Magnetinių medžiagų klasifikacija ir pagrindinės charakteristikos

Visos gamtoje esančios medžiagos yra magnetinės ta prasme, kad turi tam tikrų magnetinių savybių ir tam tikru būdu sąveikauja su išoriniu magnetiniu lauku.

Technologijoje naudojamos medžiagos, atsižvelgiant į jų magnetines savybes, vadinamos magnetinėmis. Medžiagos magnetinės savybės priklauso nuo mikrodalelių magnetinių savybių, atomų ir molekulių sandaros.

Magnetinių medžiagų klasifikacija

Magnetinės medžiagos skirstomos į silpnai magnetines ir stipriai magnetines.

Silpnai magnetiniai yra diamagnetai ir paramagnetai.

Stiprus magnetas – feromagnetai, kurie savo ruožtu gali būti magnetiškai minkšti ir magnetiškai kieti. Formaliai medžiagų magnetinių savybių skirtumą galima apibūdinti santykiniu magnetiniu pralaidumu.

Diamagnetai reiškia medžiagas, kurių atomai (jonai) neturi magnetinio momento. Išoriškai diamagnetai pasireiškia tuo, kad juos atstumia magnetinis laukas. Tai cinkas, varis, auksas, gyvsidabris ir kitos medžiagos.

Paramagnetais vadinamos medžiagos, kurių atomai (jonai) sukelia nuo išorinio magnetinio lauko nepriklausomą magnetinį momentą. Išoriškai paramagnetai pasireiškia per trauką nehomogeninis magnetinis laukas… Tai apima aliuminį, platiną, nikelį ir kitas medžiagas.

Feromagnetais vadinamos medžiagos, kuriose jų pačių (vidinis) magnetinis laukas gali būti šimtus ir tūkstančius kartų didesnis už jį sukėlusį išorinį magnetinį lauką.

Kiekvienas feromagnetinis kūnas yra padalintas į sritis - mažas spontaniško (spontaniško) įmagnetinimo sritis. Nesant išorinio magnetinio lauko, skirtingų sričių įmagnetinimo vektorių kryptys nesutampa, todėl viso kūno įmagnetinimas gali būti lygus nuliui.

Yra trys feromagnetinio įmagnetinimo procesų tipai:

1. Magnetinių sričių grįžtamojo poslinkio procesas. Šiuo atveju yra arčiausiai išorinio lauko krypties orientuotų regionų ribų poslinkis. Kai laukas pašalinamas, domenai pasislenka priešinga kryptimi. Grįžtamojo domeno poslinkio sritis yra pradinėje įmagnetinimo kreivės dalyje.

2. Magnetinių sričių negrįžtamo poslinkio procesas. Šiuo atveju ribų poslinkis tarp magnetinių domenų nepašalinamas mažėjant magnetiniam laukui. Pradinė domenų padėtis gali būti pasiekta įmagnetinimo apsisukimo procese.

Negrįžtamas domeno ribų poslinkis sukelia išvaizdą magnetinė histerezė — magnetinės indukcijos atsilikimas nuo lauko stiprumas.

3. Domeno rotacijos procesai. Šiuo atveju domeno ribų poslinkio procesų užbaigimas lemia techninį medžiagos prisotinimą.Prisotinimo srityje visi regionai sukasi lauko kryptimi. Histerezės kilpa, pasiekianti prisotinimo sritį, vadinama riba.

Ribojančioji histerezės grandinė turi šias charakteristikas: Bmax — soties indukcija; Br — liekamoji indukcija; Hc — stabdanti (prievartinė) jėga.

Medžiagos, kurių Hc reikšmės mažos (siauras histerezės ciklas) ir didelės magnetinis pralaidumas vadinami minkštaisiais magnetais.

Medžiagos, turinčios dideles Hc (plati histerezės kilpa) ir mažą magnetinį laidumą, vadinamos magnetiškai kietomis medžiagomis.

Įmagnetinant feromagnetą kintamuose magnetiniuose laukuose, visada stebimi šiluminės energijos nuostoliai, tai yra, medžiaga įkaista. Šie nuostoliai atsiranda dėl histerezės ir sūkurinių srovių nuostoliai... Histerezės praradimas yra proporcingas histerezės kilpos plotui. Sūkurinės srovės nuostoliai priklauso nuo feromagneto elektrinės varžos. Kuo didesnė varža, tuo mažesni sūkurinės srovės nuostoliai.

Magnetiškai minkštos ir magnetiškai kietos medžiagos

Minkštos magnetinės medžiagos apima:

1. Techniškai gryna geležis (elektrinis mažai anglies turintis plienas).

2. Elektrotechniniai silicio plienai.

3. Geležies-nikelio ir geležies-kobalto lydiniai.

4. Minkštieji magnetiniai feritai.

Mažai anglies turinčio plieno (techniškai grynos geležies) magnetinės savybės priklauso nuo priemaišų kiekio, kristalinės gardelės iškraipymo dėl deformacijos, grūdelių dydžio ir terminio apdorojimo. Dėl mažos varžos komerciškai gryna geležis elektros inžinerijoje naudojama gana retai, daugiausia nuolatinės srovės magnetinio srauto grandinėse.

Elektrotechninis silicio plienas yra pagrindinė masinio vartojimo magnetinė medžiaga. Tai geležies ir silicio lydinys. Legiravimas su siliciu leidžia sumažinti priverstinę jėgą ir padidinti atsparumą, tai yra sumažinti sūkurinių srovių nuostolius.

Lakštinis elektrotechninis plienas, tiekiamas atskirais lakštais arba ritėmis, ir juostinis plienas, tiekiamas tik ritiniais, yra pusgaminiai, skirti magnetinėms grandinėms (šerdims) gaminti.

Magnetinės šerdys formuojamos arba iš atskirų plokščių, gautų štampuojant ar pjaustant, arba vyniojant iš juostelių.

Jie vadinami nikelio-geležies permaloidiniais lydiniais... Jie turi didelį pradinį magnetinį pralaidumą silpnų magnetinių laukų srityje. Permalloy naudojamas mažų galios transformatorių, droselių ir relių šerdims.

Feritai yra magnetinė keramika, kurios atsparumas yra 1010 kartų didesnis nei geležies. Feritai naudojami aukšto dažnio grandinėse, nes didėjant dažniui jų magnetinis pralaidumas praktiškai nemažėja.

Feritų trūkumai yra maža jų prisotinimo indukcija ir mažas mechaninis stiprumas. Todėl feritai dažniausiai naudojami žemos įtampos elektronikoje.

Magnetiškai kietos medžiagos apima:

1. Liejamos magnetiškai kietos medžiagos Fe-Ni-Al lydinių pagrindu.

2. Miltelių pavidalo kietos magnetinės medžiagos, gaunamos presuojant miltelius ir vėliau termiškai apdorojant.

3. Kietieji magnetiniai feritai. Magnetiškai kietos medžiagos yra Medžiagos nuolatiniams magnetamsnaudojami elektros varikliuose ir kituose elektros įrenginiuose, kuriems reikalingas nuolatinis magnetinis laukas.