Klassificering och grundläggande egenskaper hos magnetiska material

Alla ämnen i naturen är magnetiska i den meningen att de har vissa magnetiska egenskaper och interagerar på ett visst sätt med ett externt magnetfält.

Materialen som används i tekniken kallas magnetiska, med hänsyn till deras magnetiska egenskaper. Ämnets magnetiska egenskaper beror på mikropartiklarnas magnetiska egenskaper, atomernas och molekylernas struktur.

Klassificering av magnetiska material

Magnetiska material delas in i svagt magnetiska och starkt magnetiska.

Att vara svagt magnetisk inkluderar diamagneter och paramagneter.

Stark magnetisk - ferromagneter, som i sin tur kan vara magnetiskt mjuka och magnetiskt hårda. Formellt kan skillnaden i magnetiska egenskaper hos material karakteriseras av den relativa magnetiska permeabiliteten.

Diamagneter hänvisar till material vars atomer (joner) inte har något resulterande magnetiskt moment. Externt manifesterar diamagneter sig genom att de stöts bort av magnetfältet. Dessa inkluderar zink, koppar, guld, kvicksilver och andra material.

Paramagneter kallas material, vars atomer (joner) resulterar i ett magnetiskt moment oberoende av det yttre magnetfältet. Externt manifesteras paramagneter genom attraktion inhomogent magnetfält… Dessa inkluderar aluminium, platina, nickel och andra material.

Ferromagneter kallas material där deras eget (inre) magnetfält kan vara hundratals och tusentals gånger högre än det externa magnetfält som orsakade det.

Varje ferromagnetisk kropp är indelad i regioner - små områden med spontan (spontan) magnetisering. I frånvaro av ett externt magnetfält sammanfaller inte riktningarna för magnetiseringsvektorerna i olika regioner, och den resulterande magnetiseringen av hela kroppen kan vara noll.

Det finns tre typer av ferromagnetiska magnetiseringsprocesser:

1. Processen med reversibel förskjutning av magnetiska domäner. I detta fall finns det en förskjutning av gränserna för regionerna orienterade närmast riktningen för det yttre fältet. När fältet tas bort förskjuts domänerna i motsatt riktning. Området för reversibel domänförskjutning är beläget vid den initiala delen av magnetiseringskurvan.

2. Processen med irreversibel förskjutning av magnetiska domäner. I detta fall avlägsnas inte förskjutningen av gränserna mellan magnetiska domäner med minskande magnetfält. De initiala positionerna för domänerna kan uppnås i magnetiseringsreverseringsprocessen.

Irreversibel förskjutning av domängränser leder till uppkomsten magnetisk hysteres — fördröjningen av magnetisk induktion från fältstyrka.

3. Domänrotationsprocesser. I detta fall leder slutförandet av förskjutningsprocesserna för domängränserna till teknisk mättnad av materialet.I mättnadsområdet roterar alla regioner i fältets riktning. Hysteresloopen som når mättnadsområdet kallas gränsen.

Den begränsande hystereskretsen har följande egenskaper: Bmax — mättnadsinduktion; Br — återstående induktion; Hc — retarderande (tvångs)kraft.

Material med låga Hc-värden (smal hysterescykel) och höga magnetisk permeabilitet kallas mjukmagnetiska.

Material med höga värden på Hc (bred hysteresloop) och låg magnetisk permeabilitet kallas magnetiskt hårda material.

Under magnetisering av en ferromagnet i alternerande magnetfält observeras alltid termiska energiförluster, det vill säga materialet värms upp. Dessa förluster beror på hysteres och virvelströmsförluster… Hysteresförlusten är proportionell mot arean av hysteresloopen. Virvelströmsförluster beror på ferromagnetens elektriska resistans. Ju högre motstånd, desto lägre är virvelströmsförlusterna.

Magnetiskt mjuka och magnetiskt hårda material

Mjuka magnetiska material inkluderar:

1. Tekniskt rent järn (elektriskt lågkolstål).

2. Elektrotekniska silikonstål.

3. Järn-nickel och järn-koboltlegeringar.

4. Mjuka magnetiska ferriter.

De magnetiska egenskaperna hos lågkolstål (tekniskt rent järn) beror på innehållet av föroreningar, förvrängning av kristallgittret på grund av deformation, kornstorlek och värmebehandling. På grund av dess låga resistivitet används kommersiellt rent järn ganska sällan inom elektroteknik, främst för DC-magnetiska flödeskretsar.

Elektrotekniskt kiselstål är det huvudsakliga magnetiska materialet för masskonsumtion. Det är en järn-kisellegering. Legering med kisel gör att du kan minska tvångskraften och öka motståndet, det vill säga minska virvelströmsförlusterna.

Elektrisk stålplåt, som levereras i enskilda plåtar eller spolar, och bandstål, som endast levereras i spolar, är halvfabrikat avsedda för tillverkning av magnetiska kretsar (kärna).

Magnetiska kärnor bildas antingen av individuella plattor erhållna genom stansning eller skärning, eller genom lindning från remsor.

De kallas nickel-järn permaloidlegeringar... De har en stor initial magnetisk permeabilitet i området för svaga magnetfält. Permalloy används för kärnor av små krafttransformatorer, chokes och reläer.

Ferriter är magnetisk keramik med hög resistans, 1010 gånger högre än järns. Ferriter används i högfrekventa kretsar eftersom deras magnetiska permeabilitet praktiskt taget inte minskar med ökande frekvens.

Nackdelarna med ferriter är deras låga mättnadsinduktion och låga mekaniska hållfasthet. Därför används ferriter ofta i lågspänningselektronik.

Magnetiskt hårda material inkluderar:

1. Gjutna magnetiskt hårda material baserade på Fe-Ni-Al-legeringar.

2. Pulverformade fasta magnetiska material erhållna genom pressning av pulver med efterföljande värmebehandling.

3. Hårda magnetiska ferriter. Magnetiskt hårda material är material för permanentmagneteranvänds i elmotorer och andra elektriska apparater som kräver ett permanent magnetfält.