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Ti dà fastidio il tempo di pendolarismo? Anche se possiamo raggiungere la vostra destinazione prendendo la metropolitana, guidando e volando, sembra ancora che ci voglia molto tempo. Tuttavia, c'è una tecnologia che può fare un salto qualitativo nel nostro tempo di spostamento, e questa è la levitazione magnetica. Forse pensate che la levitazione magnetica esista solo nei film o nei drammi televisivi. Ma nel luglio 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) e altri dell'Istituto di Scienza e Tecnologia della Corea formarono per la prima volta un team per studiare il materiale. L'apatite di piombo puro è un isolante, ma secondo Sukbae Lee e altri, l'apatite di piombo dopata di rame che forma LK-99 è un superconduttore, o un metallo a temperature più elevate. Anche se non esiste un materiale superconduttore a temperatura ambiente a pressione normale, esso ci dà speranza! Vediamo come funziona questo magico LK-99 sul magnete!

                     

 

Credo che abbiate anche visto che quando il magnete si avvicina al materiale da sotto, il materiale si alza a causa della repulsione. Dopo aver cambiato i poli magnetici, il materiale rimane in piedi a causa della repulsione quando si avvicina al materiale.

 

Questo "piccolo punto nero" continua a cadere o a rialzarsi 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 di se LK-99 sia davvero superconduttore. Il magnete permanente NdFeB può farlo levitare.

 

A proposito di magneti permanenti NdFeB, dobbiamo parlare del Tesla Model S.

 

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

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

 

I motori a induzione generano il proprio magnetismo e guidano il rotore attraverso l'elettricità, e funzionano senza alcun tipo di magneti permanenti.

 

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

 

Quindi, a partire dalla Model 3, Tesla ha usato motori al boro di ferro al neodimio perché risparmiano più spazio, sono più leggeri e possono generare più forza.

 

Utilizzo di magneti nelle automobili: ad esempio aria condizionata, sistemi di frenatura, motori motori, pompe di olio, ecc.

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

(Proporzione di utilizzo di magneti)

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

 

Diamo un'occhiata da vicino!

 

Prima, vediamo il prodotto massimo di energia magnetica dei magneti

 

Attualmente, ci sono tre tipi di magneti : magneti permanenti, magneti temporanei ed elettromagneti.

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

 

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

 

Una proprietà importante dei magneti permanenti è che mantengono il loro campo magnetico anche in presenza di un campo magnetico esterno opposto. Tuttavia, se la forza del campo magnetico opposto è abbastanza alta, i nuclei magnetici interni del magnete permanente si allineeranno con il campo magnetico opposto, con conseguente demagnetizzazione.

 

I magneti permanenti fungono essenzialmente da dispositivi di stoccaggio dell'energia. L'energia viene iniettata durante il processo iniziale di magnetizzazione e, se prodotta e maneggiata correttamente, rimarrà nel magnete per sempre. A differenza di una batteria, l'energia di 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 (denotato come (BH) max) , il volume minimo di magnete necessario per produrre un dato campo magnetico in un dato spazio. Più è elevato il (BH) max, più è piccolo il volume del magnete necessario per produrre una data densità di flusso. (BH) max può essere considerata come l'energia magnetica statica per unità di volume del materiale magnetico. BH è misurato in "Termine di prova" (Termine di prova)

 

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 utilizzato per caratterizzare le prestazioni dei magneti permanenti.

 

Classificazione degli magneti permanenti

Gli magneti permanenti possono essere suddivisi in quattro tipi: borone di ferro di neodimio (NdFeB) , cobalt di samario (SmCo) ,di alluminio-nickel-cobalto (AlNiCo) , e magneti di ceramica o di ferrite .

 

Cominciamo con i magneti più convenienti: Magneti al boro di ferro al neodimio

 

 

I magneti al neodio (NdFeB) sono uno dei materiali a magnete permanente più utilizzati in applicazioni commerciali, noti per la loro prodotto ad alta energia magnetica e forza magnetica.

 

I magneti al neodio sono i più forte e la maggior parte controversa magneti. Appartengono alla categoria dei magneti delle terre rare perché sono composti da elementi di neodimio, ferro e boro.

 

A causa del contenuto di ferro, i magneti al boro di ferro al neodimio sono facilmente ossidati e hanno scarsa resistenza alla corrosione e spesso richiedono rivestimenti come rivestimento al nichel, rivestimento epossidico o rivestimento in zinco.

 

Tuttavia, si tratta di prodotti ad alta densità energetica (fino a 55 MGOe ) con elevata resistenza, e l'uso di questi consente di ridurre le dimensioni di hard disk, motori e apparecchiature audio.

 

L'intervallo di temperatura di funzionamento dei magneti al neodimio è 80°C a 200°C - Non lo so. Tuttavia, i materiali al neodimio di alta qualità che possono funzionare al di sopra 120°C può diventare molto costoso.

 

Considerando il costo-efficacia, i magneti al neodimio sono sicuramente la prima scelta.

 

Forse pensate che la temperatura di lavoro del mio magnete supererà i 200°C, quindi è impossibile usare il magnete in questo ambiente? Questo problema potrebbe essere risolto con magneti sanitari a cobalto.

 

 

Cobalto di salmio (SmCo) è un materiale di magnete permanente di prim'ordine, realizzato principalmente da cobalto e samario, che lo rende il materiale magnetico più costoso da produrre. Il suo alto costo è dovuto principalmente al notevole contenuto di cobalto e alla fragilità della lega di samario.

 

Questi magneti permanenti sono altamente resistenti alla corrosione e possono resistere a temperature fino a 350°C , e talvolta anche fino a 500 gradi - Non lo so. Questa resistenza alla temperatura dà loro un vantaggio distinto rispetto ad altri tipi di magneti permanenti che sono meno tolleranti al calore. Proprio come i magneti al neodimio, anche i magneti al cobalto al samario hanno bisogno di rivestimenti per evitare la corrosione.

 

Tuttavia, l'aspetto negativo di questa varietà di magneti è la sua bassa resistenza meccanica. Magneti di salinità Il cobalto può diventare fragile e sviluppare crepe. Tuttavia, nei casi in cui sono essenziali elevate temperature e resistenza alla corrosione, i magneti al cobalto di samario potrebbero essere l'opzione più appropriata.

 

I magneti al neodimio eccellono a temperature più basse, mentre i magneti al cobalto di sammonio funzionano meglio a temperature più elevate - Non lo so. I magneti al neodimio sono noti per essere i magneti permanenti più potenti a temperatura ambiente e fino a circa 180 gradi Celsius basati sulla magnetizzazione residuale (Br). Tuttavia, la loro resistenza diminuisce significativamente con l'aumento della temperatura. Con le temperature vicine ai 180 gradi Celsius, i magneti di Cobalt di Sammonio iniziano a superamento Magneti al neodimio in funzione.

 

Il cobalto di sammonio è classificato come il il secondo materiale magnetico più forte e vanta una resistenza eccezionale alla demagnetizzazione - Non lo so. È comunemente utilizzato nell'industria aerospaziale e in altri settori che danno la priorità alle prestazioni rispetto al costo.

 

I magneti al cobalto di samario, sviluppati negli anni '70, mostrano una resistenza magnetica superiore rispetto ai magneti in ceramica e alluminio-nichel-cobalto, sebbene siano inferiori al magnetismo offerto dai magneti al neodimio. Questi magneti sono principalmente classificati in due gruppi in base ai loro livelli di energia. Il primo gruppo, noto come Sm1Co5 (1-5) , vanta una gamma di prodotti energetici che spazia da 15-22 MGOe - Non lo so. D'altra parte, il secondo gruppo, Sm2Co17 (2-17) , comprende un intervallo di energia di 22-32 MGOe .

 

Sia i magneti al samario-cobalto che a neodimio sono fabbricati con metalli in polvere. Prima di essere condensate vengono compresse sotto l'influenza di un potente campo magnetico.

 

I magneti al neodimio sono molto sensibili ai fattori ambientali, mentre i magneti a cobalto samario a terre rare presentano un'eccellente resistenza alla corrosione. I magneti di terre rare al cobalto di samario possono resistere a temperature elevate senza perdere il loro magnetismo, mentre i magneti al neodimio devono essere utilizzati con cautela al di sopra della temperatura ambiente. I magneti al neodimio sono più resistenti rispetto ai magneti al cobalto di samario e possono essere facilmente lavorati e incorporati in assemblaggi magnetici. Entrambi i materiali richiedono l'uso di strumenti di diamanti, EDM o macinazione durante il processo di lavorazione.

Successivamente apprendiamo di magneti Alnico

 

Magneti di alluminio-nickel-cobalto (AlNiCo) sono materiali convenzionali a magnete permanente costituiti principalmente da: alluminio, nichel e cobalto. Sono uno dei primi magneti permanenti commerciali contemporanei, innovati da T. Mishima in Giappone all'inizio del XX secolo.

 

Nonostante la loro notevole rimanenza, la loro robustezza relativamente modesta porta a un prodotto di energia magnetica (BH) max ridotto rispetto ad altri tipi di magnete. L'AlNiCo fuso ha la capacità di essere formato in forme complesse, mentre l'AlNiCo sinterizzato presenta proprietà magnetiche leggermente inferiori ma proprietà meccaniche superiori a causa della sua struttura di granuli fini, con conseguente distribuzione uniforme del flusso e maggiore resistenza meccanica.

 

La sinterizzazione dell'AlNiCo comprende la fusione per induzione, la macinazione in particelle fini, la pressatura, la sinterizzazione, il collaudo, il rivestimento e la magnetizzazione. Vari metodi di produzione influenzano le proprietà dei magneti, con la sinterizzazione che migliora gli attributi meccanici e la fusione che aumenta la densità energetica.

 

I magneti sinterizzati di AlNiCo sono disponibili in vari tipi di 1,5 a 5,25 MGOe , mentre i magneti fusti vanno da 5,0 a 9,0 MGOe - Non lo so. I magneti anisotropici AlNiCo offrono opzioni di direzione di magnetizzazione personalizzate, fornendo una preziosa versatilità.

Le leghe di alluminio-nickel-cobalto presentano temperature di funzionamento massime elevate e una resistenza alla corrosione eccezionale. Alcuni tipi di alluminio-nickel-cobalto possono funzionare a temperature superiori a 500°C. Questi magneti sono ampiamente utilizzati in microfoni, altoparlanti, pick-up per chitarra elettrica, motori, tubi di onde di viaggio, sensori Hall e varie altre applicazioni.

 

Infine, comprendiamo il magnete con il maggior vantaggio di prezzo, che è il magnete di ferrite.

Magneti ferritici , noto anche come magneti di ceramica , sono composti da ossido di ferro sinterizzato insieme a materiali come il carbonato di bario o il carbonato di stronzio. Questi magneti sono riconosciuti per la loro prezzi economici, resistenza alla corrosione efficace e capacità di mantenere la stabilità ad alte temperature fino a 250°C.

 

Mentre le loro caratteristiche magnetiche sono non più resistenti di quelli dei magneti NdFeB , la convenienza dei magneti di ferrite li rende adatti per a grande scala produzione. Questo vantaggio in termini di costi deriva dall'uso di materiali a basso costo e facilmente disponibili, che non sono di natura strategica.

 

 

I magneti ceramici possono essere isotropi, mostrando proprietà magnetiche uniformi in tutte le direzioni, o anisotropi, mostrando la magnetizzazione in allineamento con la direzione dello stress. I magneti ceramici più potenti possono raggiungere un'energia magnetica di 3,8 MGOe , rendendoli il tipo più debole di magnete permanente. Nonostante le loro proprietà magnetiche modeste, offrono una resistenza superiore alla demagnetizzazione rispetto ad altri tipi di magneti.

 

Gli magneti ceramici presentano un energia magnetica bassa prodotto e possedere eccellente resistenza alla corrosione, comunemente utilizzati insieme a componenti in acciaio a basso tenore di carbonio e adatti ad essere utilizzati in ambienti a temperatura moderata.

 

Il processo di fabbricazione dei magneti ceramici prevede la spremitura e la sinterizzazione, con l'uso raccomandato di macchine di rettificazione dei diamanti a causa della loro natura fragile.

 

In generale, i magneti in ceramica offrono un equilibrio tra resistenza magnetica ed efficienza economica, con la loro fragilità controbilanciata da una superba resistenza alla corrosione. Sono durevoli, resistenti alla demagnetizzazione e un'opzione conveniente per varie applicazioni come giocattoli, artigianato e motori.

 

I magneti delle terre rare migliorano significativamente il peso o le considerazioni di dimensioni, mentre i ferriti sono preferibili per applicazioni che non richiedono un'elevata densità energetica, come finestre elettriche, sedili, interruttori, ventilatori, soffiatori negli elettrodomestici, alcuni utensili elettrici e appare