Razvrstitev in osnovne značilnosti magnetnih materialov

Vse snovi v naravi so magnetne v smislu, da imajo določene magnetne lastnosti in na določen način interagirajo z zunanjim magnetnim poljem.

Materiali, ki se uporabljajo v tehnologiji, se imenujejo magnetni, ob upoštevanju njihovih magnetnih lastnosti. Magnetne lastnosti snovi so odvisne od magnetnih lastnosti mikrodelcev, zgradbe atomov in molekul.

Razvrstitev magnetnih materialov

Magnetne materiale delimo na šibko magnetne in močno magnetne.

Šibko magnetni so diamagneti in paramagneti.

Močni magneti - feromagneti, ki so lahko magnetno mehki in magnetno trdi. Formalno lahko razliko v magnetnih lastnostih materialov označimo z relativno magnetno prepustnostjo.

Diamagneti se nanašajo na materiale, katerih atomi (ioni) nimajo rezultantnega magnetnega momenta. Navzven se diamagneti kažejo tako, da jih magnetno polje odbija. Sem spadajo cink, baker, zlato, živo srebro in drugi materiali.

Paramagneti se imenujejo materiali, katerih atomi (ioni) povzročijo magnetni moment, neodvisen od zunanjega magnetnega polja. Navzven se paramagneti manifestirajo skozi privlačnost nehomogeno magnetno polje… Sem spadajo aluminij, platina, nikelj in drugi materiali.

Feromagneti se imenujejo materiali, pri katerih je lahko lastno (notranje) magnetno polje več sto in tisočkrat večje od zunanjega magnetnega polja, ki ga je povzročilo.

Vsako feromagnetno telo je razdeljeno na območja - majhna območja spontane (spontane) magnetizacije. V odsotnosti zunanjega magnetnega polja se smeri magnetizirajočih vektorjev različnih območij ne ujemajo in posledična magnetizacija celotnega telesa je lahko enaka nič.

Obstajajo tri vrste procesov feromagnetne magnetizacije:

1. Proces reverzibilnega premika magnetnih domen. V tem primeru pride do premika meja regij, usmerjenih najbližje smeri zunanjega polja. Ko je polje odstranjeno, se domene premaknejo v nasprotno smer. Območje reverzibilnega premika domene se nahaja na začetnem delu krivulje magnetizacije.

2. Proces ireverzibilnega premika magnetnih domen. V tem primeru se premik meja med magnetnimi domenami ne odstrani z zmanjševanjem magnetnega polja. Začetne položaje domen je mogoče doseči v procesu obračanja magnetizacije.

Nepovraten premik domenskih meja vodi do pojava magnetna histereza — zaostajanje magnetne indukcije od poljska jakost.

3. Procesi rotacije domen. V tem primeru zaključek procesov premika domenskih meja vodi do tehnične nasičenosti materiala.V območju nasičenosti se vsa področja vrtijo v smeri polja. Histerezna zanka, ki doseže območje nasičenosti, se imenuje meja.

Omejevalno histerezno vezje ima naslednje značilnosti: Bmax — indukcija nasičenja; Br - preostala indukcija; Hc - zavorna (prisilna) sila.

Materiali z nizkimi vrednostmi Hc (ozek histerezni cikel) in visokimi magnetna prepustnost se imenujejo mehki magneti.

Materiali z visokimi vrednostmi Hc (široka histerezna zanka) in nizko magnetno prepustnostjo se imenujejo magnetno trdi materiali.

Med magnetizacijo feromagneta v izmeničnih magnetnih poljih vedno opazimo izgube toplotne energije, to je, da se material segreje. Te izgube so posledica histereze in izgube zaradi vrtinčnih tokov… Izguba zaradi histereze je sorazmerna s površino zanke histereze. Izgube zaradi vrtinčnih tokov so odvisne od električnega upora feromagneta. Večji kot je upor, manjše so izgube zaradi vrtinčnih tokov.

Magnetno mehki in magnetno trdi materiali

Mehki magnetni materiali vključujejo:

1. Tehnično čisto železo (električno nizkoogljično jeklo).

2. Elektrotehnična silicijeva jekla.

3. Zlitine železo-nikelj in železo-kobalt.

4. Mehki magnetni feriti.

Magnetne lastnosti nizkoogljičnega jekla (tehnično čistega železa) so odvisne od vsebnosti primesi, popačenja kristalne mreže zaradi deformacije, velikosti zrn in toplotne obdelave. Zaradi nizke upornosti se komercialno čisto železo zelo redko uporablja v elektrotehniki, predvsem za tokokroge z enosmernim magnetnim pretokom.

Elektrotehnično silicijevo jeklo je glavni magnetni material za množično uporabo. Je zlitina železa in silicija. Legiranje s silicijem vam omogoča zmanjšanje prisilne sile in povečanje odpornosti, to je zmanjšanje izgub zaradi vrtinčnih tokov.

Jeklena elektrotehnična pločevina, dobavljena v posameznih ploščah ali kolutih, in jekleni trakovi, dobavljeni samo v kolutih, so polizdelki, namenjeni izdelavi magnetnih vezij (jedra).

Magnetna jedra so oblikovana iz posameznih plošč, pridobljenih z vtiskovanjem ali rezanjem, ali z navijanjem iz trakov.

Imenujejo se permaloidne zlitine nikelj-železo... Imajo veliko začetno magnetno prepustnost v območju šibkih magnetnih polj. Permalloy se uporablja za jedra malih energetskih transformatorjev, dušilk in relejev.

Feriti so magnetna keramika z visoko odpornostjo, 1010-krat večjo od odpornosti železa. Feriti se uporabljajo v visokofrekvenčnih vezjih, ker se njihova magnetna prepustnost praktično ne zmanjša z naraščajočo frekvenco.

Pomanjkljivosti feritov so nizka indukcija nasičenja in nizka mehanska trdnost. Zato se feriti pogosto uporabljajo v nizkonapetostni elektroniki.

Magnetno trdi materiali vključujejo:

1. Liti magnetno trdi materiali na osnovi zlitin Fe-Ni-Al.

2. Praškasti trdni magnetni materiali, pridobljeni s stiskanjem prahov z naknadno toplotno obdelavo.

3. Trdomagnetni feriti. Magnetno trdi materiali so materiali za trajne magneteuporablja se v elektromotorjih in drugih električnih napravah, ki zahtevajo trajno magnetno polje.