oluşturan bir akım geçer. Şimdi çalışmasının ilkelerini dikkate almalıyız. Sert manyetik malzemeler için histerezis döngüsünün manyetik özelliklerini karakterize eder. Manyetik sistemlerin üretimi için oldukça karmaşık teknolojiler vardır ve bu nedenle manyetizasyon, manyetik geçirgenlik ve manyetizasyon tersinmesi meydana geldiğinde enerji kayıpları hakkında bilgiye ihtiyaç vardır. Yoğunluktaki değişiklik döngüsel ise, yeniden manyetizasyon eğrisi (indüksiyondaki değişiklikler) her zaman kapalı bir eğri gibi görünecektir. Bu histerezis döngüsüdür. Alan zayıfsa, döngü daha çok bir elips gibidir.
Gerginlik olduğundamanyetik alan artar, birbirine kapatılmış bir dizi bu döngü elde edilir. Mıknatıslanma sürecinde, tüm vektörler yönlendirilir ve sonunda teknik bir doygunluk durumu gelecek, malzeme tamamen manyetize olacaktır. Doyma sırasında elde edilen döngüye limit döngüsü denir, Bs indüksiyonunun (doyma indüksiyonu) maksimum elde edilen değerini gösterir. Gerilim azaldığında, artık indüksiyon kalır. Limit ve ara durumlarda histerezis döngülerinin alanı enerji kaybını yani histerezis kaybını gösterir. Her şeyden önce manyetizasyon ters frekansına, malzeme özelliklerine ve geometrik boyutlara bağlıdır. Sınırlayıcı histerezis döngüsü, sert manyetik malzemelerin aşağıdaki özelliklerini belirleyebilir: doygunluk indüksiyonu Bs, artık indüksiyon Bc ve zorlayıcı kuvvet Hc.
Manyetizasyon eğrisi
Bu eğri en önemli karakteristiktir, çünkü manyetizasyonun bağımlılığını ve dış alanın gücünü gösterir. Manyetik indüksiyon Tesla'da ölçülür ve manyetizasyonla ilgilidir. Anahtarlama eğrisi ana eğridir, döngüsel yeniden manyetizasyon sırasında elde edilen histerezis döngülerindeki tepe noktalarının yeridir. Bu, alan kuvvetine bağlı olan manyetik indüksiyondaki değişikliği yansıtır. Manyetik devre kapatıldığında, bir toroid şeklinde yansıyan alan kuvveti, dış alan kuvvetine eşittir. Manyetik devre açıksa, mıknatısın uçlarında demanyetizasyon oluşturan kutuplar belirir. arasındaki farkbu gerilimler malzemenin iç gerilimini belirler.
Ana eğri üzerinde, tek bir ferromıknatıs kristali manyetize edildiğinde öne çıkan karakteristik bölümler vardır. İlk bölüm, uygun olmayan şekilde ayarlanmış alanların sınırlarını değiştirme sürecini gösterir ve ikincisinde, manyetizasyon vektörleri dış manyetik alana doğru döner. Üçüncü bölüm paraprocess, manyetizasyonun son aşamasıdır, burada manyetik alan güçlü ve yönlendirilmiştir. Yumuşak ve sert manyetik malzemelerin uygulanması, büyük ölçüde manyetizasyon eğrisinden elde edilen özelliklere bağlıdır.
Geçirgenlik ve enerji kaybı
Bir malzemenin gerilim alanındaki davranışını karakterize etmek için, mutlak manyetik geçirgenlik gibi bir kavramı kullanmak gerekir. Darbe, diferansiyel, maksimum, başlangıç, normal manyetik geçirgenlik tanımları vardır. Göreceli, ana eğri boyunca izlenir, bu nedenle bu tanım kullanılmaz - basitlik için. H=0 olduğu koşullar altında manyetik geçirgenlik başlangıç olarak adlandırılır ve yaklaşık 0.1 birime kadar sadece zayıf alanlarda belirlenebilir. Maksimum, aksine, en yüksek manyetik geçirgenliği karakterize eder. Normal ve maksimum değerler, her bir özel durumda sürecin normal seyrini gözlemleme fırsatı sağlar. Güçlü alanlarda doygunluk bölgesinde manyetik geçirgenlik her zaman birlik olma eğilimindedir. Tüm bu değerler sert manyetik kullanımı için gereklidir.malzemeler, her zaman onları kullanın.
Mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi sırasında enerji kaybı geri döndürülemez. Elektrik, malzemede ısı olarak salınır ve kayıpları dinamik kayıplar ve histerezis kayıplarından oluşur. İkincisi, manyetizasyon işlemi henüz başladığında alan duvarlarının yer değiştirmesiyle elde edilir. Manyetik malzeme homojen olmayan bir yapıya sahip olduğundan, alan duvarlarının hizalanması için zorunlu olarak enerji harcanır. Manyetik alanın gücünü ve yönünü değiştirme anında meydana gelen girdap akımları ile bağlantılı olarak dinamik kayıplar elde edilir. Enerji de aynı şekilde dağılır. Ve girdap akımlarından kaynaklanan kayıplar, yüksek frekanslarda histerezis kayıplarını bile aşar. Ayrıca, yoğunluk değiştikten sonra manyetik alanın durumundaki artık değişiklikler nedeniyle dinamik kayıplar elde edilir. Son etki kayıplarının miktarı bileşime, malzemenin ısıl işlemine bağlıdır, özellikle yüksek frekanslarda ortaya çıkarlar. Son etki, manyetik viskozitedir ve ferromıknatıslar darbeli modda kullanılıyorsa bu kayıplar her zaman hesaba katılır.
Sert manyetik malzemelerin sınıflandırılması
Yumuşaklık ve sertlikten bahseden terimler mekanik özellikler için hiç geçerli değildir. Pek çok sert malzeme aslında manyetik olarak yumuşaktır ve mekanik bir bakış açısından yumuşak malzemeler de oldukça sert manyetiktir. Her iki malzeme grubunda da manyetizasyon işlemi aynı şekilde gerçekleşir. İlk olarak, etki alanı sınırları değiştirilir, ardından döndürme başlar.gitgide manyetize olan bir alan yönünde ve sonunda paraproses başlar. Ve işte fark burada ortaya çıkıyor. Mıknatıslanma eğrisi, sınırları hareket ettirmenin daha kolay olduğunu, daha az enerji harcandığını, ancak dönüş süreci ve paraproseslerin daha fazla enerji yoğun olduğunu gösterir. Yumuşak manyetik malzemeler, sınırların yer değiştirmesiyle manyetize edilir. Sert manyetik - döndürme ve paraprocess nedeniyle.
Histerezis döngüsünün şekli, her iki malzeme grubu için yaklaşık olarak aynıdır, doygunluk ve artık indüksiyon da eşite yakındır, ancak zorlayıcı kuvvette fark vardır ve çok büyüktür. Sert manyetik malzemeler Hc=800 kA-m'ye sahipken, yumuşak manyetik malzemeler sadece 0,4 A-m'ye sahiptir. Toplamda, fark çok büyük: 2106 kez. Bu nedenle, bu özelliklere dayanarak böyle bir bölünme benimsenmiştir. Bununla birlikte, bunun oldukça şartlı olduğunu kabul etmek gerekir. Yumuşak manyetik malzemeler, zayıf bir manyetik alanda bile doygun hale gelebilir. Düşük frekanslı alanlarda kullanılırlar. Örneğin, manyetik bellek cihazlarında. Sert manyetik malzemelerin manyetize edilmesi zordur, ancak manyetizasyonu çok uzun süre korurlar. Onlardan iyi kalıcı mıknatıslar elde edilir. Sert manyetik malzemelerin uygulama alanları çoktur ve kapsamlıdır, bazıları makalenin başında listelenmiştir. Başka bir grup daha var - özel amaçlar için manyetik malzemeler, kapsamları çok dar.
Sertlikle ilgili ayrıntılar
Daha önce de belirtildiği gibi, sert manyetik malzemeler geniş bir histerezis döngüsüne ve büyük bir zorlayıcı kuvvete, düşük manyetik geçirgenliğe sahiptir. Verilen maksimum özgül manyetik enerji ile karakterize edilirler. Uzay. Ve manyetik malzeme ne kadar "sert" olursa, gücü o kadar yüksek, geçirgenlik o kadar düşük olur. Spesifik manyetik enerjiye, malzemenin kalitesini değerlendirmede en önemli rol verilir. Kalıcı bir mıknatıs, kapalı bir manyetik devre ile pratik olarak dış uzaya enerji vermez, çünkü tüm kuvvet çizgileri çekirdeğin içindedir ve onun dışında manyetik alan yoktur. Kalıcı mıknatısların enerjisinden en iyi şekilde yararlanmak için, kapalı bir manyetik devre içinde kesin olarak tanımlanmış boyutta ve konfigürasyonda bir hava boşluğu oluşturulur.
Zamanla, mıknatıs "yaşlanır", manyetik akısı azalır. Bununla birlikte, böyle bir yaşlanma hem geri döndürülemez hem de geri döndürülebilir olabilir. İkinci durumda, yaşlanmasının nedenleri şoklar, şoklar, sıcaklık dalgalanmaları, sabit dış alanlardır. Manyetik indüksiyon azalır. Ancak tekrar manyetize edilebilir, böylece mükemmel özelliklerini geri kazanır. Ancak kalıcı mıknatıs herhangi bir yapısal değişiklik geçirmişse, yeniden manyetizasyon yardımcı olmaz, yaşlanma ortadan kalkmaz. Ancak uzun süre hizmet ederler ve sert manyetik malzemelerin amacı büyüktür. Örnekler kelimenin tam anlamıyla her yerdedir. Sadece kalıcı mıknatıslar değil. Bu, bilgi depolamak, kaydetmek için bir malzemedir - hem ses hem de dijital ve video. Ancak yukarıdakiler, sert manyetik malzemelerin uygulanmasının sadece küçük bir kısmıdır.
Dökme sert manyetik malzemeler
Üretim ve kompozisyon yöntemine göre sert manyetik malzemeler dökülebilir, toz ve diğerleri. Alaşımlara dayanırlar.demir, nikel, alüminyum ve demir, nikel, kob alt. Bu bileşimler, kalıcı bir mıknatıs elde etmek için en temel olanlardır. Kesinliğe aittirler, çünkü sayıları en katı teknolojik faktörler tarafından belirlenir. Dökme sert manyetik malzemeler, alaşımın çökelme sertleşmesi sırasında elde edilir, burada soğuma, erimeden ayrışmanın başlangıcına kadar hesaplanan bir hızda gerçekleşir, bu iki fazda gerçekleşir.
İlk - bileşim, belirgin manyetik özelliklere sahip saf demire yakın olduğunda. Sanki tek alan kalınlığındaki plakalar görünüyor. Ve ikinci faz, nikel ve alüminyumun düşük manyetik özelliklere sahip olduğu bileşimdeki intermetalik bileşiğe daha yakındır. Manyetik olmayan fazın, büyük bir zorlayıcı kuvvetle güçlü manyetik kapanımlarla birleştirildiği bir sistem ortaya çıkıyor. Ancak bu alaşım manyetik özelliklerde yeterince iyi değildir. En yaygın olanı, alaşımlı başka bir bileşimdir: alaşımlama için demir, nikel, alüminyum ve kob altlı bakır. Kob alt içermeyen alaşımlar daha düşük manyetik özelliklere sahiptir, ancak çok daha ucuzdur.
Toz sert manyetik malzemeler
Toz malzemeler, minyatür ancak karmaşık kalıcı mıknatıslar için kullanılır. Metal-seramik, metal-plastik, oksit ve mikro tozdur. Sermet özellikle iyidir. Manyetik özellikler açısından, dökümlerden biraz daha düşüktür, ancak onlardan biraz daha pahalıdır. Seramik-metal mıknatıslar, herhangi bir bağlayıcı malzeme olmadan metal tozlarının preslenmesi ve çok yüksek sıcaklıklarda sinterlenmesiyle yapılır. Tozlar kullanılıryukarıda açıklanan alaşımların yanı sıra platin ve nadir toprak metallerine dayalı olanlarla.
Mekanik mukavemet açısından, toz metalurjisi dökümden daha üstündür, ancak metal-seramik mıknatısların manyetik özellikleri hala döküm olanlardan biraz daha düşüktür. Platin bazlı mıknatıslar çok yüksek zorlayıcı kuvvet değerlerine sahiptir ve parametreler oldukça kararlıdır. Uranyum ve nadir toprak metalleri içeren alaşımlar, maksimum manyetik enerjinin rekor değerlerine sahiptir: sınır değer, metrekare başına 112 kJ'dir. Bu tür alaşımlar, tozun en yüksek yoğunluğa kadar soğuk preslenmesiyle elde edilir, daha sonra briketler, bir sıvı fazın mevcudiyeti ve çok bileşenli bir bileşimin dökümü ile sinterlenir. Basit döküm ile bileşenleri bu kadar karıştırmak mümkün değildir.
Diğer sert manyetik malzemeler
Sert manyetik malzemeler ayrıca son derece özel bir amaca sahip olanları da içerir. Bunlar elastik mıknatıslar, plastik olarak deforme olabilen alaşımlar, bilgi taşıyıcı malzemeler ve sıvı mıknatıslardır. Deforme olabilen mıknatıslar mükemmel plastik özelliklere sahiptir, kendilerini her türlü mekanik işleme - damgalama, kesme, işleme - mükemmel şekilde verirler. Ancak bu mıknatıslar pahalıdır. Bakır, nikel ve demirden yapılan künife mıknatıslar anizotropiktir yani haddeleme yönünde mıknatıslanırlar, damgalama ve tel şeklinde kullanılırlar. Kob alt ve vanadyumdan yapılmış Vikalloy mıknatısları, telin yanı sıra yüksek mukavemetli bir manyetik bant şeklinde yapılır. Bu bileşim, en karmaşık konfigürasyona sahip çok küçük mıknatıslar için iyidir.
Elastik mıknatıslar - kauçuk bir taban üzerinde,Dolgu, sert bir manyetik malzemeden yapılmış ince bir tozdur. Çoğu zaman baryum ferrittir. Bu yöntem, yüksek üretilebilirlik ile kesinlikle herhangi bir şekle sahip ürünler elde etmenizi sağlar. Ayrıca makasla mükemmel bir şekilde kesilir, bükülür, damgalanır, bükülür. Onlar çok daha ucuz. Manyetik kauçuk, bilgisayarlarda, televizyonda, düzeltici sistemlerde manyetik bellek levhaları olarak kullanılır. Bilgi taşıyıcıları olarak, manyetik malzemeler birçok gereksinimi karşılar. Bu, yüksek seviyeli bir artık indüksiyondur, kendi kendini demanyetize etmenin küçük bir etkisidir (aksi takdirde bilgi kaybolacaktır), zorlayıcı kuvvetin yüksek bir değeridir. Ve kayıtları silme işlemini kolaylaştırmak için bu kuvvetin sadece küçük bir miktarına ihtiyaç duyulur, ancak bu çelişki teknolojinin yardımıyla ortadan kaldırılır.
