Klassificering og grundlæggende egenskaber af magnetiske materialer
Alle stoffer i naturen er magnetiske i den forstand, at de har bestemte magnetiske egenskaber og interagerer på en bestemt måde med et eksternt magnetfelt.
Materialerne, der bruges i teknologien, kaldes magnetiske, under hensyntagen til deres magnetiske egenskaber. Stoffets magnetiske egenskaber afhænger af mikropartiklernes magnetiske egenskaber, strukturen af atomer og molekyler.
Klassificering af magnetiske materialer
Magnetiske materialer er opdelt i svagt magnetiske og stærkt magnetiske.
At være svagt magnetisk omfatter diamagneter og paramagneter.
Stærk magnetisk - ferromagneter, som igen kan være magnetisk bløde og magnetisk hårde. Formelt kan forskellen i materialers magnetiske egenskaber karakteriseres ved den relative magnetiske permeabilitet.
Diamagneter refererer til materialer, hvis atomer (ioner) ikke har noget resulterende magnetisk moment. Udvendigt manifesterer diamagneter sig ved at blive frastødt af magnetfeltet. Disse omfatter zink, kobber, guld, kviksølv og andre materialer.
Paramagneter kaldes materialer, hvis atomer (ioner) resulterer i et magnetisk moment uafhængigt af det ydre magnetfelt. Eksternt manifesterer paramagneter sig gennem tiltrækning inhomogent magnetfelt… Disse omfatter aluminium, platin, nikkel og andre materialer.
Ferromagneter kaldes materialer, hvor deres eget (indre) magnetfelt kan være hundreder og tusinder af gange højere end det eksterne magnetfelt, der forårsagede det.
Hvert ferromagnetisk legeme er opdelt i områder - små områder med spontan (spontan) magnetisering. I fravær af et eksternt magnetfelt falder retningerne af de magnetiserende vektorer i forskellige regioner ikke sammen, og den resulterende magnetisering af hele kroppen kan være nul.
Der er tre typer ferromagnetiske magnetiseringsprocesser:
1. Processen med reversibel forskydning af magnetiske domæner. I dette tilfælde er der en forskydning af grænserne for regionerne orienteret tættest på retningen af det ydre felt. Når feltet fjernes, skifter domænerne i den modsatte retning. Området med reversibel domæneforskydning er placeret ved den indledende del af magnetiseringskurven.
2. Processen med irreversibel forskydning af magnetiske domæner. I dette tilfælde fjernes forskydningen af grænserne mellem magnetiske domæner ikke med faldende magnetfelt. Domænernes indledende positioner kan opnås i magnetiseringsprocessen.
Irreversibel forskydning af domænegrænser fører til fremkomsten magnetisk hysterese — forsinkelsen af magnetisk induktion fra feltstyrke.
3. Domænerotationsprocesser. I dette tilfælde fører færdiggørelsen af forskydningsprocesserne af domænegrænserne til teknisk mætning af materialet.I mætningsområdet roterer alle områder i feltets retning. Hysteresesløjfen, der når mætningsområdet, kaldes grænsen.
Det begrænsende hysteresekredsløb har følgende karakteristika: Bmax — mætningsinduktion; Br — resterende induktion; Hc — retarderende (tvangs-) kraft.
Materialer med lave Hc-værdier (smal hysteresecyklus) og høje magnetisk permeabilitet kaldes blød magnetisk.
Materialer med høje værdier af Hc (wide hysteresis loop) og lav magnetisk permeabilitet kaldes magnetisk hårde materialer.
Under magnetisering af en ferromagnet i vekslende magnetiske felter observeres der altid termiske energitab, det vil sige, at materialet opvarmes. Disse tab skyldes hysterese og hvirvelstrømstab… Hysteresetabet er proportionalt med arealet af hysteresesløjfen. Hvirvelstrømstab afhænger af ferromagnetens elektriske modstand. Jo højere modstand, jo lavere tab af hvirvelstrøm.
Magnetisk bløde og magnetisk hårde materialer
Bløde magnetiske materialer omfatter:
1. Teknisk rent jern (elektrisk lavkulstofstål).
2. Elektrotekniske siliciumstål.
3. Jern-nikkel og jern-kobolt legeringer.
4. Bløde magnetiske ferritter.
De magnetiske egenskaber af lavkulstofstål (teknisk rent jern) afhænger af indholdet af urenheder, forvrængning af krystalgitteret på grund af deformation, kornstørrelse og varmebehandling. På grund af dets lave resistivitet bruges kommercielt rent jern ret sjældent i elektroteknik, hovedsageligt til DC magnetiske fluxkredsløb.
Elektroteknisk siliciumstål er det vigtigste magnetiske materiale til masseforbrug. Det er en jern-silicium legering. Legering med silicium giver dig mulighed for at reducere tvangskraften og øge modstanden, det vil sige reducere hvirvelstrømstab.
Elektrisk stålplade, der leveres i individuelle plader eller spoler, og båndstål, der kun leveres i spoler, er halvfabrikata beregnet til fremstilling af magnetiske kredsløb (kerne).
Magnetiske kerner er dannet enten af individuelle plader opnået ved stempling eller skæring, eller ved vikling af strimler.
De kaldes nikkel-jern permaloid legeringer... De har en stor initial magnetisk permeabilitet i området med svage magnetfelter. Permalloy bruges til kerner af små krafttransformatorer, drosler og relæer.
Ferritter er magnetisk keramik med en høj modstand, 1010 gange højere end jerns. Ferritter bruges i højfrekvente kredsløb, fordi deres magnetiske permeabilitet praktisk talt ikke falder med stigende frekvens.
Ulemperne ved ferriter er deres lave mætningsinduktion og lave mekaniske styrke. Derfor er ferriter almindeligt anvendt i lavspændingselektronik.
Magnetisk hårde materialer omfatter:
1. Støbte magnetisk hårde materialer baseret på Fe-Ni-Al legeringer.
2. Pulverformede faste magnetiske materialer opnået ved presning af pulvere med efterfølgende varmebehandling.
3. Hårde magnetiske ferritter. Magnetisk hårde materialer er materialer til permanente magneterbruges i elektriske motorer og andre elektriske enheder, der kræver et permanent magnetfelt.