A mágneses anyagok osztályozása és alapvető jellemzői
A természetben minden anyag mágneses abban az értelemben, hogy bizonyos mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, és bizonyos módon kölcsönhatásba lép egy külső mágneses térrel.
A technológiában használt anyagokat mágneses tulajdonságaik figyelembevételével mágnesesnek nevezzük. Az anyag mágneses tulajdonságai a mikrorészecskék mágneses tulajdonságaitól, az atomok és molekulák szerkezetétől függenek.
A mágneses anyagok osztályozása
A mágneses anyagokat gyengén mágnesesre és erősen mágnesesre osztják.
A gyengén mágnesesnek minősülnek a diamágnesek és a paramágnesek.
Erős mágneses - ferromágnesek, amelyek viszont lehetnek mágnesesen lágyak és mágnesesen kemények. Formálisan az anyagok mágneses tulajdonságainak különbsége a relatív mágneses permeabilitással jellemezhető.
A diamágnesek olyan anyagokra utalnak, amelyek atomjainak (ionjainak) nincs eredő mágneses momentuma. Külsőleg a diamágnesek úgy nyilvánulnak meg, hogy a mágneses tér taszítja őket. Ezek közé tartozik a cink, réz, arany, higany és egyéb anyagok.
A paramágneseket olyan anyagoknak nevezzük, amelyek atomjai (ionjai) a külső mágneses tértől független mágneses momentumot eredményeznek. Külsőleg a paramágnesek a vonzás révén nyilvánulnak meg inhomogén mágneses tér… Ide tartozik az alumínium, platina, nikkel és egyéb anyagok.
A ferromágneseket olyan anyagoknak nevezzük, amelyekben saját (belső) mágneses tere több száz és ezerszer nagyobb lehet, mint az azt okozó külső mágneses tér.
Minden ferromágneses test régiókra van osztva - a spontán (spontán) mágnesezettség kis területeire. Külső mágneses tér hiányában a különböző régiók mágnesező vektorainak irányai nem esnek egybe, és az így létrejövő egész test mágnesezettsége nulla is lehet.
A ferromágneses mágnesezési folyamatoknak három típusa van:
1. A mágneses domének reverzibilis elmozdulásának folyamata. Ebben az esetben a külső mező irányához legközelebb eső régiók határai elmozdulnak. A mező eltávolításakor a tartományok az ellenkező irányba tolódnak el. A reverzibilis doméneltolódás tartománya a mágnesezési görbe kezdeti részén található.
2. A mágneses domének visszafordíthatatlan elmozdulásának folyamata. Ebben az esetben a mágneses tartományok közötti határok elmozdulása nem szűnik meg a mágneses tér csökkenésével. A domének kezdeti helyzetét a mágnesezés megfordítási folyamatában lehet elérni.
A tartományhatárok visszafordíthatatlan eltolódása a megjelenéshez vezet mágneses hiszterézis — a mágneses indukció késése térerősség.
3. Domain rotációs folyamatok. Ebben az esetben a tartományhatárok eltolási folyamatainak befejezése az anyag technikai telítettségéhez vezet.A telítettségi tartományban minden régió a mező irányába forog. A hiszterézis hurkot, amely eléri a telítési tartományt, határnak nevezzük.
A korlátozó hiszterézis áramkör a következő jellemzőkkel rendelkezik: Bmax – telítési indukció; Br – maradék indukció; Hc — késleltető (kényszerítő) erő.
Anyagok alacsony Hc értékkel (szűk hiszterézis ciklus) és magas mágneses permeabilitás lágymágnesesnek nevezik.
A magas Hc (széles hiszterézis hurok) értékű és alacsony mágneses permeabilitással rendelkező anyagokat mágnesesen kemény anyagoknak nevezzük.
A ferromágnes váltakozó mágneses térben történő mágnesezésekor mindig hőenergia veszteség figyelhető meg, vagyis az anyag felmelegszik. Ezek a veszteségek a hiszterézis és örvényáram veszteségek… A hiszterézis veszteség arányos a hiszterézis hurok területével. Az örvényáram veszteségei a ferromágnes elektromos ellenállásától függenek. Minél nagyobb az ellenállás, annál kisebbek az örvényáram-veszteségek.
Mágnesesen lágy és mágnesesen kemény anyagok
A lágy mágneses anyagok a következők:
1. Műszakilag tiszta vas (elektromos alacsony széntartalmú acél).
2. Elektrotechnikai szilícium acélok.
3. Vas-nikkel és vas-kobalt ötvözetek.
4. Lágy mágneses ferritek.
Az alacsony széntartalmú acél (műszakilag tiszta vas) mágneses tulajdonságai a szennyeződésektől, a kristályrács deformáció miatti torzulásától, szemcsemérettől és hőkezeléstől függenek. Alacsony ellenállása miatt a kereskedelemben kapható tiszta vasat meglehetősen ritkán használják az elektrotechnikában, főleg egyenáramú mágneses fluxus áramkörökben.
Az elektrotechnikai szilícium acél a tömegfogyasztás fő mágneses anyaga. Ez egy vas-szilícium ötvözet. A szilíciummal való ötvözés lehetővé teszi a kényszerítő erő csökkentését és az ellenállás növelését, azaz csökkenti az örvényáram veszteségeit.
Az egyes lapokban vagy tekercsekben szállított elektromos acéllemez és a csak tekercsben szállított szalagacél mágneses áramkörök (mag) gyártására szánt félkész termékek.
A mágneses magokat vagy bélyegzéssel vagy vágással nyert egyedi lemezekből, vagy szalagokból tekercselve alakítják ki.
Ezeket nikkel-vas permaloid ötvözeteknek nevezik... Nagy kezdeti mágneses permeabilitásuk van a gyenge mágneses terek tartományában. A Permalloyt kis teljesítménytranszformátorok, fojtótekercsek és relék magjaihoz használják.
A ferritek mágneses kerámiák, amelyek ellenállása 1010-szer nagyobb, mint a vasé. A ferriteket nagyfrekvenciás áramkörökben használják, mert mágneses permeabilitása gyakorlatilag nem csökken a frekvencia növekedésével.
A ferritek hátránya az alacsony telítési indukció és az alacsony mechanikai szilárdság. Ezért a ferriteket gyakran használják az alacsony feszültségű elektronikában.
A mágnesesen kemény anyagok a következők:
1. Öntött mágnesesen kemény anyagok Fe-Ni-Al ötvözetek alapján.
2. Por alakú szilárd mágneses anyagok, amelyeket porok sajtolásával és utólagos hőkezeléssel nyernek.
3. Kemény mágneses ferritek. Mágnesesen kemény anyagok anyagok állandó mágnesekhezvillanymotorokban és egyéb állandó mágneses teret igénylő elektromos berendezésekben használják.