Neki znanstveni podaci o maglevu koji vas mogu zanimati
Da li vas muči vrijeme dalekog putovanja na posao? Iako možemo stići do odredišta uzimanjem metra, vožnjom autom i letom, ipak nam čini da traje dugo. Međutim, postoji tehnologija koja može izvršiti kvalitativni skok u našem vremenu putovanja na posao, a to je magnetska levitacija. Možda mislite da se magnetska levitacija nalazi samo u filmovima ili serijama. Ali u srpnju 2023., Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) i drugi iz Južnokorejskog instituta znanosti i tehnologije prvi su formirali tim za istraživanje materijala. Čisto olovo apatit je dielektar, ali prema Sukbae Leeu i drugima, bakrenim dopiranom olovu apatitu koji obrazuje LK-99, superprovodnik je ili metal viših temperatura. Iako nema potvrdjenog sobnog temperaturnog superprovodnika pod normalnim tlakom, daje nam to i nadu! Pogledajmo kako ovaj čaroban LK-99 djeluje na magnet!
Vjerujem da ste također primijetili da kada se magnet približava materijalu s dolje, materijal se podiže zbog odbijanja. Nakon promjene magnetskih polova, materijal se još uvijek podiže zbog odbijanja prilikom približavanja materijalu.
Ova "mala crna točka" neprestano pada ili se podiže kako NdFeB magnet približava i udaljuje. Obje S i N polove djeluju, odnosno odbijanje nema veze s magnetskim poljem, što prikazuje anti-magnetizam.
Nemojmo govoriti je li LK-99 stvarno superprovodnik. NdFeB trajni magnet može ga činiti da lebdi.
Govoreći o NdFeB magnetima, moramo razgovarati o Teslinom modelu S.
Elon Musk je toliko hrabar da su tijekom predstavljanja prvog sedana, Model S, uopće nije sastavili. Podvozje je bilo temeljeno na Mercedes-Benz CLS, a aluminijevi blatovi i motorni kap su bile lepljene na čeljusten okvir s neodimijum-željezo-bor magnetima.
Kada je Tesla izradila svoja prva dva modela puno velikih automobila, koristila je indukcijske motor-e za poganjanje vozila. Ti motori su bili temeljeni na izvornom dizajnu motora Nikole Tesle, koji je bio sjajan dizajn koji je prethodio izumu redkim zemaljskim magnitima skoro 100 godina dana.
Indukcijski motori generiraju vlastitu magnetizaciju i pogone rotor kroz strujno, a rade bez bilo kakvih vrsta trajnih magneta.
Dizajn indukcijskog motora je dobar, ali je Tesla prešla na trajne magnetske motore za Model 3 u 2017. godini iz dobrih razloga: Model 3 je manji automobil, a treba mu manji motor, ali s još uvijek dovoljnom snagom.
Tako da, počevši od Modela 3, Tesla koristi neodim-želazo-bor motor-e jer su oni štedniji prostora, laksi, i mogu generirati više snage.
Upotreba magneta u automobilima: poput klimatizacije, sistem brezovanja, pogonski motori, ulja čivčeve, itd.
U stvari, pored upotrebe u automobilima, magneti se također široko koriste u zvučnicima mobilnih telefona, slusalnicama, vibracijskim motorima, elektromagnetima, sušilicama za kose, ventilatorima, hladnjacima, perilićima itd.
（Udio upotrebe magneta）
Dakle, osim trajnih magneta poput NdFeB-a, koji su još tri glavna vrste magneta? Što je proces proizvodnje?
Pogledajmo to malo bliže!
Prvo, razumijemo maksimalni magnetski energijski produkt magneta
Trenutno postoji tri vrste magneta : trajni magneti, privremeni magneti i elektromagneti.
Trajni magneti proizvode magnetsko polje koje se održava čak i u prisutnosti suprotnog magnetskog polja. Električni motori koji koriste trajne magnete su učinkovitiji od onih koji ih ne koriste. Trenutno, svi poznati jaki magneti sadrže redke zemlje, koje su ključni sastojci za električna vozila i vjetrogeneratore. Elementi kao što su neodim i torij su postali ključne materijale zbog rasta u potražnji i ograničenog ponuda.
Trajna magnetna čestica su jedinstvena time što, kada se proizvedu, pružaju magnetski fluks bez ulaganja energije , što rezultira nulski operativnim trošcima. U suprotnosti, elektromagneti zahtijevaju neprekinuti strujni tok kako bi generirali magnetsko polje.
Važna osobina trajnih magneta je da održavaju svoje magnetsko polje čak i u prisutnosti nasuprotstavljenog vanjskog magnetskog polja. Međutim, ako je jačina nasuprotstavljenog magnetskog polja dovoljno velika, unutrašnji magnetski jezici trajnog magnetskog čestica uskladiće se s nasuprotstavljenim magnetskim poljem, što će rezultirati demagnetizacijom.
Trajne magneze su u suštini uređaji za pohranu energije. Energetski se uloži tijekom početnog magnetizacijskog procesa, a ako su ispravno proizvedene i rukovane, ostati će u magnetu beskonačno dugo. U suprotnosti s baterijom, energija u magnetu nikada ne istaje i uvijek je dostupna za uporabu. To je zato što magnetske imaju nulu neto utjecaja na okruženje. Umjesto toga, koriste svoju energiju da privuku ili odbiju druge magnetske objekte, čime pomažu u pretvorbi između električne i mehaničke energije.
Energija magnetskog polja je proporcionalna produktu B i H. Kada je produkt BH maksimiziran (označen kao (BH)max , potreban je minimalni volumen magneta za stvaranje određenog magnetskog polja u određenoj razmaku. Čim veći je (BH)max, manji je volumen magneta koji je potreban za stvaranje određene gustoće fluksa. (BH)max može se shvatiti kao statička magnetska energija po jedinici volumena materijala magneta. BH mjeri se u Mega-Gaussovima Oerstedama (MGOe) ili kJ/m³.
U industriji trajnih magnetskih materijala, maksimalni proizvod magnetske energije predstavlja gustoku magnetske energije trajnog magnetskog materijala i najčešće se koristi kao parametar za karakterizaciju performansi trajnih magnetskih materijala.
Klasifikacija trajnih magnetskih materijala
Trajni magnetski materijali se mogu podijeliti u četiri vrste: neodimijum željezo bor (NdFeB) , s druge strane, u skladu s člankom 6. stavkom 1. ,aluminij nikl kobalt (AlNiCo) , i keramični ili ferit magnetski materijali .
Počnimo s najekonomičnijim magnetskim materijalima: Magneti od neodimijuma, željeza i bora
Neodimijumovi magneti (NdFeB) jedni su od najšire korištenih trajnih magnetskih materijala u komercijalnim primjenama, poznati po svojim visokim vrijednostima magnetskog proizvoda energije i magnetska jačina.
Neodimski magneti su najjači i naj kontroverzijalniji magneti. Pripadaju kategoriji redkозemaljskih magneta jer se sastoje od neodimа, želезa i borа.
Zbog sadržaja želезa, neodimski-željezni-borani magneti se lako oksidiraju i imaju lošu otpornost na koroziju, te često zahtijevaju obloge kao što su nikl plastičenje, epoksidna obloga ili cinka plastičenje.
Međutim, oni su proizvodi s visokom gustoćom energije (do 55 MGOe ) s visokom očvršćinom, a njihova uporaba omogućuje manje dimenzije tvrdim diskovima, motorima i audio opremi.
Radna temperaturna raspon neodimnih magneta je 80°C do 200°C . Međutim, visokokvalitetni neodimski materijali koji mogu raditi iznad 120°C mogu postati prilično skupi.
Imajući na umu odnos cijena-ekonomičnost, neodimski magneti su sigurno prva opcija.
Možda mislite da će radna temperatura mojeg magnetskog materijala premašiti 200°C, pa je nemoguće upotrijebiti magnet u ovom okruženju? Ovaj problem može biti riješen korištenjem sanitarnih kobaltnih magneta.
Salmij-Kobalt (SmCo) je premium trajni magnetski materijal glavno sastavljen od kobalta i salmijska, čime postaje najskuplji magnetski materijal za proizvodnju. Njegova visoka cijena uglavnom je posljedica značajne količine kobalta i hrapavosti salmijske legure.
Ovi trajni magneti su vrlo otporni na koroziju i mogu izdržati temperature do 350°C , a ponekad čak i do 500 stupnjeva . Ova otpornost na temperaturu daje im jedinstvenu prednost u odnosu na druge vrste trajnih magnetskih materijala koji su manje tolerancijski prema toploti. Slično neodimovim magnetima, samarij-kobaltovim magnetima također trebaju obloge kako bi se sprečila korozija.
Međutim, nedostatak ovog tipa magneta je njihova niska mehanička jačina. Samarij-kobaltovi magneti lako mogu postati hruščavi i razviti prske. U svakom slučaju, u situacijama gdje su otpornost na visoke temperature i otpornost na koroziju ključne, samarij-kobaltovi magneti mogu biti najprikladnija opcija.
Neodimovi magneti izdvajaju se u nižim temperaturama, dok se magneti Samarij-Kobalt najbolje nose u višim temperaturama . Neodimovi magneti poznati su kao najmoćniji trajni magneti pri sobnoj temperaturi i do oko 180 stupnjeva Celzijusa temeljem remanentne magnetizacije (Br). Međutim, njihova jačina značajno pada s porastom temperature. Kada temperature približavaju 180 stupnjeva Celzijusa, magneti Samarij-Kobalt počinju premašiti Neodimski magneti u performansama.
Samarsko Kobalt se smatra drugim najjačim magnetskim materijalom i ima izuzetnu otpornost na demagnetizaciju . Uobičajeno se koristi u aerokosmijskoj industriji i drugim sektorima koji privrede performansi umjesto cijeni.
Magnetovi od samarskog kobalta, razvijeni u 1970-ima, prikazuju veću magnetsku jačinu u usporedbi s keramičkim i aluminijum-nikl-kobalt magnetskim magnetima, iako padaše krace u odnosu na magnetizam koji nude neodimski magneti. Ovi magneti su glavno podijeljeni u dvije skupine ovisno o svojim energetskim razinama. Prva skupina, poznata kao Sm1Co5 (1-5) , ima opseg energije koji se proteže od 15 do 22 MGOe . S druge strane, druga skupina, Sm2Co17 (2-17) , obuhvata raspon energije 22-32 MGOe .
Sveoblikovani samarij-kobalt i neodim magnetski materijali se izrađuju od metalne prašine. Prije nego što idu u proces sinteriranja, pritiskaju se pod utjecajem jake magnetske pojasne.
Neodim magnetski materijali su vrlo osjetljivi na okolišne uvjete, dok redki zemljični samarij-kobalt magnetski materijali posjeduju odličnu otpornost na koroziju. Samarij-kobaltovi redki zemljični magnetski materijali mogu istrajati visoke temperature bez gubitka magnetizma, dok treba pažljivo koristiti neodimove magnetske materijale iznad sobne temperature. Neodim magnetski materijali su čvršći u usporedbi s samarij-kobalt magnetskim materijalima i lako se obrade te se mogu ugraditi u magnetske montaže. Oba materijala zahtijevaju korištenje dijamantskih alata, EDM ili šlehanje tijekom procesa obrade.
Sljedeće ćemo naučiti o Alnico magnetskim materijalima
Aluminij-Nikel-Kobalt Magneti (AlNiCo) predstavljaju klasične trajne magnetske materijale koji uglavnom sadrže aluminij, nikel i kobalt. Stoje kao jedna od najranijih suvremenih trgovinskih trajnih magnetskih sustava, inoviranih od strane T. Mishima u Japanu tijekom početka 20. stoljeća.
Iako posjeduju značajnu remanenciju, njihova relativno umjerena održivost vodi do smanjenog magnetskog energijskog produkta (BH)max u usporedbi s drugim vrstama magnetskih materijala. Liveno AlNiCo može biti oblikovano u složene oblike, dok sinterirano AlNiCo prikazuje malo niža magnetska svojstva ali bolja mehanička svojstva zbog svoje finozične crnčane strukture, što rezultira jednolikom distribucijom fluksa i poboljšanom mehaničkom čvrstošću.
Sinteriranje AlNiCo obuhvaća induktivno topljenje, drsenje u fino česticu, pritiskivanje, sinteriranje, testiranje, obložavanje i magnetiziranje. Različiti načini proizvodnje utječu na svojstva magnetskog materijala, sinteriranje poboljšava mehaničke karakteristike, a livenje povećava gustoću energije.
Sinterirani AlNiCo magneti dolaze u klasama koje se protežu od 1,5 do 5,25 MGOe , dok liveni magneti obuhvataju raspon od 5,0 do 9,0 MGOe . Anizotropni AlNiCo magneti nude prilagođene opcije smjera magnetizacije, pružajući cijenu pogodnosti.
Aluminijum Nikl Kobalt legure izražuju visoke maksimalne radne temperature i izuzetnu otpornost na koroziju. Neki Aluminijum Nikl Kobalt razredi mogu funkcionirati pri temperaturama preko 500°C. Ti magneti se široko koriste u mikrofonima, zvučnicima, električnim gitarim uzorkovima, motorima, putnim valovitim cijevima, Hal senzorima i mnogim drugim primjenama.
Napokon, razumijemo magnet s najvećom cijenom prednosti, što je ferit magnet.
Ferit magneti , također poznat kao keramički magneti , sastoji se od praženog oksida željeza zajedno s materijalima poput barijum karbonata ili strontijum karbonata. Ti magneti poznati su po svojoj ekonomičnoj cijeni, učinkovitoj otpornosti na koroziju i sposobnosti održavanja stabilnosti pri visokim temperaturama do 250°C.
Dok su njihove magnetske karakteristike nije toliko jake kao one NdFeB magnetskih , ekonomičnost ferritnih magnetskih čini ih prilagođenim za masovnu proizvodnju. Ova ekonomična prednost izvire iz uporabe jeftinijih, lako dostupnih materijala koji nisu strategički po prirodi.
Keramički magneti mogu biti izotropni, prikazujući jednolike magnetske svojstva u svim smjerovima, ili anizotropni, prikazujući magnetizaciju u poravnanju s smjerom napona. Najsnažniji keramički magneti mogu postići magnetsku energiju od 3.8 MGOe , čime su najslabija vrsta trajnog magnetskog. Iako imaju umjerena magnetska svojstva, nudite veću otpornost na demagnetizaciju u usporedbi s drugim vrstama magnetskih.
Keramički magneti imaju niska magnetska energija proizvod i posjeduje odličnu otpornost na koroziju, uobičajeno se koriste uz komponente niskougljenikaste ocele i prilagođene su upotrebi u srednjim temperaturnim okruženjima.
Proces proizvodnje keramičnih magnetskih materijala uključuje tlačenje i spajanje, pri čemu se zbog njihove hrapavosti preporučuje korištenje dijamantskih šlifirajućih kotača.
Uopće, keramični magneti nude ravnotežu između magnetske snage i troškovne učinkovitosti, s njihovom hrapavosti koja se potisne odličnom otpornosti na koroziju. Oni su trajni, otporni na demagnetizaciju i ekonomičan izbor za razne primjene poput igračaka, umjetničkih radova i motora.
Redkозemaljski magneti značajno poboljšavaju težinske ili dimenzione parametre, dok su feriti bolji izbor za primjene koje ne zahtijevaju visoku energetsku gustoću, kao što su električna prozora, sjedala, prekidači, ventilatori, dvigalo u uređajima, neke elektro alate i audio opremu.
