Er du generet af langdistancependlingstid? Selvom vi kan nå din destination ved at tage metroen, køre og flyve, føles det stadig som om det tager lang tid. Der er dog en teknologi, der kan tage et kvalitativt spring i vores pendlingstid, og det er magnetisk levitation. Måske føler du, at magnetisk levitation kun eksisterer i film eller tv-dramaer. Men i juli 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) og andre fra Korea Institute of Science and Technology dannede først et hold til at studere materialet. Ren blyapatit er en isolator, men ifølge Sukbae Lee og andre er kobberdoteret blyapatit, der danner LK-99, en superleder eller et metal ved højere temperaturer. Selvom der ikke er noget bekræftet superledende materiale ved stuetemperatur ved normalt tryk, giver det os også håb! Lad os se, hvordan denne magiske LK-99 klarer sig på magneten!

Jeg tror også, at du har set, at når magneten nærmer sig materialet nedefra, står materialet op på grund af frastødning. Efter udskiftning af de magnetiske poler står materialet stadig op på grund af frastødning, når man nærmer sig materialet.

Denne "lille sorte prik" bliver ved med at falde eller stå op, når NdFeB-magneten nærmer sig og bevæger sig væk. Både S-polen og N-polen er effektive, det vil sige, at frastødning ikke har noget at gøre med den magnetiske pol, der viser antimagnetisme.

Lad os ikke tale om, hvorvidt LK-99 virkelig er superledende. NdFeB-permanentmagneten kan få den til at svæve.

Når vi taler om NdFeB permanente magneter, skal vi diskutere Tesla Model S.

Elon Musk er så dristig, at da Tesla afholdt lanceringsbegivenheden for sin første sedan, Model S, samlede de den ikke engang. Chassiset var baseret på Mercedes-Benz CLS, og aluminiumskarrosseripanelerne og motorhjelmen blev limet på stålrammen med neodymjernbormagneter.

Da Tesla lavede sine to første bilmodeller i fuld størrelse, brugte de induktionsmotorer til at drive køretøjerne. Disse motorer var baseret på Nikola Teslas originale motordesign, som var et genialt design, der gik næsten 100 år forud for opfindelsen af sjældne jordarters magneter.

Induktionsmotorer genererer deres egen magnetisme og driver rotoren gennem elektricitet, og de fungerer uden nogen form for permanente magneter.

Induktionsmotordesignet er godt, men Tesla skiftede til permanentmagnetmotorer til Model 3 i 2017 med god grund: Model 3 er en mindre bil, og den har brug for en mindre motor, men har stadig masser af kraft.

Så fra og med Model 3 brugte Tesla neodymjernbormotorer, fordi de er mere pladsbesparende, lettere og kan generere mere kraft.

Brug af magneter i biler: såsom klimaanlæg, bremsesystemer, drivmotorer, oliepumper osv.

Faktisk, udover at blive brugt i biler, er magneter også meget udbredt i mobiltelefonhøjttalere, hovedtelefoner, vibrationsmotorer, elektromagneter, hårtørrere, ventilatorer, køleskabe, vaskemaskiner osv.

(Andel af magnetbrug)

Så udover permanente magneter som NdFeB, hvad er de tre andre hovedtyper af magneter? Hvad er produktionsprocessen?

Lad os se nærmere på det!

Lad os først forstå magneternes maksimale magnetiske energiprodukt

I øjeblikket er der tre typer magneter: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

Permanente magneter producerer et magnetfelt, der opretholdes selv i nærvær af et modsatrettet magnetfelt. Elektriske motorer, der bruger permanente magneter, er mere effektive end dem, der ikke gør det. I øjeblikket indeholder alle kendte stærke magneter sjældne jordarter, som er nøglekomponenter til elektriske køretøjer og vindmøller. Grundstoffer som neodym og thorium er blevet nøglematerialer på grund af stigende efterspørgsel og begrænset udbud.

Permanente magneter er unikke, fordi de, når de først er produceret, giver magnetisk flux udenenergy input, hvilket resulterer i nul driftsomkostninger. I modsætning hertil kræver elektromagnetiske magneter en kontinuerlig strøm for at generere et magnetfelt.

En vigtig egenskab ved permanente magneter er, at de opretholder deres magnetfelt selv i nærvær af et modsat eksternt magnetfelt. Men hvis styrken af det modsatte magnetfelt er høj nok, vil de indre magnetiske kerner i den permanente magnet flugte med det modsatte magnetfelt, hvilket resulterer i afmagnetisering.

Permanente magneter fungerer i det væsentlige som energilagringsenheder. Energi injiceres under den indledende magnetiseringsproces, og hvis den fremstilles og håndteres korrekt, vil den forblive i magneten på ubestemt tid. I modsætning til et batteri løber energien i en magnet aldrig tør og forbliver tilgængelig til brug. Dette skyldes, at magneter ikke har nogen nettoeffekt på deres omgivelser. I stedet bruger de deres energi til at tiltrække eller frastøde andre magnetiske objekter, hvilket hjælper med at konvertere mellem elektrisk og mekanisk energi.

Energien i et magnetfelt er proportional med produktet af B og H. Når produktet af BH er maksimeret (betegnet som (BH)max), kræves det mindste volumen af magnet for at producere et givet magnetfelt i et givet mellemrum. Jo højere (BH)max, jo mindre magnetvolumen kræves der for at producere en given fluxtæthed. (BH)max kan betragtes som den statiske magnetiske energi pr. volumenenhed af magnetmaterialet. BH måles iMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

I permanentmagnetindustrien repræsenterer det maksimale magnetiske energiprodukt den magnetiske energitæthed af permanentmagneten og er den mest almindeligt anvendte parameter til at karakterisere ydeevnen af permanente magneter.

Klassificering af permanente magneter

Permanente magneter kan opdeles i fire typer:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)ogceramic or ferrite magnets.

Lad os starte med de mest omkostningseffektive magneter:Neodymium Iron Boron Magnets

Neodiummagneter (NdFeB) er et af de mest udbredte permanentmagnetmaterialer i kommercielle applikationer, kendt for dereshigh magnetic energy productogmagnetic strength.

Neodiummagneter erstrongestog de flestecontroversialMagneter. De tilhører kategorien sjældne jordmagneter, fordi de er sammensat af neodym-, jern- og borelementer.

På grund af jernindholdet oxideres neodymjernbormagneter let og har dårlig korrosionsbestandighed og kræver ofte belægninger såsom nikkelbelægning, epoxybelægning eller zinkbelægning.

De er dog produkter med høj energitæthed (op til55 MGOe) med høj sejhed, og ved at bruge dem kan du bruge mindre harddiske, motorer og lydudstyr.

Driftstemperaturområdet for neodymmagneter er80°C to 200°C. Imidlertid neodymmaterialer af høj kvalitet, der kan fungere over120°Ckan blive ret dyrt.

I betragtning af omkostningseffektivitet er neodymmagneter absolut det første valg.

Måske tænker du, at arbejdstemperaturen på min magnet vil overstige 200°C, så er det umuligt at bruge magneten i dette miljø? Dette problem kan løses ved hjælp af sanitære koboltmagneter.

Salmium Cobalt (SmCo) is a premium permanent magnet material primarily made from cobalt and samarium, making it the most costly magnetic material to produce. Its high cost is mainly due to the significant cobalt content and the brittleness of the samarium alloy.

Disse permanente magneter er meget korrosionsbestandige og kan modstå temperaturer på op til350°C, og nogle gange endda op til500 degrees. Denne temperaturbestandighed giver dem en klar fordel i forhold til andre typer permanente magneter, der er mindre tolerante over for varme. Ligesom neodymmagneter har samariumkoboltmagneter også brug for belægninger for at forhindre korrosion.

Ulempen ved denne magnetsort er dog dens lave mekaniske styrke. Saltholdighed Koboltmagneter kan let blive skøre og udvikle revner. Ikke desto mindre, i tilfælde, hvor høj temperatur og korrosionsbestandighed er afgørende, kan samariumkoboltmagneter være den mest passende mulighed.

Neodymmagneter udmærker sig ved lavere temperaturer, mens Sammoniumkoboltmagneter klarer sig bedst vedhigher temperatures. Neodymmagneter er kendt for at være de mest kraftfulde permanente magneter ved stuetemperatur og op til cirka 180 grader Celsius baseret på remanent magnetisering (Br). Deres styrke falder dog betydeligt, når temperaturen stiger. Når temperaturerne nærmer sig 180 grader Celsius, begynder Sammonium-koboltmagneter atsurpassNeodymmagneter i ydeevne.

Sammoniumkobolt rangerer som den second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Det er almindeligt anvendt i luftfartsindustrien og andre sektorer, der prioriterer ydeevne frem for omkostninger.

Samarium-koboltmagneter, der blev udviklet i 1970'erne, udviser en højere magnetisk styrke sammenlignet med keramiske og aluminium-nikkel-kobolt-magneter, omend de ikke lever op til den magnetisme, som neodymmagneter tilbyder. Disse magneter er hovedsageligt klassificeret i to grupper baseret på deres energiniveauer. Den første gruppe, kendt somSm1Co5 (1-5), kan prale af et energiproduktsortiment, der spænder fra15 to 22 MGOe. På den anden side er den anden gruppe, Sm2Co17 (2-17)omfatter et energiområde på22-32 MGOe.

Både samariumkobolt- og neodymmagneter er fremstillet af pulveriserede metaller. De komprimeres under påvirkning af et potent magnetfelt, før de gennemgår en sintringsproces.

Neodymmagneter er meget følsomme over for miljøfaktorer, hvorimod samariumkoboltmagneter af sjældne jordarter udviser fremragende korrosionsbestandighed. Samariumkoboltmagneter kan tåle høje temperaturer uden at miste deres magnetisme, hvorimod neodymmagneter bør bruges forsigtigt over stuetemperatur. Neodymmagneter er mere holdbare sammenlignet med samariumkoboltmagneter og kan nemt bearbejdes og inkorporeres i magnetiske samlinger. Begge materialer kræver brug af diamantværktøj, EDM eller slibning under bearbejdningsprocessen.

Lad os derefter lære om Alnico-magneter

Aluminium nikkel kobolt magneter (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of aluminium, nikkel og kobolt.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.

På trods af deres bemærkelsesværdige remanens fører deres relativt beskedne sejhed til et reduceret magnetisk energiprodukt (BH)max sammenlignet med andre magnettyper. Støbt AlNiCo besidder evnen til at blive formet til indviklede former, hvorimod sintret AlNiCo udviser lidt mindre magnetiske egenskaber, men overlegne mekaniske egenskaber på grund af dens fine kornstruktur, hvilket resulterer i en ensartet fluxfordeling og forbedret mekanisk styrke.

Sintring AlNiCo omfatter induktionssmeltning, formaling til fine partikler, presning, sintring, test, belægning og magnetisering. Forskellige fremstillingsmetoder påvirker magnetens egenskaber, hvor sintring forbedrer mekaniske egenskaber og støbning øger energitætheden.

Sintrede AlNiCo-magneter fås i kvaliteter fra1.5 to 5.25 MGOe, mens støbte magneter spænder fra5.0 to 9.0 MGOe. Anisotrope AlNiCo-magneter tilbyder tilpassede magnetiseringsretningsmuligheder, hvilket giver værdifuld alsidighed.

Aluminium nikkel koboltlegeringer udviser høje maksimale driftstemperaturer og enestående korrosionsbestandighed. Nogle aluminiumnikkelkoboltkvaliteter kan fungere ved temperaturer, der overstiger500°C. Disse magneter bruges i vid udstrækning i mikrofoner, højttalere, elektriske guitar pickupper, motorer, rejsende bølgerør, Hall-sensorer og forskellige andre applikationer.

Lad os endelig forstå magneten med den største prisfordel, som er ferritmagnet.

Ferrit magneter, also known askeramiske magneter, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their økonomisk prissætning, effektiv korrosionsbestandighed og evne til at opretholde stabilitet ved høje temperaturer op til250°C.

Mens deres magnetiske egenskaber ernot as strong as those of NdFeB magnets, gør ferritmagneters omkostningseffektivitet dem velegnede tillarge-scalefremstilling. Denne omkostningsfordel stammer fra brugen af billige, let tilgængelige materialer, der er ikke-strategiske.

Keramiske magneter kan være isotrope, der viser ensartede magnetiske egenskaber i alle retninger, eller anisotrope, der viser magnetisering i overensstemmelse med spændingsretningen. De mest potente keramiske magneter kan opnå en magnetisk energi på 3.8 MGOe, hvilket gør dem til den svageste type permanente magnet. På trods af deres beskedne magnetiske egenskaber tilbyder de overlegen modstandsdygtighed over for afmagnetisering sammenlignet med andre magnettyper.

Keramiske magneter udviser enlow magnetic energy produkt og besiddelseexcellent corrosion resistance,Almindeligvis brugt sammen med komponenter med lavt kulstofindhold og velegnet til brug i miljøer med moderate temperaturer.

Fremstillingsprocessen af keramiske magneter involverer presning og sintring, med anbefalet brug af diamantslibeskiver på grund af deres skøre natur.

Generelt tilbyder keramiske magneter en balance mellem magnetisk styrke og omkostningseffektivitet, hvor deres skørhed modvirkes af fremragende korrosionsbestandighed. De er holdbare, modstandsdygtige over for afmagnetisering og en omkostningseffektiv mulighed for forskellige applikationer som legetøj, håndværk og motorer.

Sjældne jordarters magneter øger vægt- eller størrelsesovervejelserne betydeligt, mens ferriter er at foretrække til applikationer, der ikke kræver høj energitæthed, såsom elruder, sæder, kontakter, ventilatorer, blæsere i apparater, nogle elværktøjer og lydudstyr.