자기 부상을 이해하기 전에 자석에 대해 알아야 할 사항
장거리 통근 시간이 귀찮으신가요? 지하철을 타고, 운전하고, 비행기를 타면 목적지에 도착할 수 있지만 여전히 시간이 오래 걸리는 것처럼 느껴집니다. 하지만 우리의 출퇴근 시간을 질적으로 도약시킬 수 있는 기술이 있는데, 바로 자기부상이다. 어쩌면 당신은 자기 부상이 영화나 TV 드라마에서만 존재한다고 느낄지 모릅니다. 하지만 2023년 7월! 한국과학기술연구원(Korea Institute of Science and Technology)의 이석배(이석배), 김지훈(김지훈) 등이 먼저 팀을 구성해 자료를 연구했다. 순수 납 인회석은 절연체이지만 이석배 등에 따르면 LK-99를 형성하는 구리 도핑 납 인회석은 초전도체 또는 더 높은 온도에서 금속입니다. 정상 압력에서 확인된 상온 초전도 물질은 없지만 우리에게 희망을 주기도 합니다! 이 마법의 LK-99가 자석에서 어떻게 작동하는지 봅시다!
나는 또한 자석이 아래에서 재료에 접근하면 반발력으로 인해 재료가 서 있는 것을 보았다고 믿습니다. 자극을 변경 한 후에도 재료에 접근 할 때 반발력으로 인해 재료가 여전히 서 있습니다.
이 "작은 검은 점"은 NdFeB 자석이 접근하고 멀어질 때 계속 떨어지거나 서 있습니다. S극과 N극 모두 효과적이며, 즉, 반발력은 자극과 관련이 없어 반자성을 나타냅니다.
LK-99가 정말 초전도 상태인지에 대해서는 이야기하지 말자. NdFeB 영구 자석은 그것을 공중에 띄울 수 있습니다.
NdFeB 영구 자석에 대해 말하자면 Tesla Model S에 대해 이야기해야 합니다.
Elon Musk는 Tesla가 첫 번째 세단인 Model S의 출시 행사를 열었을 때 조립조차 하지 않았을 정도로 대담합니다. 섀시는 메르세데스-벤츠 CLS를 기반으로 했으며 알루미늄 차체 패널과 엔진 커버는 네오디뮴 철 붕소 자석으로 강철 프레임에 접착되었습니다.
Tesla가 처음 두 개의 풀 사이즈 자동차 모델을 만들었을 때 그들은 차량에 동력을 공급하기 위해 유도 모터를 사용했습니다. 이 모터는 희토류 자석의 발명보다 거의 100년 앞선 뛰어난 디자인인 Nikola Tesla의 원래 모터 설계를 기반으로 했습니다.
유도 전동기는 자체 자기를 생성하고 전기를 통해 로터를 구동하며 어떤 유형의 영구 자석 없이 작동합니다.
인덕션 모터 디자인은 좋지만 Tesla가 2017년 Model 3에 영구 자석 모터로 전환한 데는 그만한 이유가 있습니다. Model 3는 더 작은 차이고 더 작은 모터가 필요하지만 여전히 충분한 힘을 가지고 있습니다.
따라서 Model 3를 시작으로 Tesla는 네오디뮴 철 붕소 모터를 사용했는데, 이는 공간이 더 절약되고 가벼우며 더 많은 힘을 생성할 수 있기 때문입니다.
자동차에 자석 사용: 에어컨, 브레이크 시스템, 구동 모터, 오일 펌프 등
실제로 자석은 자동차에 사용되는 것 외에도 휴대폰 스피커, 헤드폰, 진동 모터, 전자석, 헤어 드라이어, 선풍기, 냉장고, 세탁기 등에도 널리 사용됩니다.
(마그넷 사용량 비율)
그렇다면 NdFeB와 같은 영구 자석 외에 다른 세 가지 주요 유형의 자석은 무엇입니까? 생산 공정은 무엇입니까?
좀 더 자세히 살펴볼까요?
먼저 자석의 최대 자기 에너지 곱을 이해합시다
현재 자석에는 세 가지 유형이 있습니다: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
영구 자석은 반대 자기장이 있는 경우에도 유지되는 자기장을 생성합니다. 영구 자석을 사용하는 전기 모터는 그렇지 않은 전기 모터보다 더 효율적입니다. 현재 알려진 모든 강력한 자석에는 전기 자동차 및 풍력 터빈의 핵심 구성 요소인 희토류 원소가 포함되어 있습니다. 네오디뮴 및 토륨과 같은 원소는 수요 증가와 제한된 공급으로 인해 핵심 재료가 되었습니다.
영구 자석은 한 번 생산되면 없이 자속을 제공한다는 점에서 독특합니다.energy input따라서 운영 비용이 전혀 들지 않습니다. 대조적으로, 전자기 자석은 자기장을 생성하기 위해 지속적인 전류가 필요합니다.
영구 자석의 중요한 특성은 반대되는 외부 자기장이 있는 경우에도 자기장을 유지한다는 것입니다. 그러나 반대 자기장의 강도가 충분히 높으면 영구 자석의 내부 자기핵이 반대 자기장과 정렬되어 감자가 발생합니다.
영구 자석은 본질적으로 에너지 저장 장치 역할을 합니다. 에너지는 초기 자화 과정에서 주입되며 적절하게 제조 및 취급되면 자석에 무기한 남아 있습니다. 배터리와 달리 자석의 에너지는 절대 고갈되지 않고 계속 사용할 수 있습니다. 자석은 주변 환경에 순 영향을 미치지 않기 때문입니다. 대신, 그들은 에너지를 사용하여 다른 자기 물체를 끌어당기거나 밀어내어 전기 에너지와 기계 에너지 간의 변환을 돕습니다.
자기장의 에너지는 B와 H의 곱에 비례합니다. BH의 곱이 최대화 될 때 (로 표시 (BH)max), 주어진 갭에서 주어진 자기장을 생성하기 위해 자석의 최소 부피가 필요합니다. (BH)max가 높을수록 주어진 플럭스 밀도를 생성하는 데 필요한 자석의 부피가 작아집니다. (BH) max는 자석 재료의 단위 부피당 정적 자기 에너지로 생각할 수 있습니다. BH는 다음에서 측정됩니다.Mega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
영구 자석 산업에서 최대 자기 에너지 제품은 영구 자석의 자기 에너지 밀도를 나타내며 영구 자석의 성능을 특성화하는 데 가장 일반적으로 사용되는 매개 변수입니다.
영구 자석의 분류
영구 자석은 네 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)그리고ceramic or ferrite magnets.
가장 비용 효율적인 자석부터 시작하겠습니다.Neodymium Iron Boron Magnets
네오듐 자석(NdFeB)은 상업용 응용 분야에서 가장 널리 사용되는 영구 자석 재료 중 하나입니다.high magnetic energy product그리고magnetic strength.
네오듐 자석은strongest그리고 대부분의controversial자석. 그들은 네오디뮴, 철 및 붕소 원소로 구성되어 있기 때문에 희토류 자석 범주에 속합니다.
철 함량으로 인해 네오디뮴 철 붕소 자석은 쉽게 산화되고 내식성이 좋지 않으며 종종 니켈 도금, 에폭시 코팅 또는 아연 코팅과 같은 코팅이 필요합니다.
그러나 그들은 고에너지 밀도 제품입니다(최대55 MGOe)을 사용하여 더 작은 크기의 하드 디스크 드라이브, 모터 및 오디오 장비를 사용할 수 있습니다.
네오디뮴 자석의 작동 온도 범위는 다음과 같습니다.80°C to 200°C. 그러나 위에서 작동할 수 있는 고품질 네오디뮴 재료120°C상당히 비쌀 수 있습니다.
비용 효율성을 고려할 때 네오디뮴 자석이 확실히 첫 번째 선택입니다.
아마도 내 자석의 작동 온도가 200°C를 초과할 것이라고 생각하고 있을 텐데, 이 환경에서 자석을 사용하는 것이 불가능합니까? 이 문제는 위생 코발트 자석으로 해결할 수 있습니다.
살뮴 코발트(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.
이 영구 자석은 부식에 매우 강하며 최대 100000000000000000000000000000000000000000000350°C, 때로는 최대500 degrees. 이러한 온도 탄력성은 열에 덜 견디는 다른 유형의 영구 자석에 비해 뚜렷한 이점을 제공합니다. 네오디뮴 자석과 마찬가지로, 사마륨 코발트 자석도 부식을 방지하기 위해 코팅이 필요합니다.
그러나 이 자석 품종의 단점은 기계적 강도가 낮다는 것입니다. 염분 코발트 자석은 쉽게 부서지기 쉽고 균열이 생길 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 고온 및 내식성이 필수적인 경우 사마륨 코발트 자석이 가장 적합한 옵션일 수 있습니다.
네오디뮴 자석은 낮은 온도에서 탁월한 반면 삼모늄 코발트 자석은 다음에서 가장 잘 작동합니다.higher temperatures. 네오디뮴 자석은 잔류 자화(Br)를 기준으로 실온과 최대 약 섭씨 180도에서 가장 강력한 영구 자석으로 알려져 있습니다. 그러나 온도가 상승함에 따라 강도가 크게 감소합니다. 온도가 섭씨 180도에 가까워지면 삼모늄 코발트 자석이 시작됩니다.surpass성능의 네오디뮴 자석.
삼모늄 코발트는 다음과 같이 평가됩니다. second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. 항공 우주 산업 및 비용보다 성능을 우선시하는 기타 부문에서 일반적으로 사용됩니다.
1970년대에 개발된 사마륨 코발트 자석은 세라믹 및 알루미늄-니켈-코발트 자석에 비해 더 높은 자기 강도를 보이지만 네오디뮴 자석이 제공하는 자성에는 미치지 못합니다. 이 자석은 주로 에너지 수준에 따라 두 그룹으로 분류됩니다. 첫 번째 그룹은 다음과 같이 알려져 있습니다.Sm1Co5 (1-5), 다음에서 이르는 에너지 제품 범위를 자랑합니다.15 to 22 MGOe. 한편, 제2 그룹은, Sm2Co17 (2-17), 의 에너지 범위를 포함합니다.22-32 MGOe.
사마륨 코발트와 네오디뮴 자석은 모두 분말 금속으로 제작됩니다. 그들은 소결 과정을 거칠기 전에 강력한 자기장의 영향으로 압축됩니다.
네오디뮴 자석은 환경 요인에 매우 민감한 반면 사마륨 코발트 희토류 자석은 우수한 내식성을 나타냅니다. 사마륨 코발트 희토류 자석은 자기력을 잃지 않고 고온을 견딜 수 있는 반면, 네오디뮴 자석은 실온 이상에서 주의해서 사용해야 합니다. 네오디뮴 자석은 사마륨 코발트 자석에 비해 내구성이 뛰어나 쉽게 가공하여 자기 어셈블리에 통합할 수 있습니다. 두 재료 모두 가공 과정에서 다이아몬드 공구, EDM 또는 연삭을 사용해야 합니다.
다음으로 Alnico 자석에 대해 알아 보겠습니다.
알루미늄 니켈 코발트 자석(AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of 알루미늄, 니켈 및 코발트.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. 미시마in Japan during the early 20th century.
눈에 띄는 잔류성에도 불구하고 상대적으로 겸손한 인성으로 인해 다른 자석 유형과 비교할 때 자기 에너지 제품(BH)max가 감소합니다. 주조 AlNiCo는 복잡한 모양으로 성형할 수 있는 능력을 가지고 있는 반면, 소결 AlNiCo는 미세한 입자 구조로 인해 자기 특성은 약간 낮지만 기계적 특성이 우수하여 균일한 플럭스 분포와 향상된 기계적 강도를 나타냅니다.
AlNiCo 소결에는 유도 용융, 미세 입자로 분쇄, 압착, 소결, 테스트, 코팅 및 자화가 포함됩니다. 다양한 제조 방법이 자석 특성에 영향을 미치며, 소결은 기계적 특성을 향상시키고 주조는 에너지 밀도를 높입니다.
소결 AlNiCo 자석은 다음과 같은 등급으로 제공됩니다.1.5 to 5.25 MGOe, 주조 자석은 다음과 같습니다.5.0 to 9.0 MGOe. 비등방성 AlNiCo 자석은 맞춤형 자화 방향 옵션을 제공하여 귀중한 다양성을 제공합니다.
알루미늄 니켈 코발트 합금은 높은 최대 작동 온도와 탁월한 내식성을 나타냅니다. 일부 알루미늄 니켈 코발트 등급은 초과하는 온도에서 작동할 수 있습니다.500°C. 이 자석은 마이크, 스피커, 일렉트릭 기타 픽업, 모터, 진행파 튜브, 홀 센서 및 기타 다양한 응용 분야에 광범위하게 사용됩니다.
마지막으로 가격 우위가 가장 높은 자석인 페라이트 자석을 이해합시다!
페라이트 마그넷, also known as세라믹 자석, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their 경제적인 가격, 효과적인 내식성 및 최대 고온에서 안정성을 유지하는 능력250°C.
그들의 자기 특성은 다음과 같습니다.not as strong as those of NdFeB magnets, 페라이트 자석의 비용 효율성은 그(것)들을 를 위해 잘 적응시킵니다large-scale제조. 이러한 비용 우위는 본질적으로 비전략적인 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 재료의 사용에서 비롯됩니다.
세라믹 자석은 모든 방향에서 균일한 자기 특성을 나타내는 등방성이거나 응력 방향에 따라 자화를 표시하는 이방성일 수 있습니다. 가장 강력한 세라믹 자석은 0.5μA 미만의 자기 에너지를 얻을 수 있습니다. 3.8 MGOe, 가장 약한 유형의 영구 자석이 됩니다. 겸손한 자기 특성에도 불구하고 다른 자석 유형에 비해 감자에 대한 우수한 복원력을 제공합니다.
세라믹 자석은 전시합니다.low magnetic energy 제품 및 소유excellent corrosion resistance,저탄소강 부품과 함께 일반적으로 사용되며 적당한 온도 환경에서 사용하기에 적합합니다.
세라믹 자석의 제조 공정에는 프레스 및 소결이 포함되며 부서지기 쉬운 특성으로 인해 다이아몬드 연삭 휠을 사용하는 것이 좋습니다.
일반적으로 세라믹 자석은 자기 강도와 비용 효율성 사이의 균형을 제공하며, 뛰어난 내식성으로 인해 취성이 상쇄됩니다. 내구성이 뛰어나고 감자에 강하며 장난감, 공예품 및 모터와 같은 다양한 응용 분야에 대한 비용 효율적인 옵션입니다.
희토류 자석은 무게 또는 크기 고려 사항을 크게 향상시키는 반면, 페라이트는 파워 윈도우, 좌석, 스위치, 팬, 가전 제품의 송풍기, 일부 전동 공구 및 오디오 장비와 같이 높은 에너지 밀도가 필요하지 않은 응용 분야에 적합합니다.
