כל מה שצריך לדעת על מגנטים לפני שמבינים ריחוף מגנטי
האם אתה מוטרד מזמן הנסיעה למרחקים ארוכים? למרות שאנחנו יכולים להגיע ליעד שלך על ידי נסיעה ברכבת התחתית, נהיגה וטיסה, זה עדיין מרגיש כאילו זה לוקח הרבה זמן. עם זאת, יש טכנולוגיה שיכולה לעשות קפיצה איכותית בזמן הנסיעה שלנו, וזה ריחוף מגנטי. אולי אתם מרגישים שריחוף מגנטי קיים רק בסרטים או בדרמות טלוויזיה. אבל ביולי 2023! סוקבה לי (이석배), ג'י-הון קים (김지훈) ואחרים מהמכון הקוריאני למדע וטכנולוגיה הקימו לראשונה צוות ללימוד החומר. אפטיט עופרת טהור הוא מבודד, אך לדברי סוקבה לי ואחרים, אפטיט עופרת מסומם נחושת היוצר LK-99 הוא מוליך-על, או מתכת בטמפרטורות גבוהות יותר. למרות שאין חומר מוליך-על מאושר בטמפרטורת החדר בלחץ רגיל, זה גם נותן לנו תקווה! בואו נראה איך LK-99 קסום זה מתפקד על המגנט!
אני מאמין שגם אתם ראיתם שכאשר המגנט מתקרב לחומר מלמטה, החומר קם בגלל דחייה. לאחר החלפת הקטבים המגנטיים, החומר עדיין עומד עקב דחייה כאשר מתקרבים לחומר.
"נקודה שחורה קטנה" זו ממשיכה ליפול או לעמוד כאשר מגנט NdFeB מתקרב ומתרחק. גם קוטב S וגם קוטב N יעילים, כלומר, לדחייה אין שום קשר לקוטב המגנטי, מראה אנטי-מגנטיות.
בואו לא נדבר על האם LK-99 הוא באמת מוליך-על. המגנט הקבוע NdFeB יכול לגרום לו לרחף.
אם כבר מדברים על מגנטים קבועים של NdFeB, אנחנו צריכים לדבר על טסלה מודל S.
אילון מאסק כל כך נועז שכאשר טסלה ערכה את אירוע ההשקה של מכונית הסדאן הראשונה שלה, מודל S, הם אפילו לא הרכיבו אותה. השלדה התבססה על מרצדס CLS, ולוחות גוף האלומיניום וכיסוי המנוע הודבקו למסגרת הפלדה עם מגנטים בורון ברזל ניאודימיום.
כאשר טסלה ייצרה את שני דגמי המכוניות בגודל מלא הראשונים שלה, הם השתמשו במנועי אינדוקציה כדי להניע את כלי הרכב. מנועים אלה התבססו על עיצוב המנוע המקורי של ניקולה טסלה, שהיה עיצוב מבריק שהקדים את המצאת מגנטים נדירים בכמעט 100 שנה.
מנועי אינדוקציה מייצרים מגנטיות משלהם ומניעים את הרוטור באמצעות חשמל, והם פועלים ללא כל סוג של מגנטים קבועים.
עיצוב מנוע האינדוקציה טוב, אבל טסלה עברה למנועי מגנט קבועים עבור מודל 3 בשנת 2017 מסיבה טובה: מודל 3 היא מכונית קטנה יותר, והיא זקוקה למנוע קטן יותר אך עדיין יש לה הרבה כוח.
לכן, החל מהמודל 3, טסלה השתמשה במנועי בורון ברזל ניאודימיום מכיוון שהם חוסכים יותר מקום, קלים יותר ויכולים לייצר יותר כוח.
שימוש במגנטים ברכב: כגון מיזוג אוויר, מערכות בלמים, מנועי הנעה, משאבות שמן וכו'.
למעשה, בנוסף לשימוש במכוניות, מגנטים נמצאים בשימוש נרחב גם ברמקולים לטלפונים ניידים, אוזניות, מנועי רטט, אלקטרומגנטים, מייבשי שיער, מאווררים, מקררים, מכונות כביסה וכו '.
(שיעור השימוש במגנט)
אז, מלבד מגנטים קבועים כמו NdFeB, מהם שלושת סוגי המגנטים העיקריים האחרים? מהו תהליך הייצור?
בואו נסתכל מקרוב!
ראשית, בואו להבין את מוצר האנרגיה המגנטית המקסימלית של מגנטים
נכון לעכשיו, ישנם שלושה סוגים של מגנטים: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
מגנטים קבועים מייצרים שדה מגנטי שנשמר גם בנוכחות שדה מגנטי מנוגד. מנועים חשמליים המשתמשים במגנטים קבועים יעילים יותר מאלה שלא. נכון לעכשיו, כל המגנטים החזקים הידועים מכילים יסודות אדמה נדירים, שהם רכיבי מפתח עבור כלי רכב חשמליים וטורבינות רוח. יסודות כגון ניאודימיום ותוריום הפכו לחומרי מפתח עקב ביקוש גובר והיצע מוגבל.
מגנטים קבועים הם ייחודיים בכך שברגע שהם מיוצרים, הם מספקים שטף מגנטי ללאenergy inputוכתוצאה מכך אפס עלויות תפעול., לעומת זאת, מגנטים אלקטרומגנטיים דורשים זרם רציף כדי ליצור שדה מגנטי.
תכונה חשובה של מגנטים קבועים היא שהם שומרים על השדה המגנטי שלהם גם בנוכחות שדה מגנטי חיצוני מנוגד. עם זאת, אם עוצמת השדה המגנטי המנוגד גבוהה מספיק, הגרעינים המגנטיים הפנימיים של המגנט הקבוע יתיישרו עם השדה המגנטי המנוגד, וכתוצאה מכך תהיה דה-מגנטיזציה.
מגנטים קבועים משמשים למעשה כמכשירי אחסון אנרגיה. אנרגיה מוזרקת בתהליך המגנטיזציה הראשוני, ואם היא מיוצרת ומטופלת כראוי, היא תישאר במגנט ללא הגבלת זמן. בניגוד לסוללה, האנרגיה במגנט לעולם אינה נגמרת ונשארת זמינה לשימוש. הסיבה לכך היא שלמגנטים אין השפעה נטו על סביבתם. במקום זאת, הם משתמשים באנרגיה שלהם כדי למשוך או לדחות עצמים מגנטיים אחרים, ומסייעים בהמרה בין אנרגיה חשמלית למכנית.
האנרגיה של שדה מגנטי פרופורציונלית למכפלה של B ו-H. כאשר המכפלה של BH היא מקסימלית (מסומן כ (BH)max)נפח המגנט המינימלי נדרש כדי לייצר שדה מגנטי נתון ברווח נתון., ככל שה-(BH)max גבוה יותר, כך נפח המגנט נדרש קטן יותר כדי לייצר צפיפות שטף נתונה. ניתן לחשוב על (BH)max כאנרגיה מגנטית סטטית ליחידת נפח של החומר המגנטי. BH נמדד בMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
בתעשיית המגנטים הקבועים, מוצר האנרגיה המגנטית המרבית מייצג את צפיפות האנרגיה המגנטית של המגנט הקבוע והוא הפרמטר הנפוץ ביותר לאפיון הביצועים של מגנטים קבועים.
סיווג מגנטים קבועים
מגנטים קבועים ניתן לחלק לארבעה סוגים:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)וceramic or ferrite magnets.
נתחיל עם המגנטים החסכוניים ביותר:Neodymium Iron Boron Magnets
מגנטים ניאודיום (NdFeB) הם אחד מחומרי המגנט הקבועים הנפוצים ביותר בשימוש ביישומים מסחריים, הידוע בשלhigh magnetic energy productוmagnetic strength.
מגנטים ניאודיום הםstrongestורובcontroversialמגנטים. הם שייכים לקטגוריה של מגנטים נדירים של כדור הארץ מכיוון שהם מורכבים מניאודימיום, ברזל ויסודות בור.
בשל תכולת הברזל, מגנטי בורון ברזל ניאודימיום מתחמצנים בקלות ובעלי עמידות לקורוזיה ירודה, ולעתים קרובות דורשים ציפויים כגון ציפוי ניקל, ציפוי אפוקסי או ציפוי אבץ.
עם זאת, הם מוצרים בעלי צפיפות אנרגיה גבוהה (עד55 MGOe) עם קשיחות גבוהה, והשימוש בהם מאפשר כונני דיסק קשיח, מנועים וציוד שמע בגודל קטן יותר.
טווח טמפרטורות ההפעלה של מגנטים ניאודימיום הוא80°C to 200°C. עם זאת, חומרי ניאודימיום באיכות גבוהה שיכולים לפעול מעל120°Cיכול להיות די יקר.
בהתחשב בעלות-תועלת, מגנטים ניאודימיום הם בהחלט הבחירה הראשונה.
אולי אתה חושב שטמפרטורת העבודה של המגנט שלי תעלה על 200 מעלות צלזיוס, אז האם זה בלתי אפשרי להשתמש במגנט בסביבה זו? בעיה זו עשויה להיפתר על ידי מגנטים קובלט סניטריים.
סלמיום קובלט (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.
מגנטים קבועים אלה עמידים מאוד בפני קורוזיה ויכולים לעמוד בטמפרטורות של עד350°Cולפעמים אפילו עד500 degrees. עמידות טמפרטורה זו מעניקה להם יתרון מובהק על פני סוגים אחרים של מגנטים קבועים שהם פחות עמידים לחום. בדיוק כמו מגנטים ניאודימיום, גם מגנטי קובלט סמריום זקוקים לציפויים כדי למנוע קורוזיה.
עם זאת, החיסרון של מגוון מגנטים זה הוא הכוח המכני הנמוך שלו. מליחות מגנטים קובלט יכולים בקלות להפוך שבירים ולפתח סדקים. עם זאת, במקרים בהם טמפרטורה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה חיוניים, מגנטים קובלט סמריום עשויים להיות האפשרות המתאימה ביותר.
מגנטים ניאודימיום מצטיינים בטמפרטורות נמוכות יותר, בעוד שמגנטים קובלט של Sammonium מתפקדים בצורה הטובה ביותר בhigher temperatures. מגנטי ניאודימיום ידועים בהיותם המגנטים הקבועים החזקים ביותר בטמפרטורת החדר ועד כ-180 מעלות צלזיוס בהתבסס על מגנטיזציה רמננטית (Br). עם זאת, כוחם יורד באופן משמעותי ככל שהטמפרטורה עולה. כאשר הטמפרטורות מתקרבות ל-180 מעלות צלזיוס, מגנטים של קובלט סמוניום מתחילים לשקועsurpassמגנטים ניאודימיום בביצועים.
Sammonium Cobalt מדורגת כ second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. הוא משמש בדרך כלל בתעשיית התעופה והחלל ובמגזרים אחרים תוך מתן עדיפות לביצועים על פני עלות.
מגנטי קובלט סמריום, שפותחו בשנות השבעים, מפגינים חוזק מגנטי גבוה יותר בהשוואה למגנטים קרמיים ואלומיניום-ניקל-קובלט, אם כי הם נופלים מהמגנטיות שמציעים מגנטי ניאודימיום. מגנטים אלה מסווגים בעיקר לשתי קבוצות בהתבסס על רמות האנרגיה שלהם. הקבוצה הראשונה, המכונהSm1Co5 (1-5)מתגאה במגוון מוצרי אנרגיה המשתרע מ:15 to 22 MGOe. מצד שני, הקבוצה השנייה, Sm2Co17 (2-17)מקיף טווח אנרגיה של,22-32 MGOe.
גם קובלט סמריום וגם מגנטים ניאודימיום מיוצרים מאבקת מתכות. הם נדחסים תחת השפעת שדה מגנטי חזק לפני שהם עוברים תהליך סינטור.
מגנטי ניאודימיום רגישים מאוד לגורמים סביבתיים, בעוד שמגנטים נדירים של קובלט סמריום מפגינים עמידות מצוינת בפני קורוזיה. קובלט סמריום מגנטים נדירים יכולים לעמוד בטמפרטורות גבוהות מבלי לאבד את המגנטיות שלהם, בעוד שיש להשתמש במגנטים ניאודימיום בזהירות מעל טמפרטורת החדר. מגנטי ניאודימיום עמידים יותר בהשוואה למגנטי קובלט סמריום וניתן לעבד אותם בקלות ולשלב אותם במכלולים מגנטיים. שני החומרים מחייבים שימוש בכלי יהלום, EDM או השחזה בתהליך העיבוד השבבי.
הבא בואו ללמוד על מגנטים Alnico
אלומיניום ניקל קובלט מגנטים (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of אלומיניום, ניקל וקובלט.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by ט. מישימהin Japan during the early 20th century.
למרות הקביעות הבולטת שלהם, הקשיחות הצנועה יחסית שלהם מובילה למוצר אנרגיה מגנטית מופחתת (BH)max בהשוואה לסוגי מגנטים אחרים. AlNiCo יצוק הוא בעל יכולת להיווצר לצורות מורכבות, בעוד AlNiCo מסונטר מציג תכונות מגנטיות מעט פחות טובות אך תכונות מכניות טובות יותר בשל מבנה הגרגרים העדין שלו, וכתוצאה מכך פיזור שטף אחיד וחוזק מכני משופר.
סינטור AlNiCo כולל התכה אינדוקטיבית, טחינה לחלקיקים זעירים, לחיצה, סינטור, בדיקה, ציפוי ומגנטיזציה. שיטות ייצור שונות משפיעות על תכונות המגנט, כאשר סינטור משפר תכונות מכניות ויציקה מגבירה את צפיפות האנרגיה.
מגנטים מסונטרים של AlNiCo מגיעים בדרגות שנעות בין1.5 to 5.25 MGOeבעוד מגנטים יצוקים נעים בין5.0 to 9.0 MGOe. מגנטי AlNiCo אנאיזוטרופיים מציעים אפשרויות כיוון מגנטיזציה מותאמות אישית, ומספקים רב-תכליתיות יקרת ערך.
סגסוגות אלומיניום ניקל קובלט מציגות טמפרטורות הפעלה מקסימליות גבוהות ועמידות יוצאת דופן בפני קורוזיה. כמה דרגות אלומיניום ניקל קובלט יכול לתפקד בטמפרטורות העולות על500°C. מגנטים אלה נמצאים בשימוש נרחב במיקרופונים, רמקולים, טנדרים של גיטרה חשמלית, מנועים, צינורות גל נודדים, חיישני הול ויישומים שונים אחרים.
לבסוף, בואו נבין את המגנט עם יתרון המחיר הגדול ביותר, שהוא מגנט פריט!
מגנטים פריטיים, also known asמגנטים קרמיים, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their תמחור חסכוני, עמידות יעילה בפני קורוזיה ויכולת לשמור על יציבות בטמפרטורות גבוהות עד250°C.
בעוד המאפיינים המגנטיים שלהם הםnot as strong as those of NdFeB magnetsהעלות המשתלמת של מגנטים פריטיים הופכת אותם למתאימים היטב ל,large-scaleייצור. יתרון עלות זה נובע משימוש בחומרים זולים, זמינים, שאינם אסטרטגיים באופיים.
מגנטים קרמיים יכולים להיות איזוטרופיים, בעלי תכונות מגנטיות אחידות לכל הכיוונים, או אנאיזוטרופיים, המציגים מגנטיזציה בהתאמה לכיוון הלחץ. המגנטים הקרמיים החזקים ביותר יכולים להשיג אנרגיה מגנטית של 3.8 MGOeמה שהופך אותם לסוג החלש ביותר של מגנט קבוע., למרות התכונות המגנטיות הצנועות שלהם, הם מציעים עמידות עדיפה לדמגנטיזציה בהשוואה לסוגי מגנטים אחרים.
מגנטים קרמיים מציגיםlow magnetic energy מוצר והחזקהexcellent corrosion resistance,נפוץ לצד רכיבי פלדה דלי פחמן ומתאים לשימוש בסביבות טמפרטורה בינונית.
תהליך הייצור של מגנטים קרמיים כרוך בלחיצה וסינטור, כאשר מומלץ להשתמש בגלגלי השחזת יהלומים בשל אופיים הפריך.
באופן כללי, מגנטים קרמיים מציעים איזון בין חוזק מגנטי וחסכוניות, כאשר השבירות שלהם מנוטרלת על ידי עמידות מעולה בפני קורוזיה. הם עמידים, עמידים בפני דה-מגנטיזציה, ואופציה חסכונית עבור יישומים שונים כמו צעצועים, מלאכת יד ומנועים.
מגנטים נדירים משפרים משמעותית את שיקולי המשקל או הגודל, בעוד שפריטים עדיפים עבור יישומים שאינם דורשים צפיפות אנרגיה גבוהה, כגון חלונות חשמל, מושבים, מתגים, מאווררים, מפוחים במכשירי חשמל, כלי עבודה חשמליים מסוימים וציוד שמע.
