En permanent magnet er et produkt fremstillet af et hårdt magnetisk materiale med en høj magnetisk restinduktion , der opretholder en magnetiseringstilstand i lang tid. Permanente magneter er lavet i forskellige former og bruges som autonome (ikke energiforbrugende) kilder til et magnetfelt .
Permanente magneter lavet af magnetit har været brugt i medicin siden oldtiden. Dronning Kleopatra af Egypten bar en magnetisk amulet. I det gamle Kina behandlede Imperial Book of Internal Medicine spørgsmålet om at bruge magnetiske sten til at korrigere Qi -energi i kroppen - "levende kraft". I senere tider talte store læger og filosoffer om de gavnlige virkninger af magneter: Aristoteles , Avicenna , Hippokrates . I middelalderen behandlede hoflægen Gilbert , der udgav On the Magnet, dronning Elizabeth I for gigt med en permanent magnet. Den russiske læge Botkin tyede til metoderne til magnetoterapi .
Det første kunstige magnetiske materiale var kulstofstål, hærdet til martensitstrukturen og indeholdt omkring 1,2-1,5% kulstof. De magnetiske egenskaber af sådant stål er følsomme over for mekaniske og termiske påvirkninger. Under driften af permanente magneter baseret på det blev fænomenet "ældning" af stålets magnetiske egenskaber observeret.
Legering af sådant stål med wolfram og krom op til 3 % og senere med kobolt op til 6 % sammen med krom op til 6 % gjorde det muligt for Dr. Honda fra Tohok University at skabe en ny type stål - KS - med høj magnetisering og betydelig tvangskraft. For at opnå høje magnetiske egenskaber blev stålet underkastet en vis varmebehandling. Den høje restinduktion for KS stålmagneter blev opnået ved at reducere afmagnetiseringsfaktoren. Til dette blev magneter ofte fremstillet i en langstrakt hesteskoform.
Undersøgelser af legerings magnetiske egenskaber har vist, at de primært afhænger af materialets mikrostruktur. I 1930 blev der opnået et kvalitativt spring med hensyn til at opnå en ny mikrostruktur af hærdende legeringer, og i 1932 opnåede Dr. T. Miskima MK-stål ved at legere KS-stål med nikkel , aluminium og kobber .
Dette er et væsentligt skridt i udviklingen af en række legeringer, som senere fik det generelle navn Alnico (i henhold til de russiske standarder UNDK).
Et betydeligt gennembrud på dette område blev lavet i 1930'erne af japanske videnskabsmænd, Dr. Yogoro Kato og Dr. Takeshi Takei fra Tokyo Institute of Technology . Udskiftningen af en del af jernoxid i magnetit med koboltoxid under syntesen af ferrit ved hjælp af keramisk teknologi førte til skabelsen af en fast opløsning af kobolt og jernferritter. Tvangskraften af denne type ferrit nåede 48–72 kA/m (600–900 Oe). I Japan dukkede kommercielle ferritmagneter op omkring 1955, i Rusland i midten af 1960'erne. Bariumferritter blev gradvist modificeret til strontium, da sidstnævnte viste sig at være mere teknologisk avanceret (de krævede ikke særlig præcis justering af sintringstemperaturen og var mere miljøvenlige). Sammensætningen af ferritmagneter indeholder 85-90% jernoxid, som er spild af den metallurgiske industri (fra Rutner bejdsekloridopløsningsregenereringsanlæg), hvilket reducerede produktionsomkostningerne betydeligt.
Det næste betydelige teknologiske gennembrud skete i det amerikanske luftvåbens materialeforskningslaboratorium, hvor en intermetallisk forbindelse af samarium med kobolt ( SmCo 5 ) blev fundet med en stor magnetokrystallinsk anisotropi konstant. En permanent magnet lavet af et sådant materiale gjorde det muligt at opnå egenskaber (HN) max = 16–24 mega Gauss - Oerstedach ( MGSE ), og på Sm 2 Co 17 - 32 MGSE-forbindelsen blev tvangskraften øget til 560– 1000 kA/m. SmCo-magneter er blevet kommercielt produceret siden 1970'erne. Samtidig blev forbindelsen opdaget Nd 2 Fe 14 B. Magneter fremstillet af dette materiale dukkede op både i Japan og i USA samtidigt i midten af 1980'erne, men teknologien til deres produktion var forskellig. I Japan blev produktionen organiseret efter SmCo-magneter: produktion af støbt legeringspulver, derefter presning i et magnetfelt og sintring. I USA er smeltespinningsprocessen blevet vedtaget : først fremstilles en amorf legering, derefter knuses den, og der fremstilles et kompositmateriale. Det magnetiske pulver bindes med gummi, vinyl, nylon eller anden plast til en kompositmasse, som presses (injiceres) eller kalandreres til produkter. Sammenlignet med sintrede magneter har kompositmagneter lidt lavere egenskaber, men de kræver ikke galvaniske belægninger, er lette at behandle mekanisk og har ofte et smukt udseende, idet de er malet i forskellige farver. Nd 2 Fe 14 B magneter dukkede op på markedet for permanentmagneter i 1990'erne og nåede meget hurtigt en energi på 50 Mgse (400 kJ/m 3 ) på sintrede prøver. Dette materiale fortrængte hurtigt andre, primært inden for miniatureelektronik.
Egenskaberne af en magnet bestemmes af egenskaberne af den afmagnetiserende sektion af magnetmaterialets magnetiske hysterese -sløjfe : Jo højere restinduktion B r og tvangskraften H c , jo højere er magnetiseringen og stabiliteten af magneten.
Induktionen af en permanent magnet B d kan ikke overstige B r : ligheden B d \ u003d B r er kun mulig, hvis magneten er et lukket magnetisk kredsløb, det vil sige, at den ikke har et luftgab, men permanente magneter er normalt bruges til at skabe et magnetfelt i luft (eller fyldt med et andet medium) hul, i dette tilfælde B d < Br , størrelsen af forskellen afhænger af magnetens form og mediets egenskaber.
Skematisk repræsentation af magnetfeltlinjer for magneter af forskellige former:
cylindrisk eller rektangulær magnet
hestesko magnet
ring magnet
skiveformet magnet
En skematisk repræsentation af magnetfeltlinjerne under interaktionen mellem to magneter, afhængigt af placeringen af deres poler (de samme poler frastøder, forskellige tiltrækker):
Til produktion af permanente magneter anvendes følgende materialer almindeligvis: [1]
Fremstillet ved presning og (eller) sintring af pulver af jernoxider med oxider af andre metaller og er en keramik .
barium og strontium hårde magnetiske ferritterDe har sammensætningen Ba / SrO 6 Fe 2 O 3 og er kendetegnet ved høj modstand mod afmagnetisering kombineret med god korrosionsbestandighed. På trods af de lave magnetiske parametre og høje skørhed sammenlignet med andre klasser, på grund af deres lave omkostninger, er hårde magnetiske ferriter mest udbredt i industrien.
neodymmagneter NdFeB ( neodym - jern - bor )Sjældne jordarters magneter fremstillet ved presning eller støbning af Nd 2 Fe 14 B intermetallisk forbindelse Fordelene ved neodymmagneter er høje magnetiske egenskaber ( Br , H c og (BH) max ), samt lave omkostninger. På grund af dårlig korrosionsbestandighed er de normalt belagt med kobber, nikkel eller zink.
samarium magneter SmCo ( samarium - kobolt )De er fremstillet ved pulvermetallurgi fra SmCo 5 / Sm 2 Co 17 - kompositlegering og er kendetegnet ved høje magnetiske egenskaber, fremragende korrosionsbestandighed og god parameterstabilitet ved temperaturer op til 350 °C, hvilket giver dem fordele i forhold til NdFeB-magneter ved høje temperaturer . Ifølge den magnetiske komponent er den kraftigere end ferrit, men svagere end neodymmagneter. Sammensætningen af nogle mærker af samariummagneter, ud over hovedelementerne - samarium og kobolt, kan omfatte andre tilsætningsstoffer: jern, kobber , erbium , gadolinium , zirconium , cerium mischmetal .
Forskel i mekanisk fasthed. Afhængigt af mærket og produktionsteknologien kan de have en søjleformet, ligeakset og enkeltkrystalstruktur.
Alnico legeringsmagneter ( russisk navn YUNDK)Udviklet i 1930'erne. De er lavet på basis af Al-Ni-Co-Fe-legering. Deres fordele omfatter høj temperaturstabilitet i temperaturområdet op til 550 °C, høj tidsmæssig stabilitet af parametre i kombination med en stor tvangskraft, god korrosionsbestandighed . En vigtig faktor til fordel for deres valg kan være de væsentligt lavere omkostninger sammenlignet med Sm-Co-magneter.
alni legeringsmagneter FeCoCr legeringsmagneter ædelmetallegeringsmagneter _Kobolt -platin, jern-platin, jern - palladium legeringer har høje magnetiske egenskaber og evnen til at deformere [2] .
De er lavet af en blanding af magnetisk pulver og en bindemiddelpolymerkomponent (for eksempel gummi , vinyl ). Fordelen ved magnetoplaster er muligheden for at opnå komplekse former af produkter med høj dimensionel nøjagtighed, lav skørhed og høj korrosionsbestandighed i kombination med en høj specifik modstand og lav vægt.
Til anvendelse ved almindelige temperaturer er de stærkeste permanente magneter lavet af legeringer, der indeholder neodym . De bruges inden for områder som magnetisk resonansbilleddannelse , servodrev til harddiske og skabelsen af højkvalitetshøjttalere , såvel som den drivende del af modelflymotorer.
Permanente magneter er meget udbredt i elektriske måleinstrumenter i det magnetoelektriske system.
Permanente magneter i fysikklassen vises normalt som en hestesko , hvis poler er farvet blå og rød.
Separate bolde og cylindre med stærke magnetiske egenskaber bruges som højteknologiske smykker/legetøj - de samles til kæder uden yderligere fastgørelsesanordninger, der kan bæres som et armbånd. Også til salg er der designere, der består af et sæt cylindriske magnetiske pinde og stålkugler. Mange strukturer kan samles fra dem, hovedsagelig gård -type.
Derudover er der fleksible flade polymerbaserede magneter med magnetiske tilsætningsstoffer, som for eksempel bruges til fremstilling af dekorative køleskabsmagneter , dekoration og andre værker. De fremstilles i form af tape og plader, normalt med et påført klæbende lag og en film, der beskytter det. Magnetfeltet på sådan en flad magnet er stribet - med et trin på omkring to millimeter veksler nord- og sydpolen over hele overfladen. Det polymere magnetbånd er også placeret inde i gummidørtætningen på husholdningskøleskabe, og forsegler derved jævnt og holder dørene i lukket position [3] .