Classificatie en basiskenmerken van magnetische materialen
Alle stoffen in de natuur zijn magnetisch in de zin dat ze bepaalde magnetische eigenschappen hebben en op een bepaalde manier interageren met een extern magnetisch veld.
De materialen die in de technologie worden gebruikt, worden magnetisch genoemd, rekening houdend met hun magnetische eigenschappen. De magnetische eigenschappen van de stof zijn afhankelijk van de magnetische eigenschappen van microdeeltjes, de structuur van atomen en moleculen.
Classificatie van magnetische materialen
Magnetische materialen zijn onderverdeeld in zwakmagnetisch en sterkmagnetisch.
Zwakmagnetisch zijn, zijn onder meer diamagneten en paramagneten.
Sterk magnetisch - ferromagneten, die op hun beurt magnetisch zacht en magnetisch hard kunnen zijn. Formeel kan het verschil in magnetische eigenschappen van materialen worden gekarakteriseerd door de relatieve magnetische permeabiliteit.
Diamagneten verwijzen naar materialen waarvan de atomen (ionen) geen resulterend magnetisch moment hebben. Extern manifesteren diamagneten zich doordat ze worden afgestoten door het magnetische veld. Deze omvatten zink, koper, goud, kwik en andere materialen.
Paramagneten worden materialen genoemd, waarvan de atomen (ionen) resulteren in een magnetisch moment onafhankelijk van het externe magnetische veld. Extern manifesteren paramagneten zich door aantrekking inhomogeen magnetisch veld… Denk hierbij aan aluminium, platina, nikkel en andere materialen.
Ferromagneten worden materialen genoemd waarin hun eigen (interne) magnetische veld honderden en duizenden keren hoger kan zijn dan het externe magnetische veld dat het veroorzaakte.
Elk ferromagnetisch lichaam is verdeeld in regio's - kleine gebieden van spontane (spontane) magnetisatie. Bij afwezigheid van een extern magnetisch veld vallen de richtingen van de magnetiserende vectoren van verschillende gebieden niet samen en kan de resulterende magnetisatie van het hele lichaam nul zijn.
Er zijn drie soorten ferromagnetische magnetisatieprocessen:
1. Het proces van omkeerbare verplaatsing van magnetische domeinen. In dit geval is er een verplaatsing van de grenzen van de gebieden die het dichtst bij de richting van het externe veld zijn georiënteerd. Wanneer het veld wordt verwijderd, verschuiven de domeinen in de tegenovergestelde richting. Het gebied van reversibele domeinverplaatsing bevindt zich in het eerste deel van de magnetisatiecurve.
2. Het proces van onomkeerbare verplaatsing van magnetische domeinen. In dit geval wordt de verplaatsing van de grenzen tussen magnetische domeinen niet verwijderd met afnemend magnetisch veld. De beginposities van de domeinen kunnen worden bereikt in het proces van magnetisatie-omkering.
Onomkeerbare verplaatsing van domeingrenzen leidt tot het uiterlijk magnetische hysterese — de vertraging van magnetische inductie van veld sterkte.
3. Domeinrotatieprocessen. In dit geval leidt de voltooiing van de verplaatsingsprocessen van de domeingrenzen tot technische verzadiging van het materiaal.In het verzadigingsgebied roteren alle gebieden in de richting van het veld. De hysteresislus die het verzadigingsgebied bereikt, wordt de grens genoemd.
Het beperkende hysteresiscircuit heeft de volgende kenmerken: Bmax — verzadigingsinductie; Br - resterende inductie; Hc - vertragende (dwingende) kracht.
Materialen met lage Hc-waarden (smalle hysteresiscyclus) en hoge magnetische permeabiliteit worden zachtmagnetisch genoemd.
Materialen met hoge waarden van Hc (wide hysteresis loop) en lage magnetische permeabiliteit worden magnetisch harde materialen genoemd.
Tijdens de magnetisatie van een ferromagneet in wisselende magnetische velden worden altijd thermische energieverliezen waargenomen, dat wil zeggen dat het materiaal opwarmt. Deze verliezen zijn te wijten aan hysteresis en wervelstroomverliezen… Het hysteresisverlies is evenredig met het oppervlak van de hysteresislus. Wervelstroomverliezen zijn afhankelijk van de elektrische weerstand van de ferromagneet. Hoe hoger de weerstand, hoe lager de wervelstroomverliezen.
Magnetisch zachte en magnetisch harde materialen
Zachte magnetische materialen zijn onder meer:
1. Technisch zuiver ijzer (elektrisch koolstofarm staal).
2. Elektrotechnisch siliciumstaal.
3. IJzer-nikkel- en ijzer-kobaltlegeringen.
4. Zachte magnetische ferrieten.
De magnetische eigenschappen van koolstofarm staal (technisch zuiver ijzer) zijn afhankelijk van het gehalte aan onzuiverheden, vervorming van het kristalrooster door vervorming, korrelgrootte en warmtebehandeling. Vanwege de lage soortelijke weerstand wordt commercieel zuiver ijzer vrij zelden gebruikt in de elektrotechniek, voornamelijk voor DC magnetische fluxcircuits.
Elektrotechnisch siliciumstaal is het belangrijkste magnetische materiaal voor massaconsumptie. Het is een ijzer-siliciumlegering. Door te legeren met silicium kunt u de dwangkracht verminderen en de weerstand verhogen, dat wil zeggen wervelstroomverliezen verminderen.
Elektrisch plaatstaal, geleverd in losse platen of rollen, en bandstaal, enkel geleverd in rollen, zijn halffabrikaten bestemd voor de fabricage van magnetische circuits (kern).
Magnetische kernen worden gevormd uit afzonderlijke platen die zijn verkregen door stampen of snijden, of door het opwikkelen van stroken.
Ze worden nikkel-ijzer permaloïde legeringen genoemd. Ze hebben een grote initiële magnetische permeabiliteit in het gebied van zwakke magnetische velden. Permalloy wordt gebruikt voor aders van kleine vermogenstransformatoren, smoorspoelen en relais.
Ferrieten zijn magnetisch keramiek met een hoge weerstand, 1010 keer hoger dan die van ijzer. Ferrieten worden gebruikt in hoogfrequente circuits omdat hun magnetische permeabiliteit praktisch niet afneemt met toenemende frequentie.
De nadelen van ferrieten zijn hun lage verzadigingsinductie en lage mechanische sterkte. Daarom worden ferrieten vaak gebruikt in laagspanningselektronica.
Magnetisch harde materialen zijn onder meer:
1. Gegoten magnetisch harde materialen op basis van Fe-Ni-Al legeringen.
2. Vaste magnetische materialen in poedervorm verkregen door persen van poeders met daaropvolgende warmtebehandeling.
3. Hardmagnetische ferrieten. Magnetisch harde materialen zijn dat wel materialen voor permanente magnetengebruikt in elektrische motoren en andere elektrische apparaten die een permanent magnetisch veld vereisen.