Mitä sinun on tiedettävä magneeteista ennen magneettisen levitaation ymmärtämistä

Häiritseekö sinua pitkän matkan työmatka-aika? Vaikka pääsemme määränpäähäsi metrolla, ajamalla ja lentämällä, tuntuu silti siltä, että se kestää kauan. On kuitenkin olemassa tekniikka, joka voi tehdä laadullisen harppauksen työmatka-ajassamme, ja se on magneettinen levitaatio. Ehkä sinusta tuntuu, että magneettista levitaatiota esiintyy vain elokuvissa tai TV-draamoissa. Mutta heinäkuussa 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) ja muut Korean tiede- ja teknologiainstituutista muodostivat ensin ryhmän tutkimaan materiaalia. Puhdas lyijyapatiitti on eriste, mutta Sukbae Leen ja muiden mukaan kuparilla seostettu lyijyapatiitti, joka muodostaa LK-99: n, on suprajohde tai metalli korkeammissa lämpötiloissa. Vaikka huoneenlämpöistä suprajohtavaa materiaalia ei ole vahvistettu normaalipaineessa, se antaa meille myös toivoa! Katsotaanpa, kuinka tämä maaginen LK-99 toimii magneetilla!

Uskon, että olet myös nähnyt, että kun magneetti lähestyy materiaalia alhaalta, materiaali nousee ylös hylkimisen vuoksi. Magneettisten napojen vaihtamisen jälkeen materiaali nousee edelleen ylös hylkimisen vuoksi lähestyessään materiaalia.

Tämä "pieni musta piste" putoaa tai nousee seisomaan, kun NdFeB-magneetti lähestyy ja siirtyy poispäin. Sekä S-napa että N-napa ovat tehokkaita, toisin sanoen hylkimisellä ei ole mitään tekemistä magneettinavan kanssa, mikä osoittaa antimagnetismia.

Älkäämme puhuko siitä, onko LK-99 todella suprajohtava. NdFeB-kestomagneetti voi saada sen levitoimaan.

Kun puhutaan NdFeB-kestomagneeteista, meidän on puhuttava Tesla Model S: stä.

Elon Musk on niin rohkea, että kun Tesla järjesti ensimmäisen sedanin, Model S: n, lanseeraustapahtuman, he eivät edes koonneet sitä. Alusta perustui Mercedes-Benz CLS: ään, ja alumiiniset koripaneelit ja moottorin kansi liimattiin teräsrunkoon neodyymirautaboorimagneeteilla.

Kun Tesla valmisti kaksi ensimmäistä täysikokoista automalliaan, he käyttivät induktiomoottoreita ajoneuvojen voimanlähteenä. Nämä moottorit perustuivat Nikola Teslan alkuperäiseen moottorisuunnitteluun, joka oli loistava muotoilu, joka edelsi harvinaisten maametallien magneettien keksimistä lähes 100 vuotta.

Induktiomoottorit tuottavat oman magnetisminsa ja ajavat roottoria sähkön läpi, ja ne toimivat ilman minkäänlaisia kestomagneetteja.

Induktiomoottorin suunnittelu on hyvä, mutta Tesla vaihtoi kestomagneettimoottoreihin Model 3: lle vuonna 2017 hyvästä syystä: Model 3 on pienempi auto, ja se tarvitsee pienemmän moottorin, mutta siinä on silti paljon tehoa.

Joten alkaen Model 3: sta, Tesla käytti neodyymirautaboorimoottoreita, koska ne ovat tilaa säästävämpiä, kevyempiä ja voivat tuottaa enemmän voimaa.

Magneettien käyttö autoissa: kuten ilmastointi, jarrujärjestelmät, käyttömoottorit, öljypumput jne.

Itse asiassa autojen lisäksi magneetteja käytetään laajalti myös matkapuhelinten kaiuttimissa, kuulokkeissa, tärinämoottoreissa, sähkömagneeteissa, hiustenkuivaajissa, tuulettimissa, jääkaapeissa, pesukoneissa jne.

(Magneetin käytön osuus)

Joten mitkä ovat NdFeB: n kaltaisten kestomagneettien lisäksi kolme muuta päämagneettityyppiä? Mikä on tuotantoprosessi?

Katsotaanpa tarkemmin!

Ensinnäkin ymmärretään magneettien suurin magneettinen energiatuote

Tällä hetkellä magneetteja on kolmenlaisia: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

Kestomagneetit tuottavat magneettikentän, joka säilyy jopa vastakkaisen magneettikentän läsnä ollessa. Kestomagneetteja käyttävät sähkömoottorit ovat tehokkaampia kuin ne, jotka eivät. Tällä hetkellä kaikki tunnetut vahvat magneetit sisältävät harvinaisia maametalleja, jotka ovat sähköajoneuvojen ja tuuliturbiinien avainkomponentteja. Neodyymin ja toriumin kaltaisista alkuaineista on tullut keskeisiä materiaaleja kasvavan kysynnän ja rajallisen tarjonnan vuoksi.

Kestomagneetit ovat ainutlaatuisia siinä mielessä, että kun ne on valmistettu, ne tarjoavat magneettivuon ilmanenergy input, jolloin käyttökustannukset ovat nolla. Sitä vastoin sähkömagneettiset magneetit vaativat jatkuvaa virtaa magneettikentän tuottamiseksi.

Kestomagneettien tärkeä ominaisuus on, että ne säilyttävät magneettikenttänsä jopa vastakkaisen ulkoisen magneettikentän läsnä ollessa. Jos vastakkaisen magneettikentän voimakkuus on kuitenkin riittävän korkea, kestomagneetin sisäiset magneettiset ytimet ovat linjassa vastakkaisen magneettikentän kanssa, mikä johtaa demagnetoitumiseen.

Kestomagneetit toimivat pääasiassa energian varastointilaitteina. Energiaa ruiskutetaan ensimmäisen magnetointiprosessin aikana, ja jos se valmistetaan ja käsitellään oikein, se pysyy magneetissa loputtomiin. Toisin kuin akussa, magneetin energia ei lopu koskaan ja pysyy käytettävissä. Tämä johtuu siitä, että magneeteilla ei ole nettovaikutusta ympäristöönsä. Sen sijaan he käyttävät energiaansa vetääkseen puoleensa tai torjuakseen muita magneettisia esineitä, mikä auttaa muuntamaan sähköistä ja mekaanista energiaa.

Magneettikentän energia on verrannollinen B: n ja H: n tuloon. Kun BH: n tuote maksimoidaan (merkitään nimellä (BH)max), magneetin vähimmäistilavuus tarvitaan tietyn magneettikentän tuottamiseen tietyssä aukossa. Mitä suurempi (BH)max, sitä pienempi magneettitilavuus tarvitaan tietyn vuon tiheyden tuottamiseen. (BH)max voidaan ajatella staattisena magneettisena energiana magneettimateriaalin tilavuusyksikköä kohti. BH mitataanMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

Kestomagneettiteollisuudessa suurin magneettinen energiatuote edustaa kestomagneetin magneettista energiatiheyttä ja on yleisimmin käytetty parametri kestomagneettien suorituskyvyn karakterisoimiseksi.

Kestomagneettien luokitus

Kestomagneetit voidaan jakaa neljään tyyppiin:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)jaceramic or ferrite magnets.

Aloitetaan kustannustehokkaimmista magneeteista:Neodymium Iron Boron Magnets

Neodiummagneetit (NdFeB) ovat yksi kaupallisissa sovelluksissa yleisimmin käytetyistä kestomagneettimateriaaleista, joka tunnetaanhigh magnetic energy productjamagnetic strength.

Neodiummagneetit ovatstrongestja useimmatcontroversialMagneetit. Ne kuuluvat harvinaisten maametallien magneettien luokkaan, koska ne koostuvat neodyymi-, rauta- ja boorielementeistä.

Rautapitoisuuden vuoksi neodyymirautaboorimagneetit hapettuvat helposti ja niillä on huono korroosionkestävyys, ja ne vaativat usein pinnoitteita, kuten nikkelipinnoitusta, epoksipinnoitetta tai sinkkipinnoitetta.

Ne ovat kuitenkin korkean energiatiheyden tuotteita (jopa55 MGOe) erittäin sitkeästi, ja niiden käyttö mahdollistaa pienemmät kiintolevyasemat, moottorit ja äänilaitteet.

Neodyymimagneettien käyttölämpötila-alue on80°C to 200°C. Kuitenkin korkealaatuiset neodyymimateriaalit, jotka voivat toimia edellä120°Cvoi tulla melko kalliiksi.

Kustannustehokkuuden kannalta neodyymimagneetit ovat ehdottomasti ensimmäinen valinta.

Ehkä ajattelet, että magneettini käyttölämpötila ylittää 200 °C, joten onko mahdotonta käyttää magneettia tässä ympäristössä? Tämä ongelma voidaan ratkaista saniteettikobolttimagneeteilla.

Salmiumkoboltti (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.

Nämä kestomagneetit ovat erittäin korroosionkestäviä ja kestävät jopa lämpötilaa350°C, ja joskus jopa500 degrees. Tämä lämpötilan kestävyys antaa niille selkeän edun verrattuna muun tyyppisiin kestomagneetteihin, jotka sietävät vähemmän lämpöä. Aivan kuten neodyymimagneetit, samarium-kobolttimagneetit tarvitsevat myös pinnoitteita korroosion estämiseksi.

Tämän magneettilajikkeen haittapuoli on kuitenkin sen alhainen mekaaninen lujuus. Suolapitoisuus Kobolttimagneetit voivat helposti muuttua hauraiksi ja kehittää halkeamia. Kuitenkin tapauksissa, joissa korkea lämpötila ja korroosionkestävyys ovat välttämättömiä, samarium-kobolttimagneetit voivat olla sopivin vaihtoehto.

Neodyymimagneetit ovat erinomaisia alhaisemmissa lämpötiloissa, kun taas ammoniumkobolttimagneetit toimivat parhaitenhigher temperatures. Neodyymimagneetit tunnetaan tehokkaimmista kestomagneeteista huoneenlämpötilassa ja jopa noin 180 celsiusasteessa remanentin magnetoinnin (Br) perusteella. Niiden lujuus kuitenkin heikkenee merkittävästi lämpötilan noustessa. Kun lämpötila lähestyy 180 celsiusastetta, ammoniumkobolttimagneetit alkavatsurpassNeodyymimagneetit suorituskyvyssä.

Sammonium Cobalt on second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Sitä käytetään yleisesti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa ja muilla aloilla asettamalla suorituskyky kustannusten edelle.

1970-luvulla kehitetyillä Samarium-kobolttimagneeteilla on suurempi magneettinen lujuus kuin keraamisilla ja alumiini-nikkeli-kobolttimagneeteilla, vaikka ne eivät yllä neodyymimagneettien tarjoamaan magnetismiin. Nämä magneetit luokitellaan pääasiassa kahteen ryhmään niiden energiatasojen perusteella. Ensimmäinen ryhmä, joka tunnetaan nimelläSm1Co5 (1-5), tarjoaa energiatuotevalikoiman, joka kattaa15 to 22 MGOe. Toisaalta toinen ryhmä, Sm2Co17 (2-17), jonka energia-alue on22-32 MGOe.

Sekä samarium-koboltti- että neodyymimagneetit valmistetaan jauhemaisista metalleista. Ne puristetaan voimakkaan magneettikentän vaikutuksesta ennen sintrausprosessia.

Neodyymimagneetit ovat erittäin herkkiä ympäristötekijöille, kun taas samarium-kobolttimagneeteilla on erinomainen korroosionkestävyys. Samarium-kobolttimagneetit kestävät korkeita lämpötiloja menettämättä magnetismiaan, kun taas neodyymimagneetteja tulisi käyttää varoen huoneenlämpötilan yläpuolella. Neodyymimagneetit ovat kestävämpiä kuin samarium-kobolttimagneetit, ja ne voidaan helposti työstää ja sisällyttää magneettisiin kokoonpanoihin. Molemmat materiaalit edellyttävät timanttityökalujen, EDM: n tai hionnan käyttöä työstöprosessin aikana.

Seuraavaksi opimme Alnico-magneeteista

Alumiiniset nikkelikobolttimagneetit (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of alumiini, nikkeli ja koboltti.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.

Huolimatta niiden huomattavasta remanenssista, niiden suhteellisen vaatimaton sitkeys johtaa pienempään magneettienergiatuotteeseen (BH) max verrattuna muihin magneettityyppeihin. Valetulla AlNiColla on kyky muotoilla monimutkaisiin muotoihin, kun taas sintratulla AlNiColla on hieman vähemmän magneettisia ominaisuuksia, mutta erinomaiset mekaaniset ominaisuudet hienorakeisen rakenteensa ansiosta, mikä johtaa tasaiseen vuon jakautumiseen ja parannettuun mekaaniseen lujuuteen.

AlNiCon sintraus käsittää induktiosulatuksen, hienoiksi hiukkasiksi jauhamisen, puristamisen, sintrauksen, testauksen, pinnoituksen ja magnetoinnin. Erilaiset valmistusmenetelmät vaikuttavat magneetin ominaisuuksiin, sintraus parantaa mekaanisia ominaisuuksia ja valu lisää energiatiheyttä.

Sintrattuja AlNiCo-magneetteja on saatavana eri laatuina1.5 to 5.25 MGOe, kun taas valetut magneetit vaihtelevat5.0 to 9.0 MGOe. Anisotrooppiset AlNiCo-magneetit tarjoavat räätälöityjä magnetointisuuntavaihtoehtoja, jotka tarjoavat arvokasta monipuolisuutta.

Alumiininikkeli-kobolttiseoksilla on korkeat maksimikäyttölämpötilat ja poikkeuksellinen korroosionkestävyys. Jotkut alumiininikkelikobolttilaadut voivat toimia yli lämpötiloissa500°C. Näitä magneetteja käytetään laajasti mikrofoneissa, kaiuttimissa, sähkökitaramikeissä, moottoreissa, liikkuvissa aaltoputkissa, Hall-antureissa ja monissa muissa sovelluksissa.

Lopuksi ymmärrämme magneetin, jolla on eniten hintaetua, joka on ferriittimagneetti!

Ferriittimagneetit, also known askeraamiset magneetit, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their taloudellinen hinnoittelu, tehokas korroosionkestävyys ja kyky ylläpitää vakautta korkeissa lämpötiloissa jopa250 °C.

Vaikka niiden magneettiset ominaisuudet ovatnot as strong as those of NdFeB magnets, ferriittimagneettien kustannustehokkuus tekee niistä hyvin sopivialarge-scalevalmistus. Tämä kustannusetu johtuu edullisten, helposti saatavilla olevien materiaalien käytöstä, jotka eivät ole luonteeltaan strategisia.

Keraamiset magneetit voivat olla isotrooppisia, joilla on yhtenäiset magneettiset ominaisuudet kaikkiin suuntiin, tai anisotrooppisia, jotka osoittavat magnetoitumista jännityssuunnan mukaisesti. Tehokkaimmat keraamiset magneetit voivat saavuttaa magneettisen energian 3.8 MGOe, mikä tekee niistä heikoimman kestomagneettityypin. Vaatimattomista magneettisista ominaisuuksistaan huolimatta ne tarjoavat erinomaisen joustavuuden demagnetoitumiselle verrattuna muihin magneettityyppeihin.

Keraamisilla magneeteilla onlow magnetic energy tuote ja hallussapitoexcellent corrosion resistance,Käytetään yleisesti vähähiilisten teräskomponenttien rinnalla ja soveltuu käytettäväksi kohtuullisissa lämpötiloissa.

Keraamisten magneettien valmistusprosessiin kuuluu puristaminen ja sintraus, ja timanttihiomalaikkojen käyttöä suositellaan niiden hauraan luonteen vuoksi.

Yleensä keraamiset magneetit tarjoavat tasapainon magneettisen lujuuden ja kustannustehokkuuden välillä, ja niiden haurautta kompensoi erinomainen korroosionkestävyys. Ne ovat kestäviä, kestävät demagnetointia ja ovat kustannustehokas vaihtoehto erilaisiin sovelluksiin, kuten leluihin, käsitöihin ja moottoreihin.

Harvinaisten maametallien magneetit parantavat merkittävästi paino- tai kokonäkökohtia, kun taas ferriitit ovat suositeltavia sovelluksissa, jotka eivät vaadi suurta energiatiheyttä, kuten sähköikkunat, istuimet, kytkimet, tuulettimet, laitteiden puhaltimet, jotkut sähkötyökalut ja äänilaitteet.