Hari ini, hampir mustahil untuk mencari industri teknikal yang tidak menggunakan bahan magnet keras dan magnet kekal. Ini adalah akustik, dan elektronik radio, dan komputer, dan peralatan pengukur, dan automasi, dan haba dan kuasa, dan kuasa elektrik, dan pembinaan, dan metalurgi, dan apa-apa jenis pengangkutan, dan pertanian, dan perubatan, dan pemprosesan bijih, dan malah di dapur semua orang ada ketuhar gelombang mikro, ia memanaskan pizza. Tidak mustahil untuk menghitung segala-galanya, bahan magnet menemani kita pada setiap langkah kehidupan kita. Dan semua produk dengan bantuan mereka berfungsi mengikut prinsip yang sama sekali berbeza: enjin dan penjana mempunyai fungsi mereka sendiri, dan peranti brek mempunyai fungsinya sendiri, pemisah melakukan satu perkara, dan pengesan kecacatan melakukan yang lain. Mungkin, tiada senarai lengkap peranti teknikal yang menggunakan bahan magnet keras, terdapat begitu banyak daripadanya.
Apakah itu sistem magnetik
Planet kita sendiri ialah sistem magnetik yang sangat baik. Semua yang lain dibina atas prinsip yang sama. Bahan magnet keras mempunyai sifat fungsi yang sangat pelbagai. Dalam katalog pembekal, tidak sia-sia bukan sahaja parameter mereka diberikan, tetapi juga sifat fizikal. Di samping itu, ia boleh menjadi bahan keras magnetik dan lembut secara magnetik. Sebagai contoh, ambil tomograf resonan, di mana sistem dengan medan magnet yang sangat seragam digunakan, dan bandingkan dengan pemisah, di mana medan itu tidak homogen secara mendadak. Prinsip yang agak berbeza! Sistem magnet telah dikuasai, di mana medan boleh dihidupkan dan dimatikan. Begitulah cara genggaman direka bentuk. Dan sesetengah sistem juga mengubah medan magnet di angkasa. Ini adalah klystron yang terkenal dan lampu gelombang perjalanan. Sifat bahan magnet yang lembut dan keras adalah benar-benar ajaib. Mereka seperti pemangkin, mereka hampir selalu bertindak sebagai perantara, tetapi tanpa kehilangan sedikit pun tenaga mereka sendiri, mereka mampu mengubah milik orang lain, mengubah satu spesies menjadi yang lain.
Sebagai contoh, impuls magnet ditukar kepada tenaga mekanikal dalam pengendalian gandingan, pemisah, dan seumpamanya. Tenaga mekanikal ditukar dengan bantuan magnet kepada tenaga elektrik, jika kita berurusan dengan mikrofon dan penjana. Dan sebaliknya berlaku! Dalam pembesar suara dan motor, magnet menukar elektrik kepada tenaga mekanikal, sebagai contoh. Dan bukan itu sahaja. Tenaga mekanikal juga boleh ditukar kepada tenaga haba, seperti juga sistem magnet dalam pengendalian ketuhar gelombang mikro atau dalam peranti brek. Mampubahan yang keras dan lembut secara magnetik dan pada kesan khas - dalam penderia Hall, dalam tomograf resonans magnetik, dalam komunikasi gelombang mikro. Anda boleh menulis artikel berasingan tentang kesan pemangkin pada proses kimia, cara medan magnet kecerunan dalam air mempengaruhi struktur ion, molekul protein dan gas terlarut.
Sihir dari zaman dahulu
Bahan semula jadi - magnetit - diketahui oleh manusia beberapa milenium yang lalu. Pada masa itu, semua sifat bahan magnet keras belum diketahui, dan oleh itu ia tidak digunakan dalam peranti teknikal. Dan belum ada peranti teknikal. Tiada siapa yang tahu cara membuat pengiraan untuk pengendalian sistem magnetik. Tetapi pengaruh pada objek biologi telah pun diperhatikan. Penggunaan bahan magnet keras pada mulanya digunakan semata-mata untuk tujuan perubatan, sehingga orang Cina mencipta kompas pada abad ketiga SM. Walau bagaimanapun, rawatan dengan magnet tidak berhenti sehingga hari ini, walaupun terdapat perbincangan berterusan tentang bahaya kaedah sedemikian. Penggunaan bahan magnet keras dalam perubatan di Amerika Syarikat, China, dan Jepun amat aktif. Dan di Rusia terdapat penganut kaedah alternatif, walaupun adalah mustahil untuk mengukur magnitud kesan pada badan atau tumbuhan dengan sebarang instrumen.
Tetapi kembali kepada sejarah. Di Asia Minor, berabad-abad yang lalu, bandar purba Magnesia telah wujud di tebing Meander yang mengalir penuh. Dan hari ini anda boleh melawat runtuhan yang indah di Turki. Di sanalah bijih besi magnet pertama ditemui, yang dinamakan sempenabandar-bandar. Dengan cepat, ia merebak ke seluruh dunia, dan orang Cina lima ribu tahun yang lalu, dengan bantuannya, mencipta peranti navigasi yang masih tidak mati. Kini manusia telah belajar menghasilkan magnet secara buatan pada skala perindustrian. Asas untuk mereka adalah pelbagai ferromagnet. Universiti Tartu mempunyai magnet semula jadi terbesar, mampu mengangkat kira-kira empat puluh kilogram, manakala beratnya hanya tiga belas. Serbuk hari ini diperbuat daripada kob alt, besi dan pelbagai bahan tambahan lain, ia menahan beban lima ribu kali ganda daripada beratnya.
Gelung histerisis
Terdapat dua jenis magnet buatan. Jenis pertama ialah pemalar, yang diperbuat daripada bahan magnet keras, sifatnya sama sekali tidak dikaitkan dengan sumber atau arus luaran. Jenis kedua ialah elektromagnet. Mereka mempunyai teras yang diperbuat daripada besi - bahan lembut magnet, dan arus melalui penggulungan teras ini, yang mewujudkan medan magnet. Sekarang kita perlu mempertimbangkan prinsip kerjanya. Mencirikan sifat magnet gelung histerisis untuk bahan magnet keras. Terdapat teknologi yang agak kompleks untuk pembuatan sistem magnetik, dan oleh itu maklumat diperlukan tentang kemagnetan, kebolehtelapan magnet, dan kehilangan tenaga apabila pembalikan magnetisasi berlaku. Jika perubahan dalam keamatan adalah kitaran, lengkung pengmagnetan semula (perubahan dalam aruhan) akan sentiasa kelihatan seperti lengkung tertutup. Ini ialah gelung histerisis. Jika medan lemah, maka gelung itu lebih seperti elips.
Apabila keteganganmedan magnet meningkat, satu siri gelung sedemikian diperolehi, tertutup antara satu sama lain. Dalam proses kemagnetan, semua vektor berorientasikan sepanjang, dan pada akhirnya, keadaan tepu teknikal akan datang, bahan akan dimagnetkan sepenuhnya. Gelung yang diperoleh semasa tepu dipanggil gelung had, ia menunjukkan nilai maksimum yang dicapai bagi induksi Bs (aruhan tepu). Apabila ketegangan berkurangan, induksi sisa kekal. Kawasan gelung histerisis dalam keadaan had dan pertengahan menunjukkan pelesapan tenaga, iaitu kehilangan histerisis. Ia bergantung terutamanya pada kekerapan pembalikan magnetisasi, sifat bahan dan dimensi geometri. Gelung histerisis pengehad boleh menentukan ciri berikut bagi bahan magnet keras: aruhan tepu Bs, aruhan sisa Bc dan daya paksaan Hc.
Lengkung kemagnetan
Lengkung ini adalah ciri yang paling penting, kerana ia menunjukkan pergantungan kemagnetan dan kekuatan medan luaran. Aruhan magnetik diukur dalam Tesla dan berkaitan dengan kemagnetan. Lengkung pensuisan adalah yang utama, ia adalah lokasi puncak pada gelung histerisis, yang diperoleh semasa pemagnetan semula kitaran. Ini mencerminkan perubahan induksi magnetik, yang bergantung kepada kekuatan medan. Apabila litar magnet ditutup, kekuatan medan yang dipantulkan dalam bentuk toroid adalah sama dengan kekuatan medan luaran. Jika litar magnet terbuka, kutub muncul di hujung magnet, yang mewujudkan penyahmagnetan. Perbezaan antaraketegangan ini menentukan ketegangan dalaman bahan.
Terdapat bahagian ciri pada lengkung utama yang menonjol apabila satu kristal feromagnet dimagnetkan. Bahagian pertama menunjukkan proses mengalihkan sempadan domain yang ditala dengan tidak baik, dan pada bahagian kedua, vektor magnetisasi beralih ke arah medan magnet luaran. Bahagian ketiga ialah paraprocess, peringkat akhir magnetisasi, di sini medan magnet adalah kuat dan terarah. Penggunaan bahan magnet lembut dan keras bergantung pada sebahagian besar ciri yang diperoleh daripada lengkung magnetisasi.
Kebolehtelapan dan kehilangan tenaga
Untuk mencirikan kelakuan bahan dalam medan ketegangan, adalah perlu untuk menggunakan konsep sedemikian sebagai kebolehtelapan magnet mutlak. Terdapat definisi impuls, pembezaan, maksimum, awal, kebolehtelapan magnet biasa. Relatif dikesan di sepanjang lengkung utama, jadi takrifan ini tidak digunakan - untuk kesederhanaan. Kebolehtelapan magnet dalam keadaan apabila H=0 dipanggil awal, dan ia boleh ditentukan hanya dalam medan lemah, sehingga lebih kurang 0.1 unit. Maksimum, sebaliknya, mencirikan kebolehtelapan magnet tertinggi. Nilai normal dan maksimum memberi peluang untuk memerhatikan perjalanan normal proses dalam setiap kes tertentu. Di kawasan tepu dalam medan kuat, kebolehtelapan magnet sentiasa cenderung kepada perpaduan. Semua nilai ini diperlukan untuk penggunaan magnet kerasbahan, sentiasa gunakannya.
Kehilangan tenaga semasa pembalikan magnetisasi tidak dapat dipulihkan. Elektrik dilepaskan dalam bahan sebagai haba, dan kehilangannya terdiri daripada kehilangan dinamik dan kehilangan histerisis. Yang terakhir diperoleh dengan menyesarkan dinding domain apabila proses magnetisasi baru bermula. Oleh kerana bahan magnet mempunyai struktur yang tidak homogen, tenaga semestinya dibelanjakan pada penjajaran dinding domain. Dan kerugian dinamik diperolehi berkaitan dengan arus pusar yang berlaku pada saat perubahan kekuatan dan arah medan magnet. Tenaga dilesapkan dengan cara yang sama. Dan kerugian akibat arus pusar melebihi kehilangan histerisis pada frekuensi tinggi. Juga, kerugian dinamik diperoleh kerana perubahan baki dalam keadaan medan magnet selepas keamatan telah berubah. Jumlah kerugian kesan selepas bergantung pada komposisi, pada rawatan haba bahan, mereka muncul terutamanya pada frekuensi tinggi. Kesan selepas itu ialah kelikatan magnetik, dan kehilangan ini sentiasa diambil kira jika feromagnet digunakan dalam mod berdenyut.
Pengkelasan bahan magnet keras
Istilah yang bercakap tentang kelembutan dan kekerasan tidak terpakai pada sifat mekanikal sama sekali. Banyak bahan keras sebenarnya lembut secara magnetik, dan dari sudut pandangan mekanikal, bahan lembut juga magnet yang agak keras. Proses kemagnetan dalam kedua-dua kumpulan bahan berlaku dengan cara yang sama. Mula-mula, sempadan domain dialihkan, kemudian putaran bermulake arah medan yang semakin bermagnet, dan akhirnya, proses paraproses bermula. Dan di sinilah perbezaannya. Keluk magnetisasi menunjukkan bahawa lebih mudah untuk memindahkan sempadan, kurang tenaga yang dibelanjakan, tetapi proses putaran dan paraproses lebih intensif tenaga. Bahan magnet lembut dimagnetkan dengan anjakan sempadan. Magnet keras - disebabkan oleh putaran dan paraproses.
Bentuk gelung histerisis adalah lebih kurang sama untuk kedua-dua kumpulan bahan, ketepuan dan aruhan baki juga hampir sama, tetapi perbezaannya wujud dalam daya paksaan, dan ia adalah sangat besar. Bahan magnet keras mempunyai Hc=800 kA-m, manakala bahan magnet lembut hanya mempunyai 0.4 A-m. Secara keseluruhan, perbezaannya adalah besar: 2106 kali. Itulah sebabnya, berdasarkan ciri-ciri ini, pembahagian sedemikian telah diterima pakai. Walaupun, ia mesti diakui bahawa ia agak bersyarat. Bahan magnet lembut boleh tepu walaupun dalam medan magnet yang lemah. Ia digunakan dalam medan frekuensi rendah. Contohnya, dalam peranti memori magnetik. Bahan magnet keras sukar untuk dimagnetkan, tetapi ia mengekalkan kemagnetan untuk masa yang sangat lama. Dari merekalah magnet kekal yang baik diperolehi. Bidang penggunaan bahan magnet keras adalah banyak dan luas, sebahagian daripadanya disenaraikan pada permulaan artikel. Terdapat satu lagi kumpulan - bahan magnetik untuk tujuan khas, skopnya sangat sempit.
Butiran kekerasan
Seperti yang telah disebutkan, bahan magnet keras mempunyai gelung histerisis yang luas dan daya paksaan yang besar, kebolehtelapan magnet yang rendah. Mereka dicirikan oleh tenaga magnet spesifik maksimum yang dikeluarkanangkasa lepas. Dan semakin "keras" bahan magnetik, semakin tinggi kekuatannya, semakin rendah kebolehtelapannya. Tenaga magnet khusus diberi peranan paling penting dalam menilai kualiti bahan. Magnet kekal secara praktikalnya tidak mengeluarkan tenaga ke angkasa lepas dengan litar magnet tertutup, kerana semua garis daya berada di dalam teras, dan tiada medan magnet di luarnya. Untuk memanfaatkan sepenuhnya tenaga magnet kekal, jurang udara dengan saiz dan konfigurasi yang ditentukan dengan ketat dibuat di dalam litar magnet tertutup.
Lama kelamaan, magnet "menjadi tua", fluks magnetnya berkurangan. Walau bagaimanapun, penuaan sedemikian boleh menjadi tidak dapat dipulihkan dan boleh diterbalikkan. Dalam kes kedua, punca penuaannya adalah kejutan, kejutan, turun naik suhu, medan luaran yang berterusan. Aruhan magnetik dikurangkan. Tetapi ia boleh dimagnetkan semula, sekali gus memulihkan sifatnya yang sangat baik. Tetapi jika magnet kekal telah mengalami sebarang perubahan struktur, pengmagnetan semula tidak akan membantu, penuaan tidak akan dihapuskan. Tetapi mereka berkhidmat untuk masa yang lama, dan tujuan bahan magnet keras adalah hebat. Contohnya ada di mana-mana. Ia bukan sekadar magnet kekal. Ini adalah bahan untuk menyimpan maklumat, untuk merakamnya - kedua-dua bunyi, dan digital, dan video. Tetapi perkara di atas hanyalah sebahagian kecil daripada penggunaan bahan magnet keras.
Bahan magnet keras tuang
Mengikut kaedah pengeluaran dan komposisi, bahan magnet keras boleh dituang, serbuk dan lain-lain. Mereka berasaskan aloi.besi, nikel, aluminium dan besi, nikel, kob alt. Gubahan ini adalah yang paling asas untuk mendapatkan magnet kekal. Mereka tergolong dalam ketepatan, kerana bilangan mereka ditentukan oleh faktor teknologi yang paling ketat. Bahan magnet keras tuangan diperoleh semasa pengerasan kerpasan aloi, di mana penyejukan berlaku pada kadar yang dikira daripada lebur hingga permulaan penguraian, yang berlaku dalam dua fasa.
Yang pertama - apabila komposisi hampir dengan besi tulen dengan sifat magnet yang jelas. Seolah-olah plat dengan ketebalan domain tunggal muncul. Dan fasa kedua adalah lebih dekat dengan sebatian antara logam dalam komposisi, di mana nikel dan aluminium mempunyai sifat magnet yang rendah. Ternyata sistem di mana fasa bukan magnet digabungkan dengan kemasukan magnet yang kuat dengan daya paksaan yang besar. Tetapi aloi ini tidak cukup baik dalam sifat magnetik. Yang paling biasa ialah komposisi lain, dialoi: besi, nikel, aluminium dan tembaga dengan kob alt untuk mengaloi. Aloi bebas kob alt mempunyai sifat magnet yang lebih rendah, tetapi ia jauh lebih murah.
Bahan magnet keras serbuk
Bahan serbuk digunakan untuk magnet kekal yang kecil tetapi kompleks. Mereka adalah logam-seramik, logam-plastik, oksida dan serbuk mikro. Cermet sangat baik. Dari segi sifat magnetik, ia agak lebih rendah daripada yang dilemparkan, tetapi agak lebih mahal daripada mereka. Magnet seramik-logam dibuat dengan menekan serbuk logam tanpa sebarang bahan pengikat dan mensinterkannya pada suhu yang sangat tinggi. Serbuk digunakandengan aloi yang diterangkan di atas, serta yang berasaskan platinum dan logam nadir bumi.
Dari segi kekuatan mekanikal, metalurgi serbuk adalah lebih baik daripada tuangan, tetapi sifat magnetik magnet logam-seramik masih agak lebih rendah daripada magnet tuangan. Magnet berasaskan platinum mempunyai nilai daya paksaan yang sangat tinggi, dan parameternya sangat stabil. Aloi dengan uranium dan logam nadir bumi mempunyai nilai rekod tenaga magnet maksimum: nilai had ialah 112 kJ setiap meter persegi. Aloi sedemikian diperolehi dengan menekan serbuk sejuk ke tahap ketumpatan tertinggi, kemudian briket disinter dengan kehadiran fasa cecair dan tuangan komposisi berbilang komponen. Adalah mustahil untuk mencampurkan komponen sehingga tahap sedemikian dengan pemutus mudah.
Bahan magnet keras lain
Bahan magnet keras juga termasuk yang mempunyai tujuan khusus. Ini adalah magnet anjal, aloi boleh ubah bentuk plastik, bahan untuk pembawa maklumat dan magnet cecair. Magnet boleh ubah bentuk mempunyai sifat plastik yang sangat baik, ia sesuai dengan apa-apa jenis pemprosesan mekanikal - pengecapan, pemotongan, pemesinan. Tetapi magnet ini mahal. Magnet Kunife yang diperbuat daripada tembaga, nikel dan besi adalah anisotropik, iaitu, ia dimagnetkan ke arah rolling, ia digunakan dalam bentuk setem dan wayar. Magnet Vikalloy yang diperbuat daripada kob alt dan vanadium dibuat dalam bentuk pita magnet berkekuatan tinggi, serta wayar. Komposisi ini bagus untuk magnet yang sangat kecil dengan konfigurasi yang paling kompleks.
Magnet anjal - pada tapak getah, di manaPengisi adalah serbuk halus daripada bahan magnet keras. Selalunya ia adalah barium ferit. Kaedah ini membolehkan anda mendapatkan produk dalam bentuk apa pun dengan kebolehkilangan yang tinggi. Mereka juga dipotong dengan sempurna dengan gunting, bengkok, dicap, dipintal. Mereka jauh lebih murah. Getah magnet digunakan sebagai kepingan memori magnetik untuk komputer, dalam televisyen, untuk sistem pembetulan. Sebagai pembawa maklumat, bahan magnet memenuhi banyak keperluan. Ini adalah induksi sisa peringkat tinggi, kesan kecil penyahmagnetan diri (jika tidak maklumat akan hilang), nilai daya paksaan yang tinggi. Dan untuk memudahkan proses pemadaman rekod, hanya sejumlah kecil daya ini diperlukan, tetapi percanggahan ini dihapuskan dengan bantuan teknologi.
