Въведение
Експериментите показват, че всяко вещество може да бъде намагнетизирано повече или по-малко във външно магнитно поле, но степента на намагнитване е различна. Според характеристиките на веществата във външно магнитно поле, веществата могат да бъдат разделени на пет категории: парамагнитни вещества, диамагнитни вещества, феромагнитни вещества, феримагнитни вещества и диамагнитни вещества.
Според хипотезата за молекулярния ток материята трябва да показва приблизително подобни свойства в магнитно поле, но това ни казва, че свойствата на материята във външно магнитно поле са много различни. Това отразява ограниченията на хипотезата за молекулярния ток. Всъщност има разлики в микроструктурата на различните вещества и тази разлика в структурата на веществото е причината за разликата в магнитните свойства на веществото.
Наричаме парамагнитни и диамагнитни материали като слабо магнитни материали, а феромагнитните материали като силно магнитни материали.
Най-общо казано, магнитните материали се отнасят до феромагнитни материали. Магнитните материали могат да бъдат разделени на меки магнитни материали и твърди магнитни материали според трудността на размагнитването след намагнитване. Материалът, който лесно се демагнетизира след намагнитване, се нарича мек магнитен материал, а материалът, който не е лесен за демагнетизиране, се нарича твърд магнитен материал. Най-общо казано, остатъкът на меките магнитни материали е малък, а остатъкът на твърдите магнитни материали е по-голям.
Основни характеристики
1. Крива на намагнитване на магнитни материали
Магнитните материали са съставени от феромагнитни материали или феримагнитни материали, които се прилагат към магнитното поле H По-долу трябва да има съответен интензитет на намагнитване M или интензитет на магнитна индукция B, тяхната крива на промяна с интензитета на магнитното поле H се нарича крива на намагнитване (крива M～H или B～H). Най-общо казано, кривата на намагнитване е нелинейна и има две характеристики: магнитно насищане и хистерезис. Тоест, когато интензитетът на магнитното поле H е достатъчно голям, намагнитването M достига определена стойност на насищане Ms и продължава да нараства H, а Ms остава непроменена; и когато стойността M на материала достигне насищане, външното магнитно поле H намалява до нула, M и It не се връщат до нула, а се променят по кривата MsMr. Работното състояние на материала е еквивалентно на определена точка от кривата M～H или кривата B～H и тази точка често се нарича работна точка.
2. Общи параметри на магнитни характеристики на меките магнитни материали
Интензитет на магнитната индукция на насищане Bs: Големината му зависи от състава на материала и съответното му физическо състояние е подреденото подреждане на векторите на намагнитване вътре в материала.
Остатъчна магнитна индукция Br: е характерният параметър на хистерезисната верига, стойността на B, когато H се връща на 0.
Правоъгълно съотношение: Br/Bs
Коерцитивност Hc: Това е количеството, което показва трудността на намагнитването на материала, което зависи от състава и дефектите на материала (примеси, напрежение и др.).
Пропускливост μ: е съотношението на B към H, съответстващо на която и да е точка от хистерезисната верига, което е тясно свързано с работното състояние на устройството.
Начална пропускливост μi, максимална пропускливост μm, диференциална пропускливост μd, амплитудна пропускливост μa, ефективна пропускливост μe, импулсна пропускливост μp.
Температура на Кюри Tc: Намагнитването на феромагнитно вещество намалява с повишаване на температурата. При достигане на определена температура спонтанното намагнитване изчезва и преминава в парамагнетизъм. Критичната температура е температурата на Кюри. Той определя горната граница на температурата на магнитното устройство.
Загуба P: загуба на хистерезис Ph и загуба на вихров ток Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 /, ρ е намалена, начинът за намаляване на загубата на хистерезис Ph е да се намали принудителната сила Hc; Методът за намаляване на загубата на вихров ток Pe е да се намали дебелината t на магнитния материал и да се увеличи съпротивлението ρ на материала. Връзката между загубата на магнитната сърцевина и повишаването на температурата на магнитната сърцевина в свободен неподвижен въздух е: общо разсейване на мощността (mW)/повърхностна площ (cm2)
3. Преобразуване между магнитните параметри на мекия магнитен материал и електрическите параметри на устройството
Когато проектирате мекото магнитно устройство, първо трябва да се определят характеристиките напрежение-ток на устройството в съответствие с изискванията на веригата. Характеристиките напрежение-ток на устройството са тясно свързани с геометрията и състоянието на намагнитване на магнитното ядро. Дизайнерът трябва да е запознат с процеса на намагнитване на материала и да овладее връзката на преобразуване между магнитните параметри на материала и електрическите параметри на устройството. Проектирането на меки магнитни устройства обикновено включва три стъпки: правилен избор на магнитни материали; разумно определяне на геометричната форма и размер на магнитното ядро; според изискванията на магнитните параметри, симулирайте работното състояние на магнитното ядро, за да получите съответните електрически параметри.
Кратка история
Китай е първата страна в света, която открива материалния магнетизъм и прилага магнитни материали. Има записи за естествени магнитни материали (като магнетит) още от периода на Воюващите държави. Методът за производство на изкуствени материали с постоянен магнит е изобретен през 11 век. През 1086 г. "Mengxi Bi Tan" записва направата и използването на компаса. От 1099 до 1102 г. има описание на компаса, използван за навигация, а също така е открит феноменът на геомагнитната деклинация. В съвременните времена развитието на енергийната индустрия насърчи развитието на метални магнитни материали - листове от силициева стомана (Si-Fe сплави). Металите с постоянен магнит се развиват от въглеродна стомана през 19-ти век до по-късно редкоземни сплави с постоянен магнит и тяхната производителност се подобрява повече от 200 пъти. С развитието на комуникационните технологии, меките магнитни метални материали се промениха от люспи до нишки и след това до прахове, които все още не могат да отговорят на изискванията за разширяване на честотата. През 40-те години на миналия век холандецът J.L. Snowyk изобретява феритни меки магнитни материали с високо съпротивление и добри високочестотни характеристики и след това се появяват евтини постоянни ферити. В началото на 50-те години на миналия век, с развитието на електронните компютри, американецът от китайски произход Уанг Ан за първи път използва правоъгълни компоненти от магнитна сплав като вътрешна памет на компютъра и скоро беше заменен от правоъгълни магнитни феритни ядра на паметта. Развитието изигра важна роля. В началото на 50-те години на миналия век беше открито, че феритът има уникални микровълнови характеристики и бяха направени серия от микровълнови феритни устройства. Пиезомагнитните материали са били използвани в сонарната технология по време на Първата световна война, но поради появата на пиезоелектрична керамика, употребата е намалена. По-късно се появи рядкоземна сплав със силно налягане и магнетизъм. Аморфните (аморфни) магнитни материали са резултат от съвременните магнитни изследвания. След изобретяването на технологията за бързо закаляване, процесът на производство на лента е решен през 1967 г., което е положителен преход към практическа употреба.
Класификация
Магнитните материали имат магнитно подредени феромагнитни материали и като цяло включват слабо магнитни и антиферомагнитни материали, които могат да прилагат своя магнетизъм и магнитни ефекти. Магнетизмът е основно свойство на материята. Веществата могат да бъдат разделени на диамагнитни, парамагнитни, феромагнитни, антиферомагнитни и феримагнитни вещества според тяхната вътрешна структура и техните свойства във външното магнитно поле. Феромагнитните и феримагнитните материали са силно магнитни материали, докато диамагнитните и парамагнитните материали са слабо магнитни материали. Магнитните материали се делят на метални и неметални според техните свойства. Първият включва главно електротехническа стомана, сплави на основата на никел и редкоземни сплави, докато вторият е главно феритни материали. Според употребата се разделя на меки магнитни материали, постоянни магнитни материали и функционални магнитни материали. Функционалните магнитни материали включват главно магнитострикционни материали, магнитни записващи материали, магнитосъпротивителни материали, магнитни мехурчета, магнитооптични материали, жиромагнитни материали и магнитни тънкослойни материали. Кривата на намагнитване и хистерезисната верига отразяват основните магнитни свойства на магнитните материали. И магнитна загуба.
Материал с постоянен магнит
След като бъде намагнетизиран от външно магнитно поле, дори под действието на значително обратно магнитно поле, той все още може да поддържа част или по-голямата част от първоначалната посока на намагнитване. Изискванията за този тип материал са висок интензитет на остатъчната магнитна индукция Br, висока коерцитивност BHC (т.е. способност за антидемагнетизиране) и магнитен енергиен продукт (B< /i>H) (т.е. енергията на магнитното поле, предоставена на пространството) е голяма. В сравнение с меките магнитни материали, той се нарича още твърди магнитни материали. Има три вида материали с постоянен магнит: сплави, ферити и интерметални съединения. ①Сплави: включително сплави за леене, синтероване и обработваеми сплави. Основните разновидности на леярските сплави са: AlNi (Co), FeCr (Co), FeCrMo, FeAlC, FeCo (V) (W); синтерованите сплави са: Re-Co (Re означава редкоземни елементи), Re-Fe и AlNi (Co)), FeCrCo и др.; Обработваемите сплави включват: FeCrCo, PtCo, MnAlC, CuNiFe и AlMnAg и др. Последните две са известни също като полупостоянни материали с по-нисък BHC. ②Ферити: основният компонент е MO·6Fe2O3, а M представлява Ba, Sr, Pb или SrCa, LaCa и други композитни компоненти. ③Интерметални съединения: представени главно от MnBi.
Постоянните магнитни материали имат много приложения. ①Основните приложения, базирани на принципа на електромагнитната сила, са: високоговорители, микрофони, измервателни уреди, бутони, двигатели, релета, сензори, превключватели и т.н. тръби, кинескопи, титанови помпи, микровълнови феритни устройства, магниторезистивни устройства, устройства на Хол и др. ③Приложенията, базирани на принципа на магнитната сила, включват главно: магнитни лагери, концентратори, магнитни сепаратори, магнитни вендузи, магнитни уплътнения, магнитни черни дъски, играчки , знаци, ключалки с парола, фотокопирни машини, термометри и др. Други приложения включват: магнитна терапия, магнетизирана вода, магнитна анестезия и др.
Според нуждите на употреба материалите с постоянен магнит могат да имат различни структури и форми. Някои материали се различават между изотропия и анизотропия.
Мек магнитен материал
Основната му функция е преобразуването и предаването на магнитна и електромагнитна енергия. Следователно за този тип материал са необходими висока пропускливост и магнитна индукция, а площта на хистерезисната верига или магнитната загуба трябва да бъде малка. Противно на постоянните магнитни материали, колкото по-малки са Br и BHC, толкова по-добре, но колкото по-голяма е плътността на магнитния поток на насищане Bs, толкова по-добре.
Вид мек магнитен материал - ядро от желязо на прах
Меките магнитни материали могат грубо да се разделят на четири категории. ① Тънка лента или лист от легирана сплав: FeNi (Mo), FeSi, FeAl и др. легиращи елементи, известни още като магнитно стъкло. ③Магнитна среда (ядро от желязо на прах): FeNi (Mo), FeSiAl, карбонилно желязо, ферит и други прахообразни материали, които са покрити и свързани с електрическа изолационна среда и след това се пресоват във форма, както се изисква. ④Ферит: включително тип шпинел ──MO·Fe2O3 (M означава NiZn, MnZn, MgZn, Li1/2Fe1/2Zn, CaZn и т.н.), тип магнитоплумбит ──Ba3Me2Fe24O41 (Me означава Co, Ni, Mg, Zn, Cu и техните съставни компоненти). Меките магнитни материали се използват широко, главно за високочестотно ускоряване на магнитни антени, индуктори, трансформатори, магнитни глави, слушалки, релета, вибратори, телевизионни отклоняващи хомутове, кабели, линии за забавяне, сензори, материали, поглъщащи микровълни, електромагнити и ускорители. , сонда за магнитно поле, магнитен субстрат, екраниране на магнитно поле, високочестотно натрупване на енергия за охлаждане, електромагнитен патронник, магнитно чувствителен елемент (като магнитно-калоричен материал като превключвател) и др.
Моментен магнитен имагнитен записващ материал
Използва се главно за запис на информация, безконтактен превключвател, логическа работа и усилване на информацията. Характерното за този материал е, че хистерезисната верига е правоъгълна.
Жиромагнитен материал
Той има уникален микровълнов магнетизъм, като тензорна характеристика на пропускливостта, въртене на Фарадей, резонансно поглъщане, изместване на полето, изместване на фазата, двойно пречупване и спинова вълна и др. Ефект. Устройствата, проектирани по този начин, се използват главно за предаване и преобразуване на микровълнова енергия. Често използвани са изолатори, циркулационни помпи, филтри (фиксирани или ESC), атенюатори, фазови превключватели, модулатори, превключватели, ограничители и линии за закъснение и т.н., все още има разработване на повърхностни магнитни вълни и магнитостатични вълнови устройства (вижте микровълнови феритни устройства). Често използваните материали са образували серии, включително серия Ni, серия Mg, серия Li, серия YlG, серия BiCaV и други феритни материали; и могат да бъдат направени в различни структури като монокристален, поликристален, аморфен или тънък филм според нуждите на устройството и формата.
Пиезомагнитни материали
Този тип материал се характеризира с механична деформация под действието на външно магнитно поле, така че се нарича още магнитострикционен материал. Неговата функция е да действа като магнито-акустична или магнитна сила. Преобразуване на енергия. Обикновено се използва във вибриращата глава на ултразвукови генератори, механични филтри на комуникационни машини и линии за забавяне на електрически импулсен сигнал и др. Може да се комбинира с микровълнова технология за създаване на микроакустични (или ротационни акустични) устройства. Поради високата механична якост на материала на сплавта, устойчивостта на вибрации и липсата на експлозия, вибриращата глава използва най-вече сплави от серия Ni и NiCo; за използване при малки сигнали се използват най-вече ферити от серията Ni и NiCo. Нов тип аморфна сплав с по-силен пиезомагнетизъм е подходящ за направата на линии за забавяне. Производството и приложението на пиезомагнитни материали е много по-малко от предишните четири материала.
Приложение на магнитни материали-трансформатори
Магнитните материали са широко използвани материали в производството, бита и националната отбранителна наука и технологии. Като например производството на различни двигатели и трансформатори в енергетиката, различни магнитни компоненти и микровълнови тръби в електронните технологии, филтри и усилватели в комуникационните технологии, магнитни мини, електромагнитни пушки и различни домакински уреди в технологиите за национална отбрана и др. В допълнение, магнитните материали също са широко използвани в геоложки и минерални проучвания, изследване на океана и нови технологии в областта на информацията, енергията, биологията и космоса. Магнитните материали имат широк спектър от приложения. Използвайте главно неговите различни магнитни свойства и специални ефекти, за да направите компоненти или устройства; използвани за съхраняване, предаване и преобразуване на електромагнитна енергия и информация или генериране на определен интензитет и разпределение на магнитни полета в определено пространство; понякога директно в естествената форма на използване на материала (като магнитна течност). Магнитните материали играят важна роля в областта на електронните технологии и други области на науката и технологиите.
Характеристики на магнитните материали
Материалите с феромагнитни свойства имат следните характеристики:
①Дори и да няма външно магнитно поле, във всяка малка област (магнитен домейн) все още има постоянен магнитен момент вътре. Въпреки това, когато няма външно магнитно поле в немагнетизиран магнитен материал, посоката на магнитния момент на всеки магнитен домейн е произволно разпределена и неговата векторна сума е нула, така че материалът като цяло няма магнетизъм.
②Лесен за магнетизиране. Това е така, защото под действието на външно магнитно поле посоката на магнитния момент на всеки магнитен домен се опитва да се обърне към посоката на магнитното поле, така че може да се получи голям интензитет на магнитна индукция B. Съгласно формулата B=μrB0 (B0 е интензитетът на магнитната индукция във вакуум), относителната пропускливост на магнитния материал е μr е огромен. Всъщност μr на магнитните материали достига 10-10, докато μr≈1 на немагнитните материали.
③Има феномен на магнитно насищане, т.е. B се увеличава с увеличаването на H, но след увеличаване до определена стойност Bs, вече няма да се увеличава с H. BS е плътността на магнитния поток на насищане на магнитния материал. Причината за феномена на насищане е, че магнитните моменти на всички магнитни домейни се обръщат към посоката на магнитното поле, след като H достигне определена стойност. Поради тази причина B и H не са линейни, така че пропускливостта не е постоянна, а е свързана със силата на магнитното поле.
④Има хистерезис. Тоест промяната на интензитета на магнитната индукция изостава от промяната на магнитното поле.