Klassifisering og grunnleggende egenskaper ved magnetiske materialer
Alle stoffer i naturen er magnetiske i den forstand at de har visse magnetiske egenskaper og samhandler på en bestemt måte med et eksternt magnetfelt.
Materialene som brukes i teknologien kalles magnetiske, tatt i betraktning deres magnetiske egenskaper. De magnetiske egenskapene til stoffet avhenger av de magnetiske egenskapene til mikropartikler, strukturen til atomer og molekyler.
Klassifisering av magnetiske materialer
Magnetiske materialer er delt inn i svakt magnetiske og sterkt magnetiske.
Å være svakt magnetisk inkluderer diamagneter og paramagneter.
Sterk magnetisk - ferromagneter, som igjen kan være magnetisk myke og magnetisk harde. Formelt sett kan forskjellen i magnetiske egenskaper til materialer karakteriseres av den relative magnetiske permeabiliteten.
Diamagneter refererer til materialer hvis atomer (ioner) ikke har noe resulterende magnetisk moment. Utvendig manifesterer diamagneter seg ved å bli frastøtt av magnetfeltet. Disse inkluderer sink, kobber, gull, kvikksølv og andre materialer.
Paramagneter kalles materialer, hvis atomer (ioner) resulterer i et magnetisk moment uavhengig av det ytre magnetfeltet. Eksternt manifesterer paramagneter seg gjennom tiltrekning inhomogent magnetfelt… Disse inkluderer aluminium, platina, nikkel og andre materialer.
Ferromagneter kalles materialer der deres eget (interne) magnetfelt kan være hundrevis og tusenvis av ganger høyere enn det eksterne magnetfeltet som forårsaket det.
Hvert ferromagnetisk legeme er delt inn i regioner - små områder med spontan (spontan) magnetisering. I fravær av et eksternt magnetfelt faller ikke retningene til magnetiseringsvektorene til forskjellige regioner sammen, og den resulterende magnetiseringen av hele kroppen kan være null.
Det er tre typer ferromagnetiske magnetiseringsprosesser:
1. Prosessen med reversibel forskyvning av magnetiske domener. I dette tilfellet er det en forskyvning av grensene til regionene orientert nærmest retningen til det ytre feltet. Når feltet fjernes, skifter domenene i motsatt retning. Området med reversibel domeneforskyvning er lokalisert ved den innledende delen av magnetiseringskurven.
2. Prosessen med irreversibel forskyvning av magnetiske domener. I dette tilfellet fjernes ikke forskyvningen av grensene mellom magnetiske domener med avtagende magnetfelt. De innledende posisjonene til domenene kan oppnås i magnetiseringsreverseringsprosessen.
Irreversibel forskyvning av domenegrenser fører til utseendet magnetisk hysterese — etterslepet av magnetisk induksjon fra feltstyrke.
3. Domenerotasjonsprosesser. I dette tilfellet fører fullføringen av forskyvningsprosessene til domenegrensene til teknisk metning av materialet.I metningsområdet roterer alle områdene i feltets retning. Hysteresesløyfen som når metningsområdet kalles grensen.
Den begrensende hysteresekretsen har følgende egenskaper: Bmax — metningsinduksjon; Br — gjenværende induksjon; Hc — retarderende (tvangs)kraft.
Materialer med lave Hc-verdier (smal hysteresesyklus) og høye magnetisk permeabilitet kalles myk magnetisk.
Materialer med høye verdier av Hc (wide hysteresis loop) og lav magnetisk permeabilitet kalles magnetisk harde materialer.
Under magnetisering av en ferromagnet i vekslende magnetiske felt observeres alltid termiske energitap, det vil si at materialet varmes opp. Disse tapene skyldes hysterese og virvelstrømstap… Hysteresetapet er proporsjonalt med arealet av hystereseløkken. Virvelstrømstap avhenger av den elektriske motstanden til ferromagneten. Jo høyere motstand, jo lavere tap av virvelstrøm.
Magnetisk myke og magnetisk harde materialer
Myke magnetiske materialer inkluderer:
1. Teknisk rent jern (elektrisk lavkarbonstål).
2. Elektrotekniske silisiumstål.
3. Jern-nikkel og jern-kobolt legeringer.
4. Myke magnetiske ferritter.
De magnetiske egenskapene til lavkarbonstål (teknisk rent jern) avhenger av innholdet av urenheter, forvrengning av krystallgitteret på grunn av deformasjon, kornstørrelse og varmebehandling. På grunn av sin lave resistivitet brukes kommersielt rent jern ganske sjelden i elektroteknikk, hovedsakelig for DC magnetiske flukskretser.
Elektroteknisk silisiumstål er det viktigste magnetiske materialet for masseforbruk. Det er en jern-silisiumlegering. Legering med silisium lar deg redusere tvangskraften og øke motstanden, det vil si redusere virvelstrømstap.
Elektrisk stålplate, levert i individuelle plater eller spoler, og båndstål, som kun leveres i spoler, er halvfabrikata beregnet på produksjon av magnetiske kretser (kjerne).
Magnetiske kjerner er dannet enten fra individuelle plater oppnådd ved stempling eller kutting, eller ved vikling fra strimler.
De kalles nikkel-jern permaloid legeringer... De har en stor initial magnetisk permeabilitet i området av svake magnetiske felt. Permalloy brukes til kjerner av små krafttransformatorer, choker og releer.
Ferritter er magnetisk keramikk med høy motstand, 1010 ganger høyere enn for jern. Ferritter brukes i høyfrekvente kretser fordi deres magnetiske permeabilitet praktisk talt ikke avtar med økende frekvens.
Ulempene med ferritter er deres lave metningsinduksjon og lave mekaniske styrke. Derfor er ferritter ofte brukt i lavspenningselektronikk.
Magnetisk harde materialer inkluderer:
1. Støpe magnetisk harde materialer basert på Fe-Ni-Al-legeringer.
2. Pulveriserte faste magnetiske materialer oppnådd ved å presse pulver med påfølgende varmebehandling.
3. Harde magnetiske ferritter. Magnetisk harde materialer er materialer for permanente magneterbrukes i elektriske motorer og andre elektriske enheter som krever et permanent magnetfelt.