คุณกังวลกับเวลาเดินทางทางไกลหรือไม่? แม้ว่าเราจะไปถึงจุดหมายปลายทางของคุณได้โดยการขึ้นรถไฟใต้ดิน ขับรถ และบิน แต่ก็ยังรู้สึกว่าต้องใช้เวลานาน อย่างไรก็ตาม มีเทคโนโลยีที่สามารถก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในช่วงเวลาการเดินทางของเรา และนั่นคือการลอยตัวด้วยแม่เหล็ก บางทีคุณอาจรู้สึกว่าการลอยตัวของแม่เหล็กมีอยู่ในภาพยนตร์หรือละครโทรทัศน์เท่านั้น แต่ในเดือนกรกฎาคม 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) และคนอื่นๆ จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเกาหลีได้จัดตั้งทีมเพื่อศึกษาวัสดุเป็นครั้งแรก ตะกั่วอะพาไทต์บริสุทธิ์เป็นฉนวน แต่ตามที่ Sukbae Lee และคนอื่นๆ ตะกั่วอะพาไทต์เจือทองแดงที่ก่อตัวเป็น LK-99 เป็นตัวนํายิ่งยวดหรือโลหะที่อุณหภูมิสูงขึ้น แม้ว่าจะไม่มีวัสดุตัวนํายิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องที่ความดันปกติที่ได้รับการยืนยัน แต่ก็ทําให้เรามีความหวังเช่นกัน! มาดูกันว่า LK-99 มหัศจรรย์นี้ทํางานอย่างไรบนแม่เหล็ก!

ฉันเชื่อว่าคุณเคยเห็นด้วยว่าเมื่อแม่เหล็กเข้าใกล้วัสดุจากด้านล่าง วัสดุจะยืนขึ้นเนื่องจากแรงผลัก หลังจากเปลี่ยนขั้วแม่เหล็กแล้ววัสดุจะยังคงยืนขึ้นเนื่องจากแรงผลักเมื่อเข้าใกล้วัสดุ

"จุดดําเล็ก ๆ " นี้ยังคงตกลงมาหรือยืนขึ้นเมื่อแม่เหล็ก NdFeB เข้าใกล้และเคลื่อนออกไป ทั้งขั้ว S และขั้ว N มีประสิทธิภาพ นั่นคือ การผลักไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับขั้วแม่เหล็ก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการป้องกันแม่เหล็ก

อย่าพูดถึงว่า LK-99 เป็นตัวนํายิ่งยวดจริงๆ หรือไม่ แม่เหล็กถาวร NdFeB สามารถทําให้ลอยได้

เมื่อพูดถึงแม่เหล็กถาวร NdFeB เราต้องพูดถึง Tesla Model S

Elon Musk กล้าหาญมากที่เมื่อ Tesla จัดงานเปิดตัวรถซีดานคันแรก Model S พวกเขาไม่ได้ประกอบด้วยซ้ํา แชสซีมีพื้นฐานมาจาก Mercedes-Benz CLS และแผงตัวถังอะลูมิเนียมและฝาครอบเครื่องยนต์ติดกาวกับโครงเหล็กด้วยแม่เหล็กโบรอนเหล็กนีโอไดเมียม

เมื่อเทสลาผลิตรถยนต์ขนาดเต็มสองรุ่นแรก มอเตอร์เหล่านี้อิงจากการออกแบบมอเตอร์ดั้งเดิมของ Nikola Tesla ซึ่งเป็นการออกแบบที่ยอดเยี่ยมก่อนการประดิษฐ์แม่เหล็กหายากเกือบ 100 ปี

มอเตอร์เหนี่ยวนําสร้างแม่เหล็กของตัวเองและขับเคลื่อนโรเตอร์ผ่านไฟฟ้า และทํางานโดยไม่มีแม่เหล็กถาวรใดๆ

การออกแบบมอเตอร์เหนี่ยวนํานั้นดี แต่เทสลาเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรสําหรับ Model 3 ในปี 2017 ด้วยเหตุผลที่ดี: Model 3 เป็นรถที่มีขนาดเล็กกว่า และต้องการมอเตอร์ที่เล็กกว่า แต่ยังคงมีกําลังเพียงพอ

ดังนั้น เริ่มต้นด้วย Model 3 Tesla จึงใช้มอเตอร์โบรอนเหล็กนีโอไดเมียม เนื่องจากประหยัดพื้นที่ เบากว่า และสามารถสร้างแรงได้มากขึ้น

การใช้แม่เหล็กในรถยนต์ เช่น เครื่องปรับอากาศ ระบบเบรก มอเตอร์ขับเคลื่อน ปั้มน้ํามัน เป็นต้น

ในความเป็นจริงนอกเหนือจากการใช้ในรถยนต์แล้วแม่เหล็กยังใช้กันอย่างแพร่หลายในลําโพงโทรศัพท์มือถือหูฟังมอเตอร์สั่นสะเทือนแม่เหล็กไฟฟ้าไดร์เป่าผมพัดลมตู้เย็นเครื่องซักผ้า ฯลฯ

(สัดส่วนการใช้แม่เหล็ก)

นอกจากแม่เหล็กถาวรอย่าง NdFeB แล้ว แม่เหล็กอีกสามประเภทหลักคืออะไร? กระบวนการผลิตคืออะไร?

มาดูกันดีกว่า!

ขั้นแรก เรามาทําความเข้าใจผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุดของแม่เหล็กกันก่อน

ปัจจุบันมีแม่เหล็กสามประเภท: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

แม่เหล็กถาวรสร้างสนามแม่เหล็กที่คงอยู่แม้ในที่ที่มีสนามแม่เหล็กตรงข้าม มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้แม่เหล็กถาวรมีประสิทธิภาพมากกว่ามอเตอร์ที่ไม่มี ปัจจุบัน แม่เหล็กแรงสูงที่รู้จักทั้งหมดมีธาตุหายาก ซึ่งเป็นส่วนประกอบสําคัญสําหรับรถยนต์ไฟฟ้าและกังหันลม องค์ประกอบต่างๆ เช่น นีโอไดเมียมและทอเรียมได้กลายเป็นวัสดุหลักเนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นและอุปทานที่จํากัด

แม่เหล็กถาวรมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวตรงที่เมื่อผลิตแล้วจะให้ฟลักซ์แม่เหล็กโดยไม่มีenergy inputส่งผลให้ต้นทุนการดําเนินงานเป็นศูนย์ ในทางตรงกันข้ามแม่เหล็กแม่เหล็กไฟฟ้าต้องการกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก

คุณสมบัติที่สําคัญของแม่เหล็กถาวรคือรักษาสนามแม่เหล็กแม้ในที่ที่มีสนามแม่เหล็กภายนอกตรงข้าม อย่างไรก็ตามหากความแรงของสนามแม่เหล็กตรงข้ามสูงพอนิวเคลียสแม่เหล็กภายในของแม่เหล็กถาวรจะอยู่ในแนวเดียวกับสนามแม่เหล็กตรงข้ามส่งผลให้เกิดการล้างอํานาจแม่เหล็ก

แม่เหล็กถาวรทําหน้าที่เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานเป็นหลัก พลังงานจะถูกฉีดในระหว่างกระบวนการสร้างแม่เหล็กเริ่มต้นและหากผลิตและจัดการอย่างเหมาะสมพลังงานจะยังคงอยู่ในแม่เหล็กอย่างไม่มีกําหนด พลังงานในแม่เหล็กไม่เคยหมดและยังคงพร้อมใช้งาน เนื่องจากแม่เหล็กไม่มีผลสุทธิต่อสภาพแวดล้อม พวกเขาใช้พลังงานเพื่อดึงดูดหรือขับไล่วัตถุแม่เหล็กอื่น ๆ ช่วยในการแปลงระหว่างพลังงานไฟฟ้าและพลังงานกล

พลังงานของสนามแม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับผลคูณของ B และ H เมื่อผลคูณของ BH ถูกขยายใหญ่สุด (แสดงเป็น (BH)max)ปริมาตรขั้นต่ําของแม่เหล็กเป็นสิ่งจําเป็นในการสร้างสนามแม่เหล็กที่กําหนดในช่องว่างที่กําหนด ยิ่ง (BH) max สูงเท่าใด ปริมาตรของแม่เหล็กก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้นในการผลิตความหนาแน่นของฟลักซ์ที่กําหนด (BH) max สามารถคิดได้ว่าเป็นพลังงานแม่เหล็กคงที่ต่อหน่วยปริมาตรของวัสดุแม่เหล็ก BH วัดเป็นMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

ในอุตสาหกรรมแม่เหล็กถาวรผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุดแสดงถึงความหนาแน่นของพลังงานแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรและเป็นพารามิเตอร์ที่ใช้กันมากที่สุดในการกําหนดลักษณะการทํางานของแม่เหล็กถาวร

การจําแนกประเภทของแม่เหล็กถาวร

แม่เหล็กถาวรสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)และceramic or ferrite magnets.

เริ่มต้นด้วยแม่เหล็กที่คุ้มค่าที่สุด:Neodymium Iron Boron Magnets

แม่เหล็กนีโอเดียม (NdFeB) เป็นหนึ่งในวัสดุแม่เหล็กถาวรที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานเชิงพาณิชย์high magnetic energy productและmagnetic strength.

แม่เหล็กนีโอเดียมคือstrongestและส่วนใหญ่controversialแม่ เหล็ก พวกมันอยู่ในหมวดหมู่ของแม่เหล็กหายากเพราะประกอบด้วยธาตุนีโอไดเมียมเหล็กและโบรอน

เนื่องจากปริมาณธาตุเหล็กแม่เหล็กโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมจึงออกซิไดซ์ได้ง่ายและมีความต้านทานการกัดกร่อนไม่ดีและมักต้องมีการเคลือบเช่นการชุบนิกเกิลการเคลือบอีพ็อกซี่หรือการเคลือบสังกะสี

อย่างไรก็ตาม เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง (สูงถึง55 MGOe) ที่มีความเหนียวสูงและการใช้งานช่วยให้ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์มอเตอร์และอุปกรณ์เครื่องเสียงขนาดเล็กลง

ช่วงอุณหภูมิในการทํางานของแม่เหล็กนีโอไดเมียมคือ80°C to 200°C. อย่างไรก็ตาม วัสดุนีโอไดเมียมคุณภาพสูงที่สามารถทํางานได้ข้างต้น120°Cอาจมีราคาแพงมาก

เมื่อพิจารณาถึงความคุ้มค่าแม่เหล็กนีโอไดเมียมเป็นตัวเลือกแรกอย่างแน่นอน

บางทีคุณอาจคิดว่าอุณหภูมิในการทํางานของแม่เหล็กของฉันจะเกิน 200°C ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้แม่เหล็กในสภาพแวดล้อมนี้หรือไม่? ปัญหานี้อาจแก้ไขได้ด้วยแม่เหล็กโคบอลต์สุขาภิบาล

ซัลเมียมโคบอลต์ (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.

แม่เหล็กถาวรเหล่านี้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงและสามารถทนต่ออุณหภูมิได้ถึง350°Cและบางครั้งก็ถึงขั้น500 degrees. ความยืดหยุ่นของอุณหภูมินี้ทําให้พวกเขาได้เปรียบอย่างชัดเจนเหนือแม่เหล็กถาวรประเภทอื่นๆ ที่ทนต่อความร้อนได้น้อยกว่า เช่นเดียวกับแม่เหล็กนีโอไดเมียม แม่เหล็กซามาเรียมโคบอลต์ก็ต้องการการเคลือบเพื่อป้องกันการกัดกร่อนเช่นกัน

อย่างไรก็ตามข้อเสียของแม่เหล็กพันธุ์นี้คือความแข็งแรงเชิงกลต่ํา ความเค็มแม่เหล็กโคบอลต์สามารถเปราะและเกิดรอยแตกได้ง่าย อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่จําเป็นต้องมีอุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อน แม่เหล็กซาเมอเรียมโคบอลต์อาจเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด

แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีความเชี่ยวชาญในอุณหภูมิที่ต่ํากว่า ในขณะที่แม่เหล็กแซมโมเนียมโคบอลต์ทํางานได้ดีที่สุดที่higher temperatures. แม่เหล็กนีโอไดเมียมเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นแม่เหล็กถาวรที่ทรงพลังที่สุดที่อุณหภูมิห้องและสูงถึง 180 องศาเซลเซียสตามการทําให้เป็นแม่เหล็กที่เหลืออยู่ (Br) อย่างไรก็ตาม ความแข็งแรงของพวกมันจะลดลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เมื่ออุณหภูมิใกล้ 180 องศาเซลเซียส แม่เหล็ก Sammonium Cobalt เริ่มsurpassแม่เหล็กนีโอไดเมียมในประสิทธิภาพ

Sammonium Cobalt อยู่ในอันดับที่ second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. มักใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและภาคส่วนอื่นๆ ที่ให้ความสําคัญกับประสิทธิภาพมากกว่าต้นทุน

แม่เหล็กโคบอลต์ Samarium ซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 1970 มีความแข็งแรงของแม่เหล็กที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับแม่เหล็กเซรามิกและอะลูมิเนียม-นิกเกิล-โคบอลต์ แม้ว่าจะขาดสนามแม่เหล็กที่นําเสนอโดยแม่เหล็กนีโอไดเมียมก็ตาม แม่เหล็กเหล่านี้ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองกลุ่มตามระดับพลังงาน กลุ่มแรกที่เรียกว่าSm1Co5 (1-5)มีผลิตภัณฑ์พลังงานตั้งแต่15 to 22 MGOe. ในทางกลับกันกลุ่มที่สอง Sm2Co17 (2-17)ครอบคลุมช่วงพลังงาน22-32 MGOe.

ทั้งแม่เหล็กซามาเรียมโคบอลต์และนีโอไดเมียมถูกประดิษฐ์ขึ้นจากโลหะผง พวกมันถูกบีบอัดภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่มีศักยภาพก่อนที่จะผ่านกระบวนการเผาผนึก

แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีความไวสูงต่อปัจจัยแวดล้อมในขณะที่แม่เหล็กหายากซามาเรียมโคบอลต์มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม แม่เหล็กหายากโคบอลต์ซามาเรียมสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้โดยไม่สูญเสียสนามแม่เหล็กในขณะที่แม่เหล็กนีโอไดเมียมควรใช้อย่างระมัดระวังเหนืออุณหภูมิห้อง แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีความทนทานมากกว่าเมื่อเทียบกับแม่เหล็กซามาเรียมโคบอลต์ และสามารถกลึงและรวมเข้ากับชุดแม่เหล็กได้อย่างง่ายดาย วัสดุทั้งสองจําเป็นต้องใช้เครื่องมือเพชร EDM หรือการเจียรในระหว่างกระบวนการตัดเฉือน

ต่อไปให้เราเรียนรู้เกี่ยวกับแม่เหล็ก Alnico

แม่เหล็กอลูมิเนียมนิกเกิลโคบอลต์ (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of อลูมิเนียม นิกเกิล และโคบอลต์They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. มิชิมะin Japan during the early 20th century.

แม้จะมีการหลบหนีที่โดดเด่น แต่ความเหนียวที่ค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวทําให้ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็ก (BH) สูงสุดลดลงเมื่อเทียบกับแม่เหล็กประเภทอื่นๆ Cast AlNiCo มีความสามารถในการขึ้นรูปเป็นรูปร่างที่ซับซ้อนในขณะที่ AlNiCo เผามีคุณสมบัติทางแม่เหล็กน้อยกว่าเล็กน้อย แต่คุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่าเนื่องจากโครงสร้างเกรนละเอียดส่งผลให้มีการกระจายฟลักซ์ที่สม่ําเสมอและเพิ่มความแข็งแรงเชิงกล

การเผาผนึก AlNiCo ครอบคลุมการหลอมเหนี่ยวนําการบดเป็นอนุภาคละเอียดการกดการเผาผนึกการทดสอบการเคลือบและการทําให้เป็นแม่เหล็ก วิธีการผลิตต่างๆ ส่งผลต่อคุณสมบัติของแม่เหล็ก โดยการเผาผนึกที่เพิ่มคุณลักษณะทางกลและการหล่อที่เพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน

แม่เหล็ก AlNiCo เผามีเกรดตั้งแต่1.5 to 5.25 MGOeในขณะที่แม่เหล็กหล่อมีตั้งแต่5.0 to 9.0 MGOe. แม่เหล็ก AlNiCo แบบแอนไอโซทรอปิกมีตัวเลือกทิศทางการทําให้เป็นแม่เหล็กแบบกําหนดเอง ให้ความอเนกประสงค์อันมีค่า

โลหะผสมอลูมิเนียมนิกเกิลโคบอลต์มีอุณหภูมิในการทํางานสูงสุดสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม เกรดอลูมิเนียมนิกเกิลโคบอลต์บางเกรดสามารถทํางานได้ที่อุณหภูมิที่สูงกว่า500°C. แม่เหล็กเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในไมโครโฟนลําโพงปิ๊กอัพกีตาร์ไฟฟ้ามอเตอร์ท่อคลื่นเคลื่อนที่เซ็นเซอร์ฮอลล์และการใช้งานอื่น ๆ

สุดท้ายนี้ ให้เราเข้าใจแม่เหล็กที่มีข้อได้เปรียบด้านราคามากที่สุด ซึ่งก็คือแม่เหล็กเฟอร์ไรต์

แม่เหล็กเฟอร์ไรต์, also known asแม่เหล็กเซรามิก, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their ราคาประหยัด ทนต่อการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และความสามารถในการรักษาเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูงถึง250 องศาเซลเซียส

ในขณะที่ลักษณะแม่เหล็กของพวกเขาคือnot as strong as those of NdFeB magnetsความคุ้มค่าของแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ทําให้เหมาะสําหรับlarge-scaleการผลิต ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนนี้เกิดจากการใช้วัสดุราคาไม่แพงและหาได้ง่ายซึ่งมีลักษณะไม่เป็นกลยุทธ์

แม่เหล็กเซรามิกสามารถเป็นแบบไอโซทรอปิกซึ่งแสดงคุณสมบัติแม่เหล็กที่สม่ําเสมอในทุกทิศทางหรือแบบแอนไอโซทรอปิกซึ่งแสดงการทําให้เป็นแม่เหล็กให้สอดคล้องกับทิศทางความเครียด แม่เหล็กเซรามิกที่มีศักยภาพมากที่สุดสามารถบรรลุพลังงานแม่เหล็ก 3.8 MGOeทําให้เป็นแม่เหล็กถาวรที่อ่อนแอที่สุด แม้จะมีคุณสมบัติแม่เหล็กที่เจียมเนื้อเจียมตัว แต่ก็มีความยืดหยุ่นที่เหนือกว่าต่อการล้างอํานาจแม่เหล็กเมื่อเทียบกับแม่เหล็กประเภทอื่นๆ

แม่เหล็กเซรามิกแสดงlow magnetic energy ผลิตภัณฑ์และครอบครองexcellent corrosion resistance,·ใช้กันทั่วไปควบคู่ไปกับส่วนประกอบเหล็กกล้าคาร์บอนต่ําและเหมาะสําหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิปานกลาง

กระบวนการผลิตแม่เหล็กเซรามิกเกี่ยวข้องกับการกดและการเผาผนึก โดยแนะนําให้ใช้ล้อเจียรเพชรเนื่องจากลักษณะเปราะ

โดยทั่วไปแม่เหล็กเซรามิกมีความสมดุลระหว่างความแข็งแรงของแม่เหล็กและประสิทธิภาพด้านต้นทุนโดยความเปราะบางจะต่อต้านด้วยความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม มีความทนทาน ทนต่อการล้างอํานาจแม่เหล็ก และเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าสําหรับการใช้งานต่างๆ เช่น ของเล่น งานฝีมือ และมอเตอร์

แม่เหล็กหายากช่วยเพิ่มน้ําหนักหรือขนาดได้อย่างมีนัยสําคัญในขณะที่เฟอร์ไรต์เป็นที่นิยมสําหรับการใช้งานที่ไม่จําเป็นต้องมีความหนาแน่นของพลังงานสูงเช่นกระจกไฟฟ้าที่นั่งสวิตช์พัดลมเครื่องเป่าลมในเครื่องใช้ไฟฟ้าเครื่องมือไฟฟ้าบางชนิดและอุปกรณ์เครื่องเสียง