Manyetik levitasyonu anlamadan önce mıknatıslar hakkında bilmeniz gerekenler

Uzun mesafeli işe gidip gelme süresinden rahatsız mısınız? Metroya binerek, araba kullanarak ve uçarak gideceğiniz yere ulaşabilsek de yine de uzun sürüyor gibi geliyor. Bununla birlikte, işe gidip gelme süremizde niteliksel bir sıçrama yapabilecek bir teknoloji var ve bu manyetik levitasyon. Belki de manyetik levitasyonun yalnızca filmlerde veya TV dizilerinde var olduğunu hissediyorsunuzdur. Ama Temmuz 2023'te! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) ve Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden diğerleri ilk olarak materyali incelemek için bir ekip kurdular. Saf kurşun apatit bir yalıtkandır, ancak Sukbae Lee ve diğerlerine göre, LK-99'u oluşturan bakır katkılı kurşun apatit bir süper iletken veya daha yüksek sıcaklıklarda bir metaldir. Normal basınçta onaylanmış oda sıcaklığında süper iletken malzeme olmamasına rağmen, aynı zamanda bize umut veriyor! Bu büyülü LK-99'un mıknatıs üzerinde nasıl performans gösterdiğini görelim!

Mıknatıs malzemeye aşağıdan yaklaştığında malzemenin itme nedeniyle ayağa kalktığını da görmüşsünüzdür sanırım. Manyetik kutupları değiştirdikten sonra, malzemeye yaklaşırken itme nedeniyle malzeme hala ayakta duruyor.

Bu "küçük siyah nokta", NdFeB mıknatısı yaklaştıkça ve uzaklaştıkça düşmeye veya ayakta kalmaya devam eder. Hem S kutbu hem de N kutbu etkilidir, yani itmenin manyetik kutupla hiçbir ilgisi yoktur, bu da anti-manyetizma gösterir.

LK-99'un gerçekten süper iletken olup olmadığı hakkında konuşmayalım. NdFeB kalıcı mıknatıs onu havaya kaldırabilir.

NdFeB kalıcı mıknatıslardan bahsetmişken, Tesla Model S hakkında konuşmamız gerekiyor.

Elon Musk o kadar cesur ki Tesla ilk sedanı Model S'nin lansman etkinliğini düzenlediğinde onu monte bile etmediler. Şasi Mercedes-Benz CLS'ye dayanıyordu ve alüminyum gövde panelleri ve motor kapağı, neodimyum demir bor mıknatıslarla çelik çerçeveye yapıştırıldı.

Tesla ilk iki tam boyutlu otomobil modelini yaptığında, araçlara güç sağlamak için endüksiyon motorları kullandılar. Bu motorlar, nadir toprak mıknatıslarının icadından yaklaşık 100 yıl önce ortaya çıkan mükemmel bir tasarım olan Nikola Tesla'nın orijinal motor tasarımına dayanıyordu.

Asenkron motorlar kendi manyetizmalarını üretir ve rotoru elektrikle çalıştırır ve herhangi bir kalıcı mıknatıs olmadan çalışırlar.

Asenkron motor tasarımı iyidir, ancak Tesla, 2017'de Model 3 için iyi bir nedenden dolayı sabit mıknatıslı motorlara geçti: Model 3 daha küçük bir araba ve daha küçük bir motora ihtiyaç duyuyor ancak yine de bol miktarda güce sahip.

Bu nedenle, Model 3'ten başlayarak Tesla, daha fazla yer kaplayan, daha hafif ve daha fazla kuvvet üretebildikleri için neodimyum demir bor motorları kullandı.

Arabalarda mıknatıs kullanımı: klima, fren sistemleri, tahrik motorları, yağ pompaları vb.

Aslında mıknatıslar, otomobillerde kullanılmasının yanı sıra cep telefonu hoparlörlerinde, kulaklıklarda, titreşim motorlarında, elektromıknatıslarda, saç kurutma makinelerinde, fanlarda, buzdolaplarında, çamaşır makinelerinde vb. alanlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır.

(Mıknatıs kullanım oranı)

Peki, NdFeB gibi kalıcı mıknatısların yanı sıra, diğer üç ana mıknatıs türü nelerdir? Üretim süreci nedir?

Hadi daha yakından bakalım!

İlk olarak, mıknatısların maksimum manyetik enerji ürününü anlayalım

Şu anda üç tür mıknatıs vardır: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

Kalıcı mıknatıslar, karşıt bir manyetik alanın varlığında bile korunan bir manyetik alan üretir. Kalıcı mıknatıs kullanan elektrik motorları, kullanmayanlara göre daha verimlidir. Şu anda, bilinen tüm güçlü mıknatıslar, elektrikli araçlar ve rüzgar türbinleri için temel bileşenler olan nadir toprak elementleri içerir. Neodimyum ve toryum gibi elementler, artan talep ve sınırlı arz nedeniyle anahtar malzemeler haline geldi.

Kalıcı mıknatıslar, bir kez üretildikten sonra manyetik akı sağlamaları bakımından benzersizdir.energy input, sıfır işletme maliyeti ile sonuçlanır. Buna karşılık, elektromanyetik mıknatıslar, bir manyetik alan oluşturmak için sürekli bir akım gerektirir.

Kalıcı mıknatısların önemli bir özelliği, karşıt bir dış manyetik alanın varlığında bile manyetik alanlarını korumalarıdır. Bununla birlikte, karşıt manyetik alanın gücü yeterince yüksekse, kalıcı mıknatısın iç manyetik çekirdeği karşıt manyetik alanla hizalanacak ve bu da manyetikliğin giderilmesine neden olacaktır.

Kalıcı mıknatıslar esasen enerji depolama cihazları olarak işlev görür. İlk manyetizasyon işlemi sırasında enerji enjekte edilir ve uygun şekilde üretilir ve kullanılırsa, süresiz olarak mıknatısta kalır. Bir pilin aksine, bir mıknatıstaki enerji asla tükenmez ve kullanıma hazır kalır. Bunun nedeni, mıknatısların çevreleri üzerinde net bir etkisinin olmamasıdır. Bunun yerine, enerjilerini diğer manyetik nesneleri çekmek veya itmek için kullanırlar ve elektrik ve mekanik enerji arasındaki dönüşüme yardımcı olurlar.

Bir manyetik alanın enerjisi, B ve H'nin çarpımı ile orantılıdır. BH'nin çarpımı maksimize edildiğinde ( olarak gösterilir (BH)max), belirli bir boşlukta belirli bir manyetik alan üretmek için minimum mıknatıs hacmi gereklidir. (BH)max ne kadar yüksek olursa, belirli bir akı yoğunluğu üretmek için mıknatıs hacmi o kadar küçük olur. (BH)max, mıknatıs malzemesinin birim hacmi başına düşen statik manyetik enerji olarak düşünülebilir. BH şu şekilde ölçülür:Mega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

Kalıcı mıknatıs endüstrisinde, maksimum manyetik enerji ürünü, kalıcı mıknatısın manyetik enerji yoğunluğunu temsil eder ve kalıcı mıknatısların performansını karakterize etmek için en yaygın kullanılan parametredir.

Kalıcı Mıknatısların Sınıflandırılması

Kalıcı mıknatıslar dört türe ayrılabilir:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)veceramic or ferrite magnets.

En uygun maliyetli mıknatıslarla başlayalım:Neodymium Iron Boron Magnets

Neodyum mıknatıslar (NdFeB), ticari uygulamalarda en yaygın kullanılan kalıcı mıknatıs malzemelerinden biridir vehigh magnetic energy productvemagnetic strength.

Neodyum mıknatıslarstrongestve en çokcontroversialMıknatıs. Neodimyum, demir ve bor elementlerinden oluştukları için nadir toprak mıknatısları kategorisine girerler.

Demir içeriği nedeniyle, neodimyum demir bor mıknatıslar kolayca oksitlenir ve zayıf korozyon direncine sahiptir ve genellikle nikel kaplama, epoksi kaplama veya çinko kaplama gibi kaplamalar gerektirir.

Bununla birlikte, bunlar yüksek enerji yoğunluklu ürünlerdir (55 MGOe) yüksek tokluğa sahiptir ve bunları kullanmak daha küçük boyutlu sabit disk sürücülerine, motorlara ve ses ekipmanlarına izin verir.

Neodimyum mıknatısların çalışma sıcaklığı aralığı80°C to 200°C. Bununla birlikte, yukarıda çalışabilen yüksek kaliteli neodimyum malzemeler120°Coldukça pahalı hale gelebilir.

Maliyet etkinliği göz önüne alındığında, neodimyum mıknatıslar kesinlikle ilk tercihtir.

Belki de mıknatısımın çalışma sıcaklığının 200°C'yi aşacağını düşünüyorsunuz, peki mıknatısı bu ortamda kullanmak imkansız mı? Bu sorun sıhhi kobalt mıknatıslar ile çözülebilir.

Salmayum Kobalt (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.

Bu kalıcı mıknatıslar korozyona karşı oldukça dayanıklıdır ve350°Cve hatta bazen500 degrees. Bu sıcaklık esnekliği, onlara ısıya daha az toleranslı olan diğer kalıcı mıknatıs türlerine göre belirgin bir avantaj sağlar. Tıpkı neodimyum mıknatıslar gibi, samaryum kobalt mıknatıslar da korozyonu önlemek için kaplamalara ihtiyaç duyar.

Bununla birlikte, bu mıknatıs çeşidinin dezavantajı, düşük mekanik mukavemetidir. Tuzluluk Kobalt mıknatıslar kolayca kırılgan hale gelebilir ve çatlaklar geliştirebilir. Bununla birlikte, yüksek sıcaklık ve korozyon direncinin gerekli olduğu durumlarda, samaryum kobalt mıknatıslar en uygun seçenek olabilir.

Neodimyum mıknatıslar daha düşük sıcaklıklarda mükemmel performans gösterirken, Sammonyum Kobalt mıknatıslar en iyi performansı gösterir.higher temperatures. Neodimyum mıknatıslar, oda sıcaklığında ve kalan manyetizasyona (Br) dayalı olarak yaklaşık 180 santigrat dereceye kadar en güçlü kalıcı mıknatıslar olarak bilinir. Bununla birlikte, sıcaklık arttıkça güçleri önemli ölçüde azalır. 180 santigrat dereceye yakın sıcaklıklar olarak, Sammonyum Kobalt mıknatıslarsurpassPerformansta neodimyum mıknatıslar.

Samonyum Kobalt şu şekilde sıralanır: second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Havacılık endüstrisinde ve diğer sektörlerde yaygın olarak kullanılır ve performansa maliyetten daha fazla öncelik verir.

1970'lerde geliştirilen samaryum kobalt mıknatıslar, neodimyum mıknatısların sunduğu manyetizmanın gerisinde kalsa da, seramik ve alüminyum-nikel-kobalt mıknatıslara kıyasla daha yüksek bir manyetik güç sergiler. Bu mıknatıslar temel olarak enerji seviyelerine göre iki gruba ayrılır. olarak bilinen ilk grupSm1Co5 (1-5), geniş bir enerji ürün yelpazesine sahiptir.15 to 22 MGOe. Öte yandan, ikinci grup, Sm2Co17 (2-17), bir enerji aralığını kapsar22-32 MGOe.

Hem samaryum kobalt hem de neodimyum mıknatıslar toz metallerden üretilir. Bir sinterleme işleminden geçmeden önce güçlü bir manyetik alanın etkisi altında sıkıştırılırlar.

Neodimyum mıknatıslar çevresel faktörlere karşı oldukça hassastır, oysa samaryum kobalt nadir toprak mıknatısları mükemmel korozyon direnci sergiler. Samaryum kobalt nadir toprak mıknatısları, manyetizmalarını kaybetmeden yüksek sıcaklıklara dayanabilirken, neodimyum mıknatıslar oda sıcaklığının üzerinde dikkatli bir şekilde kullanılmalıdır. Neodimyum mıknatıslar, samaryum kobalt mıknatıslara kıyasla daha dayanıklıdır ve kolayca işlenebilir ve manyetik düzeneklere dahil edilebilir. Her iki malzeme de işleme işlemi sırasında elmas aletlerin, EDM'nin veya taşlamanın kullanılmasını gerektirir.

Şimdi Alnico mıknatıslar hakkında bilgi edinelim

Alüminyum Nikel Kobalt Mıknatıslar (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of alüminyum, nikel ve kobalt.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.

Kayda değer kalıcılıklarına rağmen, nispeten mütevazı toklukları, diğer mıknatıs türleriyle karşılaştırıldığında daha düşük bir manyetik enerji ürününe (BH)maks. Dökme AlNiCo, karmaşık şekillere dönüştürülebilme yeteneğine sahipken, sinterlenmiş AlNiCo, ince taneli yapısı nedeniyle biraz daha az manyetik özellik ancak üstün mekanik özellikler sergiler, bu da düzgün bir akı dağılımı ve gelişmiş mekanik mukavemet sağlar.

Sinterleme AlNiCo, indüksiyon eritme, ince parçacıklar halinde öğütme, presleme, sinterleme, test, kaplama ve manyetizasyonu kapsar. Çeşitli üretim yöntemleri, mekanik özellikleri artıran sinterleme ve enerji yoğunluğunu artıran döküm ile mıknatıs özelliklerini etkiler.

Sinterlenmiş AlNiCo mıknatıslar, aşağıdakiler arasında değişen derecelerde gelir:1.5 to 5.25 MGOe, dökme mıknatıslar ise5.0 to 9.0 MGOe. Anizotropik AlNiCo mıknatıslar, değerli çok yönlülük sağlayan özelleştirilmiş mıknatıslanma yönü seçenekleri sunar.

Alüminyum Nikel Kobalt alaşımları, yüksek maksimum çalışma sıcaklıkları ve olağanüstü korozyon direnci sergiler. Bazı Alüminyum Nikel Kobalt kaliteleri, aşan sıcaklıklarda çalışabilir.500°C. Bu mıknatıslar mikrofonlarda, hoparlörlerde, elektro gitar manyetiklerinde, motorlarda, hareketli dalga tüplerinde, Hall sensörlerinde ve diğer çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Son olarak en fazla fiyat avantajına sahip mıknatıs olan ferrit mıknatısı anlayalım!

Ferrit mıknatıslar, also known asseramik mıknatıslar, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their ekonomik fiyatlandırma, etkili korozyon direnci ve yüksek sıcaklıklarda stabiliteyi koruma yeteneği250 ° C'dir.

Manyetik özellikleri isenot as strong as those of NdFeB magnets, ferrit mıknatısların maliyet etkinliği onları aşağıdakiler için çok uygun hale getirir:large-scaleÜretim. Bu maliyet avantajı, doğası gereği stratejik olmayan, ucuz, kolayca bulunabilen malzemelerin kullanılmasından kaynaklanmaktadır.

Seramik mıknatıslar, her yöne düzgün manyetik özellikler gösteren izotropik veya stres yönü ile uyumlu olarak manyetizasyon gösteren anizotropik olabilir. En güçlü seramik mıknatıslar, 15 dakikanın altında bir manyetik enerji elde edebilir. 3.8 MGOe, onları en zayıf kalıcı mıknatıs türü yapar. Mütevazı manyetik özelliklerine rağmen, diğer mıknatıs türlerine kıyasla demanyetizasyona karşı üstün esneklik sunarlar.

Seramik mıknatıslar bir sergilemelow magnetic energy ürün ve sahip olmakexcellent corrosion resistance,Genellikle düşük karbonlu çelik bileşenlerle birlikte kullanılır ve orta sıcaklıktaki ortamlarda kullanıma uygundur.

Seramik mıknatısların üretim süreci, kırılgan yapıları nedeniyle elmas taşlama taşlarının kullanılması tavsiye edilen presleme ve sinterlemeyi içerir.

Genel olarak, seramik mıknatıslar, manyetik güç ve maliyet verimliliği arasında bir denge sunar ve kırılganlıkları üstün korozyon direnci ile dengelenir. Dayanıklıdırlar, demanyetizasyona karşı dirençlidirler ve oyuncaklar, el sanatları ve motorlar gibi çeşitli uygulamalar için uygun maliyetli bir seçenektirler.

Nadir toprak mıknatısları, ağırlık veya boyut hususlarını önemli ölçüde artırırken, ferritler, elektrikli camlar, koltuklar, anahtarlar, fanlar, cihazlardaki üfleyiciler, bazı elektrikli aletler ve ses ekipmanları gibi yüksek enerji yoğunluğu gerektirmeyen uygulamalar için tercih edilir.