Klasifikace a základní charakteristiky magnetických materiálů

Všechny látky v přírodě jsou magnetické v tom smyslu, že mají určité magnetické vlastnosti a určitým způsobem interagují s vnějším magnetickým polem.

Materiály použité v technologii se nazývají magnetické, s ohledem na jejich magnetické vlastnosti. Magnetické vlastnosti látky závisí na magnetických vlastnostech mikročástic, struktuře atomů a molekul.

Klasifikace magnetických materiálů

Magnetické materiály se dělí na slabě magnetické a silně magnetické.

Mezi slabě magnetické patří diamagnety a paramagnety.

Silné magnetické - feromagnety, které zase mohou být magneticky měkké a magneticky tvrdé. Formálně lze rozdíl v magnetických vlastnostech materiálů charakterizovat relativní magnetickou permeabilitou.

Diamagnety se týkají materiálů, jejichž atomy (ionty) nemají výsledný magnetický moment. Navenek se diamagnety projevují odpuzováním magnetickým polem. Patří mezi ně zinek, měď, zlato, rtuť a další materiály.

Paramagnety se nazývají materiály, jejichž atomy (ionty) mají za následek magnetický moment nezávislý na vnějším magnetickém poli. Navenek se paramagnety projevují přitažlivostí nehomogenní magnetické pole… Patří sem hliník, platina, nikl a další materiály.

Feromagnety se nazývají materiály, ve kterých jejich vlastní (vnitřní) magnetické pole může být stovky a tisíckrát vyšší než vnější magnetické pole, které je způsobilo.

Každé feromagnetické těleso je rozděleno do oblastí — malých oblastí spontánní (spontánní) magnetizace. Při absenci vnějšího magnetického pole se směry magnetizačních vektorů různých oblastí neshodují a výsledná magnetizace celého těla může být nulová.

Existují tři typy procesů feromagnetické magnetizace:

1. Proces reverzibilního přemístění magnetických domén. V tomto případě dochází k posunu hranic regionů orientovaných nejblíže směru vnějšího pole. Po odstranění pole se domény posunou v opačném směru. Oblast posunu reverzibilní domény se nachází v počáteční části magnetizační křivky.

2. Proces nevratného posunu magnetických domén. V tomto případě není posunutí hranic mezi magnetickými doménami odstraněno s klesajícím magnetickým polem. Počáteční polohy domén lze dosáhnout v procesu obrácení magnetizace.

Nevratné posunutí hranic domén vede ke vzniku vzhledu magnetická hystereze — zpoždění magnetické indukce od síla pole.

3. Procesy rotace domén. V tomto případě dokončení procesů přemístění hranic domén vede k technickému nasycení materiálu.V oblasti nasycení se všechny oblasti točí ve směru pole. Hysterezní smyčka, která dosáhne oblasti nasycení, se nazývá hranice.

Obvod omezující hystereze má následující charakteristiky: Bmax — indukce saturace; Br – zbytková indukce; Hc — retardační (donucovací) síla.

Materiály s nízkými hodnotami Hc (úzký hysterezní cyklus) a vysokými magnetická permeabilita se nazývají měkké magnetické.

Materiály s vysokými hodnotami Hc (široká hysterezní smyčka) a nízkou magnetickou permeabilitou se nazývají magneticky tvrdé materiály.

Při magnetizaci feromagnetika ve střídavých magnetických polích jsou vždy pozorovány ztráty tepelné energie, to znamená, že se materiál zahřívá. Tyto ztráty jsou způsobeny hysterezí a ztráty vířivými proudy… Hysterezní ztráta je úměrná ploše hysterezní smyčky. Ztráty vířivými proudy závisí na elektrickém odporu feromagnetika. Čím vyšší je odpor, tím nižší jsou ztráty vířivými proudy.

Magneticky měkké a magneticky tvrdé materiály

Mezi měkké magnetické materiály patří:

1. Technicky čisté železo (elektrická nízkouhlíková ocel).

2. Elektrotechnické křemíkové oceli.

3. Slitiny železo-nikl a železo-kobalt.

4. Měkké magnetické ferity.

Magnetické vlastnosti nízkouhlíkové oceli (technicky čistého železa) závisí na obsahu nečistot, deformaci krystalové mřížky v důsledku deformace, velikosti zrna a tepelném zpracování. Komerčně čisté železo se pro svůj nízký měrný odpor používá v elektrotechnice poměrně zřídka, hlavně pro obvody stejnosměrného magnetického toku.

Elektrotechnická křemíková ocel je hlavním magnetickým materiálem pro hromadnou spotřebu. Jedná se o slitinu železa a křemíku. Legování křemíkem umožňuje snížit donucovací sílu a zvýšit odpor, to znamená snížit ztráty vířivými proudy.

Elektroplechová ocel dodávaná v jednotlivých tabulích nebo svitcích a pásová ocel dodávaná pouze ve svitcích jsou polotovary určené pro výrobu magnetických obvodů (jádra).

Magnetická jádra se tvoří buď z jednotlivých plátů získaných lisováním nebo řezáním, nebo navíjením z pásků.

Říká se jim nikl-železné permaloidní slitiny... Mají velkou počáteční magnetickou permeabilitu v oblasti slabých magnetických polí. Permalloy se používá pro jádra malých výkonových transformátorů, tlumivek a relé.

Ferity jsou magnetická keramika s vysokou odolností, 1010krát vyšší než u železa. Ferity se používají ve vysokofrekvenčních obvodech, protože jejich magnetická permeabilita s rostoucí frekvencí prakticky neklesá.

Nevýhodou feritů je jejich nízká indukce nasycení a nízká mechanická pevnost. Proto se ferity běžně používají v nízkonapěťové elektronice.

Mezi magneticky tvrdé materiály patří:

1. Odlévané magneticky tvrdé materiály na bázi slitin Fe-Ni-Al.

2. Práškové pevné magnetické materiály získané lisováním prášků s následným tepelným zpracováním.

3. Tvrdé magnetické ferity. Magneticky tvrdé materiály jsou materiály pro permanentní magnetypoužívá se v elektromotorech a jiných elektrických zařízeních, která vyžadují permanentní magnetické pole.