Podjela i osnovne karakteristike magnetskih materijala

Sve tvari u prirodi su magnetske u smislu da imaju određena magnetska svojstva i na određeni način djeluju s vanjskim magnetskim poljem.

Materijali koji se koriste u tehnologiji nazivaju se magnetskim, uzimajući u obzir njihova magnetska svojstva. Magnetska svojstva tvari ovise o magnetskim svojstvima mikročestica, strukturi atoma i molekula.

Klasifikacija magnetskih materijala

Magnetske materijale dijelimo na slabo magnetične i jako magnetične.

Slabo magnetični uključuju dijamagnete i paramagnete.

Jaki magnetici - feromagneti, koji pak mogu biti magnetski meki i magnetski tvrdi. Formalno, razlika u magnetskim svojstvima materijala može se karakterizirati relativnom magnetskom propusnošću.

Dijamagneti se odnose na materijale čiji atomi (ioni) nemaju rezultantni magnetski moment. Izvana, dijamagneti se manifestiraju odbijanjem magnetskog polja. To uključuje cink, bakar, zlato, živu i druge materijale.

Paramagnetima se nazivaju materijali čiji atomi (ioni) stvaraju magnetski moment neovisan o vanjskom magnetskom polju. Izvana, paramagneti se manifestiraju kroz privlačnost nehomogeno magnetsko polje… To uključuje aluminij, platinu, nikal i druge materijale.

Feromagnetima se nazivaju materijali kod kojih njihovo vlastito (unutarnje) magnetsko polje može biti stotinama i tisućama puta veće od vanjskog magnetskog polja koje ga je izazvalo.

Svako feromagnetsko tijelo podijeljeno je na regije — mala područja spontanog (spontanog) magnetiziranja. U nedostatku vanjskog magnetskog polja, smjerovi vektora magnetiziranja različitih područja se ne podudaraju, a rezultirajuća magnetizacija cijelog tijela može biti nula.

Postoje tri vrste procesa feromagnetskog magnetiziranja:

1. Proces reverzibilnog pomicanja magnetskih domena. U ovom slučaju dolazi do pomicanja granica regija orijentiranih najbliže smjeru vanjskog polja. Kada se polje ukloni, domene se pomiču u suprotnom smjeru. Područje pomaka reverzibilne domene nalazi se na početnom dijelu krivulje magnetizacije.

2. Proces ireverzibilnog pomicanja magnetskih domena. U ovom slučaju, pomicanje granica između magnetskih domena ne uklanja se smanjenjem magnetskog polja. Početni položaji domena mogu se postići u procesu preokreta magnetizacije.

Nepovratno pomicanje granica domene dovodi do pojave magnetska histereza — zaostajanje magnetske indukcije od jakost polja.

3. Procesi rotacije domena. U ovom slučaju, završetak procesa pomicanja granica domene dovodi do tehničkog zasićenja materijala.U području zasićenja sva područja rotiraju u smjeru polja. Petlja histereze koja doseže područje zasićenja naziva se granica.

Krug ograničavajuće histereze ima sljedeće karakteristike: Bmax — indukcija zasićenja; Br — rezidualna indukcija; Hc — usporavajuća (prisilna) sila.

Materijali s niskim Hc vrijednostima (uzak ciklus histereze) i visokim magnetska permeabilnost nazivaju mekim magnetima.

Materijali s visokim vrijednostima Hc (široka petlja histereze) i niskom magnetskom permeabilnošću nazivaju se magnetski tvrdim materijalima.

Tijekom magnetiziranja feromagneta u izmjeničnim magnetskim poljima uvijek dolazi do gubitaka toplinske energije, odnosno do zagrijavanja materijala. Ti su gubici posljedica histereze i gubici vrtložnih struja… Gubitak histereze proporcionalan je površini petlje histereze. Gubici vrtložnih struja ovise o električnom otporu feromagneta. Što je veći otpor, manji su gubici vrtložnih struja.

Magnetski meki i magnetski tvrdi materijali

Meki magnetski materijali uključuju:

1. Tehnički čisto željezo (električni niskougljični čelik).

2. Elektrotehnički silikonski čelici.

3. Legure željezo-nikal i željezo-kobalt.

4. Meki magnetski feriti.

Magnetska svojstva niskougljičnog čelika (tehnički čistog željeza) ovise o sadržaju nečistoća, iskrivljenju kristalne rešetke uslijed deformacije, veličini zrna i toplinskoj obradi. Zbog svog niskog otpora, komercijalno čisto željezo se vrlo rijetko koristi u elektrotehnici, uglavnom za krugove istosmjernog magnetskog toka.

Elektrotehnički silikonski čelik je glavni magnetski materijal za široku potrošnju. To je legura željeza i silicija. Legiranje silicijem omogućuje vam smanjenje prisilne sile i povećanje otpora, odnosno smanjenje gubitaka vrtložnih struja.

Elektrotehnički lim, koji se isporučuje u pojedinačnim listovima ili zavojnicama, i čelična traka, koji se isporučuje samo u zavojnicama, poluproizvodi su namijenjeni za izradu magnetskih krugova (jezgre).

Magnetske jezgre oblikuju se ili od pojedinačnih ploča dobivenih utiskivanjem ili rezanjem ili namotavanjem od traka.

Zovu se permaloidne legure nikal-željezo... Imaju veliku početnu magnetsku permeabilnost u području slabih magnetskih polja. Permalloy se koristi za jezgre malih energetskih transformatora, prigušnica i releja.

Feriti su magnetska keramika s visokim otporom, 1010 puta većim od otpora željeza. Feriti se koriste u visokofrekventnim krugovima jer njihova magnetska propusnost praktički ne opada s povećanjem frekvencije.

Nedostaci ferita su njihova niska indukcija zasićenja i mala mehanička čvrstoća. Stoga se feriti obično koriste u niskonaponskoj elektronici.

Magnetski tvrdi materijali uključuju:

1. Lijevani magnetski tvrdi materijali na bazi Fe-Ni-Al legura.

2. Praškasti čvrsti magnetski materijali dobiveni prešanjem praha uz naknadnu toplinsku obradu.

3. Tvrdi magnetski feriti. Magnetski tvrdi materijali su materijali za trajne magnetekoristi se u elektromotorima i drugim električnim uređajima koji zahtijevaju trajno magnetsko polje.