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Sei infastidito dal tempo di percorrenza a lunga distanza? Anche se possiamo raggiungere la tua destinazione prendendo la metropolitana, guidando e volando, sembra comunque che ci voglia molto tempo. Tuttavia, esiste una tecnologia che può fare un salto di qualità nel nostro tempo di pendolarismo, ed è la levitazione magnetica. Forse pensi che la levitazione magnetica esista solo nei film o nelle fiction televisive. Ma a luglio 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) e altri del Korea Institute of Science and Technology hanno formato un team per studiare il materiale. L'apatite di piombo puro è un isolante, ma secondo Sukbae Lee e altri, l'apatite di piombo drogata con rame che forma LK-99 è un superconduttore o un metallo a temperature più elevate. Sebbene non esista un materiale superconduttore confermato a temperatura ambiente a pressione normale, ci dà anche speranza! Vediamo come si comporta questo magico LK-99 sul magnete!

Credo che abbiate anche visto che quando il magnete si avvicina al materiale dal basso, il materiale si alza a causa della repulsione. Dopo aver cambiato i poli magnetici, il materiale si alza ancora a causa della repulsione quando si avvicina al materiale.

Questo "puntino nero" continua a cadere o a sollevarsi mentre il magnete NdFeB si avvicina e si allontana. Sia il polo S che il polo N sono efficaci, cioè la repulsione non ha nulla a che fare con il polo magnetico, mostrando anti-magnetismo.

Non parliamo del fatto che LK-99 sia davvero superconduttore. Il magnete permanente NdFeB può farlo levitare.

Parlando di magneti permanenti NdFeB, dobbiamo parlare di Tesla Model S.

Elon Musk è così audace che quando Tesla ha organizzato l'evento di lancio della sua prima berlina, la Model S, non l'ha nemmeno assemblata. Il telaio era basato sulla Mercedes-Benz CLS e i pannelli della carrozzeria in alluminio e il cofano motore erano incollati al telaio in acciaio con magneti al neodimio ferro boro.

Quando Tesla ha realizzato i suoi primi due modelli di auto a grandezza naturale, utilizzava motori a induzione per alimentare i veicoli. Questi motori erano basati sul design originale del motore di Nikola Tesla, che era un design brillante che precedeva l'invenzione dei magneti in terre rare di quasi 100 anni.

I motori asincroni generano il proprio magnetismo e azionano il rotore attraverso l'elettricità e funzionano senza alcun tipo di magnete permanente.

Il design del motore a induzione è buono, ma Tesla è passata ai motori a magneti permanenti per la Model 3 nel 2017 per una buona ragione: la Model 3 è un'auto più piccola e ha bisogno di un motore più piccolo ma ha comunque molta potenza.

Quindi, a partire dalla Model 3, Tesla ha utilizzato motori al neodimio ferro boro perché sono più poco ingombranti, più leggeri e possono generare più forza.

Utilizzo di magneti nelle auto: come aria condizionata, sistemi frenanti, motori di azionamento, pompe dell'olio, ecc.

Infatti, oltre ad essere utilizzati nelle automobili, i magneti sono anche ampiamente utilizzati negli altoparlanti dei telefoni cellulari, nelle cuffie, nei motori a vibrazione, negli elettromagneti, negli asciugacapelli, nei ventilatori, nei frigoriferi, nelle lavatrici, ecc.

(Percentuale di utilizzo del magnete)

Quindi, oltre ai magneti permanenti come l'NdFeB, quali sono gli altri tre principali tipi di magneti? Qual è il processo produttivo?

Diamo un'occhiata più da vicino!

Innanzitutto, capiamo il prodotto massimo di energia magnetica dei magneti

Attualmente, ci sono tre tipi di magneti: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

I magneti permanenti producono un campo magnetico che viene mantenuto anche in presenza di un campo magnetico opposto. I motori elettrici che utilizzano magneti permanenti sono più efficienti di quelli che non lo fanno. Attualmente, tutti i magneti potenti conosciuti contengono elementi di terre rare, che sono componenti chiave per i veicoli elettrici e le turbine eoliche. Elementi come il neodimio e il torio sono diventati materiali chiave a causa della crescente domanda e dell'offerta limitata.

I magneti permanenti sono unici in quanto, una volta prodotti, forniscono un flusso magnetico senzaenergy input, con conseguente azzeramento dei costi operativi. Al contrario, i magneti elettromagnetici richiedono una corrente continua per generare un campo magnetico.

Un'importante proprietà dei magneti permanenti è quella di mantenere il loro campo magnetico anche in presenza di un campo magnetico esterno opposto. Tuttavia, se la forza del campo magnetico opposto è sufficientemente alta, i nuclei magnetici interni del magnete permanente si allineeranno con il campo magnetico opposto, provocando la smagnetizzazione.

I magneti permanenti agiscono essenzialmente come dispositivi di accumulo di energia. L'energia viene iniettata durante il processo di magnetizzazione iniziale e, se prodotta e maneggiata correttamente, rimarrà nel magnete a tempo indeterminato. A differenza di una batteria, l'energia in un magnete non si esaurisce mai e rimane disponibile per l'uso. Questo perché i magneti non hanno alcun effetto netto sull'ambiente circostante. Invece, usano la loro energia per attrarre o respingere altri oggetti magnetici, aiutando nella conversione tra energia elettrica e meccanica.

L'energia di un campo magnetico è proporzionale al prodotto di B e H. Quando il prodotto di BH è massimizzato (indicato come (BH)max), il volume minimo di magnete è richiesto per produrre un dato campo magnetico in un dato spazio. Più alto è il (BH)max, minore è il volume del magnete necessario per produrre una data densità di flusso. (BH)max può essere pensato come l'energia magnetica statica per unità di volume del materiale del magnete. BH è misurato inMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

Nell'industria dei magneti permanenti, il prodotto di energia magnetica massima rappresenta la densità di energia magnetica del magnete permanente ed è il parametro più comunemente usato per caratterizzare le prestazioni dei magneti permanenti.

Classificazione dei magneti permanenti

I magneti permanenti possono essere suddivisi in quattro tipi:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)eceramic or ferrite magnets.

Cominciamo con i magneti più convenienti:Neodymium Iron Boron Magnets

I magneti al neodio (NdFeB) sono uno dei materiali a magneti permanenti più utilizzati nelle applicazioni commerciali, noti per la lorohigh magnetic energy productemagnetic strength.

I magneti al neodio sono ilstrongeste la maggior partecontroversialMagneti. Appartengono alla categoria dei magneti in terre rare perché sono composti da elementi al neodimio, ferro e boro.

A causa del contenuto di ferro, i magneti al neodimio ferro boro si ossidano facilmente e hanno una scarsa resistenza alla corrosione e spesso richiedono rivestimenti come nichelatura, rivestimento epossidico o rivestimento di zinco.

Tuttavia, si tratta di prodotti ad alta densità di energia (fino a55 MGOe) con un'elevata robustezza e il loro utilizzo consente di utilizzare unità disco rigido, motori e apparecchiature audio di dimensioni ridotte.

L'intervallo di temperatura di esercizio dei magneti al neodimio è80°C to 200°C. Tuttavia, materiali al neodimio di alta qualità che possono funzionare al di sopra120°Cpuò diventare piuttosto costoso.

Considerando l'economicità, i magneti al neodimio sono sicuramente la prima scelta.

Forse stai pensando che la temperatura di lavoro del mio magnete supererà i 200°C, quindi è impossibile utilizzare il magnete in questo ambiente? Questo problema può essere risolto con magneti sanitari al cobalto.

Salmium Cobalto (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.

Questi magneti permanenti sono altamente resistenti alla corrosione e possono resistere a temperature fino a350°C, e talvolta anche fino a500 degrees. Questa resilienza alla temperatura offre loro un netto vantaggio rispetto ad altri tipi di magneti permanenti che sono meno tolleranti al calore. Proprio come i magneti al neodimio, anche i magneti al samario cobalto necessitano di rivestimenti per prevenire la corrosione.

Tuttavia, lo svantaggio di questa varietà di magnete è la sua bassa resistenza meccanica. I magneti al cobalto Salinity possono facilmente diventare fragili e sviluppare crepe. Tuttavia, nei casi in cui le alte temperature e la resistenza alla corrosione sono essenziali, i magneti al samario cobalto potrebbero essere l'opzione più appropriata.

I magneti al neodimio eccellono a temperature più basse, mentre i magneti al sammonio cobalto offrono le migliori prestazioni ahigher temperatures. I magneti al neodimio sono noti per essere i più potenti magneti permanenti a temperatura ambiente e fino a circa 180 gradi Celsius in base alla magnetizzazione residua (Br). Tuttavia, la loro forza diminuisce significativamente all'aumentare della temperatura. Quando le temperature si avvicinano ai 180 gradi Celsius, i magneti al cobalto sammonico iniziano asurpassMagneti al neodimio in performance.

Il cobalto sammonio si classifica come il second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. È comunemente utilizzato nell'industria aerospaziale e in altri settori, dando priorità alle prestazioni rispetto ai costi.

I magneti al samario cobalto, sviluppati negli anni '70, mostrano una forza magnetica maggiore rispetto ai magneti in ceramica e alluminio-nichel-cobalto, anche se non sono all'altezza del magnetismo offerto dai magneti al neodimio. Questi magneti sono classificati principalmente in due gruppi in base ai loro livelli di energia. Il primo gruppo, noto comeSm1Co5 (1-5), vanta una gamma di prodotti energetici che spazia da15 to 22 MGOe. D'altra parte, il secondo gruppo, Sm2Co17 (2-17), comprende un intervallo di energia di22-32 MGOe.

Sia i magneti al samario cobalto che quelli al neodimio sono realizzati con metalli in polvere. Vengono compressi sotto l'influenza di un potente campo magnetico prima di essere sottoposti a un processo di sinterizzazione.

I magneti al neodimio sono altamente sensibili ai fattori ambientali, mentre i magneti in terre rare al samario cobalto mostrano un'eccellente resistenza alla corrosione. I magneti in terre rare di samario cobalto possono resistere a temperature elevate senza perdere il loro magnetismo, mentre i magneti al neodimio devono essere usati con cautela al di sopra della temperatura ambiente. I magneti al neodimio sono più durevoli rispetto ai magneti al samario cobalto e possono essere facilmente lavorati e incorporati in gruppi magnetici. Entrambi i materiali richiedono l'uso di utensili diamantati, elettroerosione o rettifica durante il processo di lavorazione.

Scopriamo ora i magneti in Alnico

Magneti in alluminio nichel cobalto (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of alluminio, nichel e cobalto.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.

Nonostante la loro notevole rimanenza, la loro tenacità relativamente modesta porta a una ridotta quantità di energia magnetica (BH)max rispetto ad altri tipi di magneti. L'AlNiCo fuso possiede la capacità di essere modellato in forme complesse, mentre l'AlNiCo sinterizzato mostra proprietà magnetiche leggermente inferiori ma proprietà meccaniche superiori grazie alla sua struttura a grana fine, con conseguente distribuzione uniforme del flusso e maggiore resistenza meccanica.

La sinterizzazione AlNiCo comprende la fusione a induzione, la macinazione in particelle fini, la pressatura, la sinterizzazione, il test, il rivestimento e la magnetizzazione. Vari metodi di produzione influiscono sulle proprietà del magnete, con la sinterizzazione che migliora gli attributi meccanici e la fusione che aumenta la densità di energia.

I magneti AlNiCo sinterizzati sono disponibili in gradi che vanno da1.5 to 5.25 MGOe, mentre i magneti fusi vanno da5.0 to 9.0 MGOe. I magneti anisotropi AlNiCo offrono opzioni personalizzate di direzione della magnetizzazione, fornendo una preziosa versatilità.

Le leghe di alluminio nichel cobalto presentano temperature massime di esercizio elevate e un'eccezionale resistenza alla corrosione. Alcuni gradi di alluminio nichel cobalto possono funzionare a temperature superiori a500°C. Questi magneti sono ampiamente utilizzati in microfoni, altoparlanti, pickup per chitarra elettrica, motori, tubi a onda mobile, sensori Hall e varie altre applicazioni.

Infine, cerchiamo di capire il magnete con il maggior vantaggio di prezzo, che è il magnete in ferrite.

Magneti in ferrite, also known asmagneti in ceramica, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their prezzi economici, efficace resistenza alla corrosione e capacità di mantenere la stabilità alle alte temperature fino a250°C.

Mentre le loro caratteristiche magnetiche sononot as strong as those of NdFeB magnets, l'economicità dei magneti in ferrite li rende adatti perlarge-scalemanifatturiero. Questo vantaggio in termini di costi deriva dall'uso di materiali economici e facilmente reperibili che non sono di natura strategica.

I magneti ceramici possono essere isotropi, mostrando proprietà magnetiche uniformi in tutte le direzioni, o anisotropi, mostrando magnetizzazione in allineamento con la direzione della sollecitazione. I magneti ceramici più potenti possono raggiungere un'energia magnetica di 3.8 MGOe, il che li rende il tipo più debole di magnete permanente. Nonostante le loro modeste proprietà magnetiche, offrono una resilienza superiore alla smagnetizzazione rispetto ad altri tipi di magneti.

I magneti in ceramica presentano unlow magnetic energy prodotto e possedereexcellent corrosion resistance,Comunemente utilizzato insieme a componenti in acciaio a basso tenore di carbonio e adatto per l'uso in ambienti a temperatura moderata.

Il processo di produzione dei magneti ceramici prevede la pressatura e la sinterizzazione, con l'uso consigliato di mole diamantate a causa della loro natura fragile.

In generale, i magneti ceramici offrono un equilibrio tra forza magnetica ed efficienza dei costi, con la loro fragilità contrastata da un'eccellente resistenza alla corrosione. Sono durevoli, resistenti alla smagnetizzazione e un'opzione conveniente per varie applicazioni come giocattoli, artigianato e motori.

I magneti in terre rare migliorano significativamente le considerazioni sul peso o sulle dimensioni, mentre le ferriti sono preferibili per applicazioni che non richiedono un'elevata densità di energia, come alzacristalli elettrici, sedili, interruttori, ventilatori, ventilatori negli elettrodomestici, alcuni utensili elettrici e apparecchiature audio.