Klasifikácia a základné charakteristiky magnetických materiálov

Všetky látky v prírode sú magnetické v tom zmysle, že majú určité magnetické vlastnosti a určitým spôsobom interagujú s vonkajším magnetickým poľom.

Materiály použité v technológii sa nazývajú magnetické, berúc do úvahy ich magnetické vlastnosti. Magnetické vlastnosti látky závisia od magnetických vlastností mikročastíc, štruktúry atómov a molekúl.

Klasifikácia magnetických materiálov

Magnetické materiály sa delia na slabo magnetické a silne magnetické.

Medzi slabo magnetické patria diamagnety a paramagnety.

Silné magnetické - feromagnety, ktoré zase môžu byť magneticky mäkké a magneticky tvrdé. Formálne možno rozdiel v magnetických vlastnostiach materiálov charakterizovať relatívnou magnetickou permeabilitou.

Diamagnety označujú materiály, ktorých atómy (ióny) nemajú výsledný magnetický moment. Navonok sa diamagnety prejavujú odpudzovaním magnetickým poľom. Patria sem zinok, meď, zlato, ortuť a iné materiály.

Paramagnety sa nazývajú materiály, ktorých atómy (ióny) majú za následok magnetický moment nezávislý od vonkajšieho magnetického poľa. Navonok sa paramagnety prejavujú príťažlivosťou nehomogénne magnetické pole… Patria sem hliník, platina, nikel a iné materiály.

Feromagnety sa nazývajú materiály, v ktorých ich vlastné (vnútorné) magnetické pole môže byť stovky a tisíckrát vyššie ako vonkajšie magnetické pole, ktoré ho spôsobilo.

Každé feromagnetické teleso je rozdelené na oblasti - malé oblasti spontánnej (spontánnej) magnetizácie. Pri absencii vonkajšieho magnetického poľa sa smery magnetizačných vektorov rôznych oblastí nezhodujú a výsledná magnetizácia celého tela môže byť nulová.

Existujú tri typy procesov feromagnetickej magnetizácie:

1. Proces reverzibilného premiestňovania magnetických domén. V tomto prípade dochádza k posunu hraníc regiónov orientovaných najbližšie k smeru vonkajšieho poľa. Po odstránení poľa sa domény posunú opačným smerom. Oblasť posunu reverzibilnej domény sa nachádza v počiatočnej časti magnetizačnej krivky.

2. Proces ireverzibilného posunu magnetických domén. V tomto prípade sa posunutie hraníc medzi magnetickými doménami neodstráni s klesajúcim magnetickým poľom. Počiatočné polohy domén možno dosiahnuť v procese reverznej magnetizácie.

Nezvratné posunutie hraníc domény vedie k vzhľadu magnetická hysterézia — oneskorenie magnetickej indukcie od sila poľa.

3. Procesy rotácie domén. V tomto prípade dokončenie procesov premiestňovania hraníc domény vedie k technickému nasýteniu materiálu.V oblasti nasýtenia sa všetky oblasti otáčajú v smere poľa. Hysterézna slučka, ktorá dosiahne oblasť nasýtenia, sa nazýva hranica.

Obmedzujúci hysterézny obvod má nasledujúce charakteristiky: Bmax — saturačná indukcia; Br - zvyšková indukcia; Hc — retardačná (donucovacia) sila.

Materiály s nízkymi hodnotami Hc (úzky hysterézny cyklus) a vysokými magnetická permeabilita sa nazývajú mäkké magnetické.

Materiály s vysokými hodnotami Hc (široká hysterézna slučka) a nízkou magnetickou permeabilitou sa nazývajú magneticky tvrdé materiály.

Pri magnetizácii feromagnetika v striedavých magnetických poliach sa vždy pozorujú straty tepelnej energie, to znamená, že sa materiál zahrieva. Tieto straty sú spôsobené hysteréziou a straty vírivými prúdmi… Strata hysterézy je úmerná ploche hysteréznej slučky. Straty vírivými prúdmi závisia od elektrického odporu feromagnetika. Čím vyšší je odpor, tým nižšie sú straty vírivým prúdom.

Magneticky mäkké a magneticky tvrdé materiály

Mäkké magnetické materiály zahŕňajú:

1. Technicky čisté železo (elektrická nízkouhlíková oceľ).

2. Elektrotechnické kremíkové ocele.

3. Zliatiny železo-nikel a železo-kobalt.

4. Mäkké magnetické ferity.

Magnetické vlastnosti nízkouhlíkovej ocele (technicky čistého železa) závisia od obsahu nečistôt, skreslenia kryštálovej mriežky v dôsledku deformácie, veľkosti zŕn a tepelného spracovania. Komerčne čisté železo sa kvôli svojmu nízkemu odporu používa v elektrotechnike pomerne zriedkavo, hlavne pre obvody jednosmerného magnetického toku.

Elektrotechnická kremíková oceľ je hlavným magnetickým materiálom pre masovú spotrebu. Ide o zliatinu železa a kremíka. Legovanie kremíkom umožňuje znížiť donucovaciu silu a zvýšiť odpor, to znamená znížiť straty vírivými prúdmi.

Elektroplechová oceľ dodávaná v jednotlivých plechoch alebo zvitkoch a pásová oceľ dodávaná len vo zvitkoch sú polotovary určené na výrobu magnetických obvodov (jadra).

Magnetické jadrá sú tvorené buď z jednotlivých dosiek získaných lisovaním alebo rezaním, alebo navíjaním z pásikov.

Nazývajú sa nikel-železné permaloidné zliatiny... Majú veľkú počiatočnú magnetickú permeabilitu v oblasti slabých magnetických polí. Permalloy sa používa na jadrá malých výkonových transformátorov, tlmiviek a relé.

Ferity sú magnetická keramika s vysokou odolnosťou, 1010-krát vyššou ako odolnosť železa. Ferity sa používajú vo vysokofrekvenčných obvodoch, pretože ich magnetická permeabilita prakticky neklesá so zvyšujúcou sa frekvenciou.

Nevýhodou feritov je ich nízka indukcia saturácie a nízka mechanická pevnosť. Preto sa ferity bežne používajú v nízkonapäťovej elektronike.

Medzi magneticky tvrdé materiály patria:

1. Odlievané magneticky tvrdé materiály na báze Fe-Ni-Al zliatin.

2. práškové pevné magnetické materiály získané lisovaním práškov s následným tepelným spracovaním.

3. Tvrdé magnetické ferity. Magneticky tvrdé materiály sú materiály pre permanentné magnetypoužívané v elektromotoroch a iných elektrických zariadeniach, ktoré vyžadujú permanentné magnetické pole.