Něco o magnetickém visutí, co vás může zajímat
Trápí vás čas strávený v dálkové jízdě? I když můžeme dosáhnout svého cíle metrem, autem nebo letadlem, stále nám to připadá jako dlouhá doba. Nicméně existuje technologie, která může udělat kvalitní skok v našem čase na cestách a tou je magnetické plavání. Možná si myslíte, že magnetické plavání existuje pouze v filmech nebo televizních seriálech. Ale v červenci 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) a další z KOREjského ústavu věd a technologií poprvé tvořili tým pro studium materiálu. Čistá hlinitá apatita je izolátor, ale podle Sukbae Lee a dalších je mědi-dopovaná hlinitá apatita, která tvoří LK-99, supra-vodič nebo kov při vyšších teplotách. I když není potvrzen žádný supra-vodivý materiál při pokojové teplotě a normálním tlaku, dává nám to naději! Podívejme se, jak tento kouzelný LK-99 působí na magnet!
Věřím, že jste také viděli, že když se magnet blíží materiálu shora, materiál se zvedne kvůli odpudivé síle. Po změně magnetických pólů se materiál stále zvedá kvůli odpudivé síle při přibližování k materiálu.
Tento "malý černý tečka" neustále klesá nebo se zvedá, jak NdFeB magnet přichází blíž a odchází. Oba póly, S i N, jsou efektivní, tedy odpudivá síla nemá vztah k magnetickému poli, což ukazuje antimagetismus.
Nepromluvme o tom, zda je LK-99 skutečně supraelektromagnetický. NdFeB trvalý magnet ho dokáže udržet ve vzduchu.
Pokud mluvíme o NdFeB trvalých magnech, musíme zmínit Tesla Model S.
Elon Musk je tak odvážný, že když Tesla pořádala prezentaci svého prvního sedanu, Model S, ani jsme ho nesestavili. Podvozek byl založen na Mercedes-Benz CLS a tykadla z aluminia a kapota motoru byla lepena na ocelový rám neodym-ferit-borovými magneity.
Když Tesla vytvořila své první dva modely plně velikostních aut, používala indukční motory k pohonu vozidel. Tyto motory byly založeny na originálním návrhu motoru Nikoly Tesly, který byl geniálním návrhem, o téměř 100 let starším než objev vzácných zemských magnetů.
Indukční motory generují vlastní magnetismus a pohyb rotoru zajišťují pomocí elektřiny a fungují bez jakéhokoli druhu trvalých magnetů.
Návrh indukčního motoru je dobrý, ale Tesla přešla na trvalomagnetové motory u Modelu 3 v roce 2017 z dobrého důvodu: Model 3 je menší auto, které potřebuje menší motor, ale stále má dostatek síly.
Takže od Modelu 3 začala Tesla používat motory z neodimového železa a boru, protože jsou efektivnější využití prostoru, lehčí a mohou vyvíjet větší sílu.
Použití magnetů v autech: jako klimatizace, brzdové systémy, pohonové motory, olejové čerpadla atd.
Ve skutečnosti se magnety používají nejen v autech, ale také široce v reproduktorech mobilních telefonů, sluchátkách, vibračních motorech, elektromagnetech, féních na vlasy, větrácích, ledničkách, pračkách atd.
（Podíl použití magnetů）
Takže, kromě trvalých magnetů jako NdFeB, jaké jsou další tři hlavní typy magnetů? Jaký je proces výroby?
Podívejme se blíže!
Nejprve si rozumíme maximálním magnetickým energovým produktem magnetů
V současnosti existují tři typy magnetů : trvalé magnety, dočasné magnety a elektromagnety.
Trvalé magnety vyvíjejí magnetické pole, které zůstává i při přítomnosti protilehlého magnetického pole. Elektromotory s trvalými magenty jsou účinnější než ty bez nich. V současnosti obsahují všechny známé silné magnety vzácné zeminy, které jsou klíčovými složkami pro elektrická auta a větrné turbíny. Prvky jako neodym a torium se staly klíčovými materiálами kvůli rostoucímu požadavku a omezené nabídce.
Trvalé magnety jsou jedinečné tím, že jakmile jsou vyrobeny, poskytují magnetický tok bez energetického vstupu , což vede k nulovým provozním nákladům. Naopak elektromagnety vyžadují nepřetržitý proud pro generování magnetického pole.
Důležitou vlastností trvalých magnetů je, že udržují své magnetické pole i v přítomnosti protilehlého vnějšího magnetického pole. Nicméně, pokud je síla protilehlého magnetického pole dostatečně velká, zarovnají se vnitřní magnetické jádra trvalého magnetu s protilehlým magnetickým polem, čímž dojde ke demagnetizaci.
Trvalé magnety ve skutečnosti fungují jako zařízení na ukládání energie. Energie je vložena během počátečního magnetizace a pokud jsou magnety správně vyrobeny a zacházeno s nimi opatrně, zůstane tato energie v magnetu neomezeně dlouho. Na rozdíl od baterie se energie v magnetu nikdy nevyčerpá a zůstává k dispozici pro použití. Důvodem je, že magnety nemají žádný čistý dopad na své okolí. Místo toho používají svou energii k přitažení nebo odpuzování jiných magnetických objektů, což pomáhá při převodu mezi elektrickou a mechanickou energií.
Energie magnetického pole je úměrná součinu B a H. Když je součin BH maximalizován (označovaný jako (BH)max , je potřeba minimální objem magnetu pro vytvoření daného magnetického pole v dané mezeře. Čím vyšší je (BH)max, tím menší objem magnetu je potřebný pro vytvoření dané hustoty fluxu. (BH)max lze chápat jako statickou magnetickou energii na jednotku objemu materiálu magnetu. BH se měří v Mega-Gauss Oerstedech (MGOe) nebo kJ/mXNUMX.
Ve vyrobní odvětví trvalých magnetů představuje maximální magnetický energový součin hustotu magnetické energie trvalého magnetu a je nejčastěji používaným parametrem pro charakterizaci výkonnosti trvalých magnetů.
Klasifikace trvalých magnetů
Trvalé magnety lze rozdělit do čtyř typů: neodimové železnoborité (NdFeB) , samariový kobalt (SmCo) ,aluminiové niklové kobaltové (AlNiCo) , a keramické nebo feritové magnety .
Začneme nejvíce ekonomickými magnety: Neodimové železnoborité magnety
Neodimové magnety (NdFeB) jsou jedním z nejrozšířenějších materiálů trvalých magnetů v komerčních aplikacích, známých pro svůj vysoký magnetický energový součin a magnetická síla.
Neodimové magnety jsou nejvýkonnějšími a nejvíce kontroverzními magnety. Patří do kategorie vzácných zemských magnetů, protože jsou složeny z prvků neodimu, železa a boru.
Z důvodu obsahu železa jsou neodimové magnety s železem a borem snadno oxidovatelné a mají špatnou odolnost proti korozi, často tedy vyžadují nátěry, jako je niklování, epoxidní nátěr nebo zinkování.
Avšak jedná se o produkty s vysokou hustotou energie (až 55 MGOe ) s vysokou pevností, a jejich použití umožňuje menší velikost pevných disku, motorů a audio zařízení.
Pracovní teplotní rozsah neodymiových magnetů je 80°C do 200°C . Nicméně, vysoko kvalitní neodymiové materiály, které mohou fungovat nad 120°C , mohou být poměrně drahé.
Pokud vezmeme v úvahu cenovou efektivitu, neodymiové magnety jsou určitě první volbou.
Možná si myslíte, že pracovní teplota mého magnetu přesáhne 200°C, takže není možné použít magnet v tomto prostředí? Tento problém může být vyřešen pomocí hygienických kobaltových magnetů.
Salmiový kobalt (SmCo) je premium trvale magnetický materiál hlavně složený z kobaltu a salmia, což ho činí nejdražším magnetickým materiálem na výrobu. Jeho vysoká cena je převážně kvůli významnému obsahu kobaltu a křehkosti salmiiové slitiny.
Tyto trvalé magnety jsou velmi odolné vůči korozi a mohou vydržet teploty až 350°C , a někdy dokonce až 500 stupňů . Tato odolnost vůči teplotě jim dává zřetelnou výhodu před jinými typy trvalých magnetů, které jsou méně tolerantní k teplu. Stejně jako neodimové magnety potřebují i samariové kobaltové magnety nátěry pro prevenci korozce.
Avšak nevýhodou tohoto druhu magnetů je jejich nízká mechanická síla. Samariové kobaltové magnety se mohou snadno stát křehkými a vyvinout trhliny. Nicméně, v případech, kdy je důležitá odolnost vůči vysokým teplotám a korozii, mohou být samariové kobaltové magnety nejvhodnější volbou.
Neodimové magnety dosahují nejlepších výsledků při nižších teplotách, zatímco magnety Sammonium Kobalt fungují nejlépe při vyšších teplotách . Neodimové magnety jsou známé jako nejsilnější trvalé magnety při místnostiové teplotě a až do přibližně 180 stupňů Celsia podle reziduální magnetizace (Br). Nicméně jejich síla významně klesá s rostoucí teplotou. Jakmile teplota přiblíží k 180 stupňům Celsia, začínají magnety Sammonium Kobalt převyšovat Neodymiové magnety výkonnosti.
Samarsko kobaltové patří mezi druhé nejsilnější magnetické materiály a mají vynikající odolnost proti demagnetizaci . Jsou běžně používány v letectví a dalších odvětvích, která dávají přednost výkonu nákladům.
Samarsko-kobaltové magnety, vyvinuté v 70. letech, ukazují vyšší magnetickou sílu ve srovnání s keramickými a aluminiově-nicklově-kobaltovými magnety, i když jsou méně silné než neodymiové magnety. Tyto magnety se dělí do dvou skupin podle svých úrovní energie. První skupina, známá jako Sm1Co5 (1-5) , má rozsah energetického výkonu od 15 do 22 MGOe . Na druhé straně druhá skupina, Sm2Co17 (2-17) , zahrnuje energetický rozsah 22-32 MGOe .
Oba smíšené magnetické materiály, samarium-kobalt i neodym, jsou vyrobeny ze solí kovů. Jsou komprimovány za vlivu silného magnetického pole a následně procházejí sinterací.
Neodymové magnety jsou velmi citlivé na environmentální faktory, zatímco samarium-kobaltové vzácné zeminy ukazují vynikající odolnost proti korozi. Samarium-kobaltové magnety mohou vydržet vysoké teploty bez ztráty magnetismu, zatímco neodymové magnety by měly být používány opatrně nad místnostní teplotou. Neodymové magnety jsou robustnější ve srovnání se samarium-kobaltovými magnety a lze je snadno zpracovávat a integrovat do magnetických sestav. Oba materiály vyžadují použití diamantových nástrojů, EDM nebo šlehaček při zpracování.
Nyní si přečtěte o magnetech Alnico
Magnetické materiály Alnico (AlNiCo) jsou tradičními trvalými magnetickými materiály, které hlavně obsahují hliník, nikl a kobalt. Patří mezi nejstarší současné komerční trvalé magnety, vynalezené T. Mishimou v Japonsku na počátku 20. století.
Přestože mají významnou zbytkovou magnetizaci, jejich relativně mírná pevnost vedie k nižšímu magnetickému energii produktu (BH)max ve srovnání s jinými typy magnetů. Litý AlNiCo lze tvarovat do složitých forem, zatímco sinterované AlNiCo má mírně nižší magnetické vlastnosti, ale lepší mechanické vlastnosti díky své jemné struktuře zrnek, což zajišťuje rovnoměrné rozdělení fluxu a zvýšenou mechanickou sílu.
Sinterování AlNiCo zahrnuje indukční tavení, mletí na jemné částice, tlačení, sinterování, testování, nanesení povlaku a magnetizaci. Různé výrobní metody ovlivňují vlastnosti magnetu, přičemž sinterování zvyšuje mechanické parametry a lití zvyšuje energetickou hustotu.
Sinterované AlNiCo magnety jsou dostupné ve stupních od 1,5 do 5,25 MGOe , zatímco lité magnety sahají od 5,0 do 9,0 MGOe . Anizotropní AlNiCo magnety nabízejí možnosti přizpůsobení směru magnetizace, což poskytuje cennou univerzálnost.
Složky z aluminia, niklu a kobaltu vykazují vysoké maximální pracovní teploty a vynikající odolnost proti korozi. Některé třídy AlNiCo mohou fungovat při teplotách přesahujících 500°C. Tyto magnety jsou široce používány v mikrofonech, reproduktorech, snímačích elektrických kytar, motorech, cestovních vlnových trubkách, Hallových senzorech a mnoha dalších aplikacích.
Nakonec si pojďme rozumět magnetu s největší cenovou výhodou, kterým je feritový magnet.
Ferritové magnety , také známý jako keramické magnety , jsou složeny ze spáleného oxidu železného spolu s materiály jako karbonát bariu nebo strontu. Tyto magnety jsou proslulé svými ekonomickými ceny, účinnou odolností proti korozi a schopností udržet stabilitu při vysokých teplotách až do 250°C.
Zatímco jejich magnetické vlastnosti jsou ne tak silné jako u magnetů NdFeB , nákladová efektivita keramických magnetů je důvodem, proč jsou dobře vhodné pro velké množství výroby. Tato nákladová výhoda vyplývá z použití levných, snadno dostupných materiálů, které nejsou strategické povahy.
Keramické magnety mohou být izotropní, což znamená stejnoměrné magnetické vlastnosti ve všech směrech, nebo anizotropní, kdy zobrazují magnetizaci ve shodě s směrem napětí. Nejsilnější keramické magnety mohou dosáhnout magnetické energie 3.8 MGOe , čímž jsou nejslabším typem trvalého magnetu. Navzdory svým skromným magnetickým vlastnostem nabízejí lepší odolnost proti demagnetizaci ve srovnání s jinými typy magnetů.
Keramické magnety mají nízkou magnetickou energii produkt a vlastnictví vynikající odolnost proti korozi, běžně se používá vedle součástek z nízkouhličitané oceli a je vhodný pro použití v prostředích s mírnou teplotou.
Výrobní proces keramických magnetů zahrnuje tlačení a spalování, přičemž kvůli jejich křehkosti se doporučuje použití diamantových broušecích kruhů.
Obecně řečeno keramické magnety nabízejí rovnováhu mezi magnetickou silou a nákladovou účinností, přičemž jejich křehkost je kompenzována vynikající odolností proti korozi. Jsou trvanlivé, odolné vůči demagnetizaci a ekonomickou volbou pro různé aplikace, jako jsou hračky, řemeslné práce a motory.
Raredotové magnety významně zlepšují úvahy o váze nebo velikosti, zatímco ferity jsou preferovány pro aplikace, které nepotřebují vysokou energetickou hustotu, jako jsou elektrická okénka, sedadla, spínače, větráky, dudy v domácích spotřebičích, některé elektropomocné nástroje a audiozařízení.
