Những điều bạn cần biết về nam châm trước khi hiểu bay từ
Bạn có bị làm phiền bởi thời gian đi làm đường dài? Mặc dù chúng tôi có thể đến đích của bạn bằng cách đi tàu điện ngầm, lái xe và bay, nhưng vẫn có cảm giác như mất nhiều thời gian. Tuy nhiên, có một công nghệ có thể tạo ra một bước nhảy vọt về chất lượng trong thời gian đi lại của chúng ta, và đó là bay từ trường. Có lẽ bạn cảm thấy rằng bay từ chỉ tồn tại trong phim hoặc phim truyền hình. Nhưng vào tháng 7/2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈), và những người khác từ Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc lần đầu tiên thành lập một nhóm để nghiên cứu tài liệu. Apatit chì tinh khiết là một chất cách điện, nhưng theo Sukbae Lee và những người khác, apatit chì pha tạp đồng tạo thành LK-99 là chất siêu dẫn, hoặc kim loại ở nhiệt độ cao hơn. Mặc dù không có vật liệu siêu dẫn nhiệt độ phòng nào được xác nhận ở áp suất bình thường, nhưng nó cũng mang lại cho chúng ta hy vọng! Hãy xem LK-99 ma thuật này hoạt động như thế nào trên nam châm nhé!
Tôi tin rằng bạn cũng đã thấy rằng khi nam châm tiếp cận vật liệu từ bên dưới, vật liệu đứng lên do lực đẩy. Sau khi thay đổi các cực từ, vật liệu vẫn đứng lên do lực đẩy khi tiếp cận vật liệu.
"Chấm đen nhỏ" này tiếp tục rơi xuống hoặc đứng lên khi nam châm NdFeB tiếp cận và di chuyển ra xa. Cả cực S và cực N đều có hiệu quả, nghĩa là lực đẩy không liên quan gì đến cực từ, cho thấy phản từ.
Chúng ta đừng nói về việc liệu LK-99 có thực sự siêu dẫn hay không. Nam châm vĩnh cửu NdFeB có thể làm cho nó bay lên.
Nói về nam châm vĩnh cửu NdFeB, chúng ta phải nói về Tesla Model S.
Elon Musk táo bạo đến mức khi Tesla tổ chức sự kiện ra mắt chiếc sedan đầu tiên của mình, Model S, họ thậm chí còn không lắp ráp nó. Khung gầm dựa trên Mercedes-Benz CLS, và các tấm thân nhôm và nắp động cơ được dán vào khung thép bằng nam châm boron sắt neodymium.
Khi Tesla sản xuất hai mẫu xe cỡ lớn đầu tiên, họ đã sử dụng động cơ cảm ứng để cung cấp năng lượng cho xe. Những động cơ này dựa trên thiết kế động cơ ban đầu của Nikola Tesla, đó là một thiết kế tuyệt vời có trước khi phát minh ra nam châm đất hiếm gần 100 năm.
Động cơ cảm ứng tạo ra từ tính của riêng chúng và điều khiển rôto thông qua điện, và chúng hoạt động mà không cần bất kỳ loại nam châm vĩnh cửu nào.
Thiết kế động cơ cảm ứng là tốt, nhưng Tesla đã chuyển sang động cơ nam châm vĩnh cửu cho Model 3 vào năm 2017 vì lý do chính đáng: Model 3 là một chiếc xe nhỏ hơn, và nó cần một động cơ nhỏ hơn nhưng vẫn có nhiều năng lượng.
Vì vậy, bắt đầu với Model 3, Tesla đã sử dụng động cơ boron sắt neodymium vì chúng tiết kiệm không gian hơn, nhẹ hơn và có thể tạo ra nhiều lực hơn.
Sử dụng nam châm trong ô tô: chẳng hạn như điều hòa không khí, hệ thống phanh, động cơ truyền động, bơm dầu, v.v.
Trên thực tế, ngoài việc được sử dụng trong ô tô, nam châm còn được sử dụng rộng rãi trong loa điện thoại di động, tai nghe, động cơ rung, nam châm điện, máy sấy tóc, quạt, tủ lạnh, máy giặt,...
(Tỷ lệ sử dụng nam châm)
Vì vậy, bên cạnh nam châm vĩnh cửu như NdFeB, ba loại nam châm chính khác là gì? Quy trình sản xuất là gì?
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn!
Đầu tiên, chúng ta hãy hiểu sản phẩm năng lượng từ tối đa của nam châm
Hiện nay, có ba loại nam châm: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
Nam châm vĩnh cửu tạo ra một từ trường được duy trì ngay cả khi có từ trường đối nghịch. Động cơ điện sử dụng nam châm vĩnh cửu hiệu quả hơn động cơ không sử dụng. Hiện tại, tất cả các nam châm mạnh được biết đến đều chứa các nguyên tố đất hiếm, là thành phần chính cho xe điện và tuabin gió. Các nguyên tố như neodymium và thori đã trở thành vật liệu chính do nhu cầu ngày càng tăng và nguồn cung hạn chế.
Nam châm vĩnh cửu là duy nhất ở chỗ một khi được sản xuất, chúng cung cấp từ thông mà không cầnenergy input, dẫn đến chi phí vận hành bằng không. Ngược lại, nam châm điện từ đòi hỏi một dòng điện liên tục để tạo ra từ trường.
Một tính chất quan trọng của nam châm vĩnh cửu là chúng duy trì từ trường của chúng ngay cả khi có từ trường bên ngoài đối lập. Tuy nhiên, nếu cường độ của từ trường đối lập đủ cao, các hạt nhân từ bên trong của nam châm vĩnh cửu sẽ thẳng hàng với từ trường đối nghịch, dẫn đến khử từ.
Nam châm vĩnh cửu về cơ bản hoạt động như các thiết bị lưu trữ năng lượng. Năng lượng được bơm vào trong quá trình từ hóa ban đầu, và nếu được sản xuất và xử lý đúng cách, nó sẽ tồn tại trong nam châm vô thời hạn. Không giống như pin, năng lượng trong nam châm không bao giờ cạn kiệt và vẫn có sẵn để sử dụng. Điều này là do nam châm không có tác động ròng đến môi trường xung quanh chúng. Thay vào đó, chúng sử dụng năng lượng của mình để thu hút hoặc đẩy lùi các vật thể từ tính khác, hỗ trợ chuyển đổi giữa năng lượng điện và cơ học.
Năng lượng của từ trường tỷ lệ thuận với tích của B và H. Khi tích của BH được tối đa hóa (ký hiệu là (BH)max), thể tích tối thiểu của nam châm là cần thiết để tạo ra một từ trường nhất định trong một khoảng cách nhất định. Tối đa (BH) càng cao, thể tích nam châm càng nhỏ để tạo ra mật độ thông lượng nhất định. (BH) max có thể được coi là năng lượng tĩnh từ trên một đơn vị thể tích của vật liệu nam châm. BH được đo bằngMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
Trong ngành công nghiệp nam châm vĩnh cửu, sản phẩm năng lượng từ tối đa đại diện cho mật độ năng lượng từ của nam châm vĩnh cửu và là thông số được sử dụng phổ biến nhất để mô tả hiệu suất của nam châm vĩnh cửu.
Phân loại nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu có thể được chia thành bốn loại:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)vàceramic or ferrite magnets.
Hãy bắt đầu với nam châm tiết kiệm chi phí nhất:Neodymium Iron Boron Magnets
Nam châm neodium (NdFeB) là một trong những vật liệu nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng thương mại, được biết đến vớihigh magnetic energy productvàmagnetic strength.
Nam châm Neodium làstrongestvà hầu hếtcontroversialNam châm. Chúng thuộc loại nam châm đất hiếm vì chúng bao gồm các nguyên tố neodymium, sắt và boron.
Do hàm lượng sắt, nam châm boron sắt neodymium dễ bị oxy hóa và có khả năng chống ăn mòn kém, và thường yêu cầu các lớp phủ như mạ niken, lớp phủ epoxy hoặc lớp phủ kẽm.
Tuy nhiên, chúng là những sản phẩm có mật độ năng lượng cao (lên đến55 MGOe) với độ dẻo dai cao và sử dụng chúng cho phép ổ đĩa cứng, động cơ và thiết bị âm thanh có kích thước nhỏ hơn.
Phạm vi nhiệt độ hoạt động của nam châm neodymium là80°C to 200°C. Tuy nhiên, vật liệu neodymium chất lượng cao có thể hoạt động ở trên120°Ccó thể trở nên khá tốn kém.
Xem xét hiệu quả chi phí, nam châm neodymium chắc chắn là lựa chọn đầu tiên.
Có thể bạn đang nghĩ rằng nhiệt độ làm việc của nam châm của tôi sẽ vượt quá 200 °C, vậy không thể sử dụng nam châm trong môi trường này sao? Vấn đề này có thể được giải quyết bằng nam châm coban vệ sinh.
Salmium Coban (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.
Những nam châm vĩnh cửu này có khả năng chống ăn mòn cao và có thể chịu được nhiệt độ lên đến350°C, và đôi khi thậm chí lên đến500 degrees. Khả năng phục hồi nhiệt độ này mang lại cho chúng một lợi thế khác biệt so với các loại nam châm vĩnh cửu khác ít chịu nhiệt hơn. Cũng giống như nam châm neodymium, nam châm coban samarium cũng cần lớp phủ để chống ăn mòn.
Tuy nhiên, nhược điểm của loại nam châm này là độ bền cơ học thấp. Nam châm Coban độ mặn có thể dễ dàng biến giòn và phát triển các vết nứt. Tuy nhiên, trong trường hợp nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn là điều cần thiết, nam châm coban samarium có thể là lựa chọn thích hợp nhất.
Nam châm neodymium vượt trội ở nhiệt độ thấp hơn, trong khi nam châm Sammonium Cobalt hoạt động tốt nhất ởhigher temperatures. Nam châm neodymium được biết đến là nam châm vĩnh cửu mạnh nhất ở nhiệt độ phòng và lên đến khoảng 180 độ C dựa trên từ hóa dư (Br). Tuy nhiên, sức mạnh của chúng giảm đáng kể khi nhiệt độ tăng. Khi nhiệt độ gần 180 độ C, nam châm Sammonium Cobalt bắt đầusurpassNam châm neodymium trong hiệu suất.
Sammonium Cobalt được xếp hạng là second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Nó thường được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác ưu tiên hiệu suất hơn chi phí.
Nam châm coban samarium, được phát triển vào những năm 1970, thể hiện cường độ từ cao hơn so với nam châm gốm và nhôm-niken-coban, mặc dù thiếu từ tính được cung cấp bởi nam châm neodymium. Những nam châm này chủ yếu được phân loại thành hai nhóm dựa trên mức năng lượng của chúng. Nhóm đầu tiên, được gọi làSm1Co5 (1-5), tự hào có phạm vi sản phẩm năng lượng trải dài từ15 to 22 MGOe. Mặt khác, nhóm thứ hai, Sm2Co17 (2-17), bao gồm một phạm vi năng lượng22-32 MGOe.
Cả nam châm samarium coban và neodymium đều được chế tạo từ kim loại bột. Chúng được nén dưới tác động của từ trường mạnh trước khi trải qua quá trình thiêu kết.
Nam châm neodymium rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường, trong khi nam châm đất hiếm samarium coban thể hiện khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Nam châm đất hiếm samarium coban có thể chịu được nhiệt độ cao mà không làm mất từ tính của chúng, trong khi nam châm neodymium nên được sử dụng thận trọng trên nhiệt độ phòng. Nam châm neodymium bền hơn so với nam châm coban samarium và có thể dễ dàng gia công và kết hợp vào các cụm từ tính. Cả hai vật liệu đều yêu cầu sử dụng các công cụ kim cương, EDM hoặc mài trong quá trình gia công.
Tiếp theo chúng ta hãy tìm hiểu về nam châm Alnico
Nam châm nhôm niken coban (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of nhôm, niken và coban.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.
Mặc dù dư lượng đáng chú ý của chúng, độ dẻo dai tương đối khiêm tốn của chúng dẫn đến sản phẩm năng lượng từ (BH) max giảm khi so sánh với các loại nam châm khác. AlNiCo đúc sở hữu khả năng được tạo thành các hình dạng phức tạp, trong khi AlNiCo thiêu kết có tính chất từ tính thấp hơn một chút nhưng tính chất cơ học vượt trội do cấu trúc hạt mịn của nó, dẫn đến sự phân bố thông lượng đồng đều và tăng cường độ bền cơ học.
Thiêu kết AlNiCo bao gồm nóng chảy cảm ứng, nghiền thành các hạt mịn, ép, thiêu kết, thử nghiệm, phủ và từ hóa. Các phương pháp sản xuất khác nhau tác động đến các tính chất nam châm, với thiêu kết tăng cường các thuộc tính cơ học và đúc làm tăng mật độ năng lượng.
Nam châm AlNiCo thiêu kết có nhiều cấp độ khác nhau:1.5 to 5.25 MGOe, trong khi nam châm đúc có phạm vi từ5.0 to 9.0 MGOe. Nam châm AlNiCo dị hướng cung cấp các tùy chọn hướng từ hóa tùy chỉnh, cung cấp tính linh hoạt có giá trị.
Hợp kim nhôm Niken Coban thể hiện nhiệt độ hoạt động tối đa cao và khả năng chống ăn mòn đặc biệt. Một số loại nhôm Niken Coban có thể hoạt động ở nhiệt độ vượt quá500°C. Những nam châm này được sử dụng rộng rãi trong micrô, loa, pickup guitar điện, động cơ, ống sóng di chuyển, cảm biến Hall và nhiều ứng dụng khác.
Cuối cùng, chúng ta hãy hiểu nam châm có lợi thế nhất về giá, đó là nam châm ferrite!
Nam châm ferrite, also known asnam châm gốm, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their Giá cả tiết kiệm, chống ăn mòn hiệu quả và khả năng duy trì sự ổn định ở nhiệt độ cao lên đến250 °C.
Trong khi đặc tính từ tính của chúng lànot as strong as those of NdFeB magnets, hiệu quả chi phí của nam châm ferrite làm cho chúng rất phù hợp vớilarge-scaleSản xuất. Lợi thế chi phí này bắt nguồn từ việc sử dụng các vật liệu rẻ tiền, sẵn có không có tính chất chiến lược.
Nam châm gốm có thể là đẳng hướng, hiển thị các tính chất từ đồng nhất theo mọi hướng, hoặc dị hướng, hiển thị từ hóa phù hợp với hướng ứng suất. Các nam châm gốm mạnh nhất có thể đạt được năng lượng từ 3.8 MGOe, làm cho chúng trở thành loại nam châm vĩnh cửu yếu nhất. Mặc dù có tính chất từ tính khiêm tốn, chúng cung cấp khả năng phục hồi vượt trội đối với quá trình khử từ so với các loại nam châm khác.
Nam châm gốm trưng bày mộtlow magnetic energy sản phẩm và sở hữuexcellent corrosion resistance,Thường được sử dụng cùng với các thành phần thép carbon thấp và thích hợp để sử dụng trong môi trường nhiệt độ vừa phải.
Quá trình sản xuất nam châm gốm liên quan đến việc ép và thiêu kết, với việc sử dụng bánh mài kim cương được khuyến nghị do tính chất giòn của chúng.
Nói chung, nam châm gốm cung cấp sự cân bằng giữa cường độ từ tính và hiệu quả chi phí, với độ giòn của chúng được chống lại bởi khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Chúng bền, chống khử từ và là lựa chọn hiệu quả về chi phí cho các ứng dụng khác nhau như đồ chơi, hàng thủ công và động cơ.
Nam châm đất hiếm tăng cường đáng kể cân nhắc về trọng lượng hoặc kích thước, trong khi ferrites thích hợp hơn cho các ứng dụng không yêu cầu mật độ năng lượng cao, chẳng hạn như cửa sổ điện, ghế ngồi, công tắc, quạt, máy thổi trong các thiết bị, một số dụng cụ điện và thiết bị âm thanh.
