Trdomagnetni materiali

Transcript

1 Troagnetni ateriali Razagnetenje lahko opazujeo na va načina: s poočjo faktorja razagnetenja ke pa lahko osega le vrenosti k e < 1, H = M, kjer je M agnetenje agneta, k e s poočjo koeficienta pereance elovne preice. ctgα = µ 0 B H, ki je efiniran z naklonski koto

2 Če je presek agneta enak preseku zračne reže, lahko pišeo B = B in H = H, Če je agnet izelan v obliki tankega obroča, ali na način, a ia ajhno zračno režo, kjer lahko stresanje zaneario, oločio elovno točko agnete s poočjo geoetrije: ctgα = A A l l µ 0 kjer so A in A presek zračne reže oz. agneta, l in l pa olžina zračne reže oz. agneta.

3 Če elovno točko poikao po razagnetilni krivulji in nožio vsakokratno vrenost B in H, obio energijsko vsebino elovne točke agneta: W = B H J 3 = Ws 3

4 Či večji je BH aks pri neke agnetu, toliko anjši je lahko njegov voluen za opravljanje iste funkcije. Ker je ogoče na osnovi enačbe Hl = c I pri stanju I = 0 zapisati, a je: H l H l = 0 Če e prepostavio: B A = B A = Φ Z noženje zgornjih veh enačb obio voluen agneta in če vstavio H = B /µ 0, : V = B B H 2 µ 0 V

5 Kakšne lastnosti naj ia trajni agnet? 1. Trajni agnet naj ia či večji aksialni energijski proukt Tri agnet 1, ia neko olžino l 1, presek A 1 in s te voluen V 1, poganja agnetno polje skozi zračno režo olžine l, preseka A oz. voluna V. Torej ustvari trajni agnet 1 naslenje razere: H 1 l 1 = H l in B 1 A 1 = B A = Φ

6 Če želio zaj zaenjati ta agnet s takšni, ki bi iel slabši energijski proukt B 2 H 2 < B 1 H 1, bi oral biti ustrezno večji. Torej ora biti: H 2 l2 = H l in B2 A 2 = B A = Φ To povzroči pri H 2 < H 1 ustrezno poaljšanje agneta, torej l 2 > l 1 in zarai B 2 < B 1 povečanje preseka agneta A 2 > A 1, ker je V = A l. Drugi agnet je torej večji.

7 2. Magnet naj bo či anj občutljiv na razagnetenje. Ločio e lastni razagnetenje, ki ga povzroči spreeba agnetne upornosti zarai zračne reže, in razagnetenje zarai vpliva zunanjega agnetnega polja. Lastno razagnetenje zarai spreebe reluktance agneta.

8 Razagnetenje z zunanji agnetni polje. Vsak poik elovne točke preko kolena razagnetilne krivulje povzroči ne glee na vzrok trajno razagnetenje agneta.

9 3. Magneti naj iajo či večjo B r Če želio povečanje gostote agnetnega pretoka v zračni reži, uporabio etoo»koncentracije agnetnega pretoka«, to poeni, a agnetne poti v poročju zračne reže zožio. Tako obio: B = B A A 4. Magneti naj boo terično či bolj stabilni T u < T c

10 4. Druge poebne lastnosti korozijska obstojnost, tehnološke sposobnosti, obstojnost na ehanske napetosti in uarce, nizka cena, v izeničnih poljih, je poebno, kolikšna je njegoba električna upornost.

11 Statični in inaični ni agnetni sistei

12 Razagnetilne krivulje tipičnih prestavnikov anašnjih agnetov 1 - izotropni ferit, 2 - anizotropni ferit, 3 - AlNiCo-16 izotropni, 4 - AlNiCo-56 anizotropni, 5 - MnAlC, 6 - Pt-Co, 7 - S-Co 5, 8 - S 2 Co 17, 9 - FeNB. Magneti o 5 o 9 so anizotropni.

13 Klasifikacija troagnetnih aterialov R 1 - Zlitine AlNiCoFeTi Troagnetni ateriali R - Troagnetne zlitine R 2 - Zlitine PtCo R 3 - Zlitine CoFeV R 4 - Zlitine CuFeNi R 5 - Zlitine reke zelje - Co S troagnetna keraika T Ostali troagnetni ateriali R 6 - Zlitine NFeB S 1 - Troagnetni feriti T 1 - Martenzitna jekla

14 Najpoebnejše skupine trajnih agnetov so: keraični agneti, kovinski agneti (AlNiCo), agneti na osnovi rekih zeelj (SCo in NFeB) in plastificirani ter guirani agneti na osnovi enega o gornjih agnetih aterialov. Proizvajalci trajnih agnetov opisujejo svoje izelke z naslenjii paraetri: reanenčna gostota agnetnega polja B r (T), koercitivna agnetna poljska jakost H c (ka/), začetna agnetna poljska jakost H ci (ka/), največji energijski proukt B H aks in najvišjo priporočeno teperaturo uporabe T aks ( C)

15 Vrsta B r (T) H c (ka/) H ci (ka/) B H ax T aks ( C) NFeB 0,90-1, SCo 0,80-1, AlNiCo 0,70-1, keraični 0,30-0, plastoagneti 0,13-0, Tipične vrenosti glavnih paraetrov trajnih agnetov.

16 Keraični agneti Keraični agneti izkazujejo visoko vrenost H c in skoraj linearen potek B-H krivulje v ruge kvarantu, kar je zaželeno pri večini aplikacij, vključno z otorskii. Keraične ali feritne trajne agnete izelujeo po postopku prahaste etalurgije: (glavna koponenta je oksi Fe 2 O 3.) Osnovna sestava je običajno zapisana v obliki X.Fe 12 O 19, kjer sta X običajno barij (Ba) ali stroncij (Sr). Funkcija X ionov je povezava sestavnih eleentov v heksagonalno kristalno strukturo. Postopek: okro ali suho ešanje osnovne koponente Fe 2 O 3 s karbonati barija ali stroncija, ki se pri teperaturi e 1000 in 1300 C povežejo e seboj. Reakcija poteka v veh stopnjah in ju opisujeta sponji keijski enačbi: BaCO + BaOFe 3 + Fe2O3 BaOFe2O3 CO2 2O3 + 5Fe2O3 BaO 6Fe2O3

17 Da bi obili potrebno anizotropijo, je poebno, a so preeri elcev okrog enega µ, kar je približno toliko kot erijo agnetne oene. Delci se v procesu oblikovanju agnetno userijo s poočjo zunanjega agnetnega polja, ki ga proizvaja agnetilna naprava, ki je vgrajena v oroje za oblikovanje. Velikost elcev zagotavljao v fazi letja. Iz tako priobljenega granulata oblikujeo surova agnetna jera, ki jih v postopku sintranja pri teperaturi e 1100 in 1300 C terično obelao. Jera se pri te skrčijo za okoli 15%. Sintrane agnete po potrebi še oatno ehansko obelao. Postopek obelave je običajno brušenje z iaantnii brusi.

18 Sheatski potek tehnološkega postopka izelave keraičnih agnetov Fe 2 O 3 XCO 3 Kalcinacija C Drobljenje Mokro letje o 1µ Sušenje gošèe Suho stiskanje Mokro stiskanje v agnetne polju Sintranje pri C Brušenje Kontrola in eritve

19 AlNiCo agneti Za AlNiCo agnete je značilno: visoka vrenost reanenčne gostote agnetnega polja B r, visoka teperatura uporabe nizka teperaturna ovisnost. Najpogosteje se uporabljajo v agnetnih senzorjih, agnetnih stikalih, zvočnikih ter ikro-otorjih.

20 Liti AlNiCo agneti Na agnetne lastnosti najbolj vpliva razerje e posaeznii koponentai. Tako na prier kobalt izboljšuje anizotropijo. Za ikrostrukturo AlNiCo agnetov so značilni elipsasti elci Co-Fe, ki izkazujejo visoko stopnjo agnetne anizotropije, Velikost elipsastih CoFe elcev je 40 x 8 x 8 n, z raziko e elci okrog 20 n.

21 Postopek izelave AlNiCo agnetov Inukcijsko taljenje AlNiCo pri C Vlivanje litine v kalupe iz peska ali uetnih sol pri graientu ohlajanja 250 C/in Hoogenizacija pri C Ohlajanje na zraèni atosferi o teperature 900 C, pri teperaturne graientu C Ohlajanje v agnetne polju o teperature 600 C Toplotna obelava (tepranje ) pri 550 o 650 C, 20 o 30 ur. Mehanska obelava Kontrola in eritve

22 Prahasta tehnologija AlNiCo agnetov Za oblikovanje anjših AlNiCo agnetov je priernejša prahasta tehnologija. V te prieru osnovne sestavine suho zešao in pote stisneo v želeno obliko. Pri sintranju se oblikovanci skrčijo za okrog 15%. V prierjavi z litii agneti iajo sintrani izelki nekoliko nižjo gostoto, venar so ehansko očnejši.

23 Magnetni ateriali na osnovi eleentov rekih zeelj Skupino rekih zeelj tvorijo eleenti z atoskii števili o 58 o 71. Običajne spojine, ki se uporabljajo v agnetnih aterialih, so v oblikah RCo 5, R 2 Co 17, R 2 Co 7, R 5 Co 19 ali RCo 3 R je lahko kateri o eleentov skupine rekih zeelj (lantan (La), cerij (Ce), prazeoij (Pr), saarij (S), neoi (N) ali itrij (Y).

24 SCo agneti Proces priprave SCo granulata: S 2 O 3 Al, Ni ali La Co Izločanje S in reakcija z ostalii kovinai Inukcijsko taljenje v vakuuu Vlivanje v ingote Drobljenje in grobo letje Fino letje o 5-10 µ

25 Pripravljeni granulat se nato obeluje po klasični prahasti tehnologiji. Sintranje poteka pri 1100 C. Za izboljšanje agnetnih lastnosti in za zanjšanje teperaturne ovisnosti se izvaja tui teperaturna stabilizacija agnetnih jeer pri teperaturi okrog 900 C.

26 Reukcijsko-talilni postopek za izelavo granulata Co S 2 O 3 Ca Suho ešanje Terična obelava pri 1150 C Hiriranje CaO Izločanje baze Ca(OH) 2 Nevtraliziranje s kislino Sušenje Fino letje na 5 o 10 µ

27 NFeB agneti NFeB agnetni ateriali iajo najvišji energijski proukt Zlitina s sestavo R 2 Fe 14 B in tetragonalno kristalno zgrabo ia zelo očno agneto-kristalno anizotropijo (Leto 1980) Curie-jeva teperatura je pri teh zlitinah za 200 o 300 C višja kot pri zlitinah R 2 Fe 17. R 2 Fe 14 B ia najvišjo agnetizacijo nasičenja M s neoia (N) je v naravi bistveno več kot saarija (S).

28 Priprava granulata lahko poteka po že oenjene reukcijsko-talilne postopku, ki ga v zanje času veno bolj naoešča postopek rotacijskega taljenja (elt spinning) ali hitrega ohlajanja (rapi quenching). Pri slenje tekočo litino N 2 Fe 14 B v zaščitni atosferi (Ar argon) skozi šobo ajhnega preera voio na površino vono hlajenega kovinskega valja. Pri te obio tanek trak. S hitrostjo ohlajanja traku in s količino ovajane litine na valj vplivao na agnetne lastnosti ateriala. Trak, ki je običajno širok o 1 o 3 ter ebel okrog 35 µ, zeljeo v granule, ki so paličaste oblike. S postopko vročega stiskanja granulata se poveča agnetna userjenost posaeznih elcev. Tako lahko bistveno povečao energijski proukt, ki oseže tui o 30 kj/ 3.

29 Vezani agneti Magnetni elci so esebojno povezani z različnii vezivi kot so sole, plastični ateriali, gua in poobno. Najpogostejši etoi oblikovanja t.i. vezanih (ang. bone) agnetov sta ekstruiranje in brizganje. Višji ostotek veziva vpliva na nižjo vsebnost agnetnega ateriala v agnetne jeru. Klasično stiskanje Brizganje Ekstruzija Nazivna vsebnost agnetnega ateriala 80% 60% 55% Optialna vsebnost agnetnega ateriala 85% 65% 60% Vsebnost agnetnega ateriala pri vezanih agnetih

30 V praksi se je izkazalo, a vrenost energijskega proukta BH paa s kvarato vsebnosti agnetnega ateriala v vezanih agnetih. Največ se uporabljajo vezani keraični agneti. Sintrano spojino BaFe 12 O 19 je treba zleti o velikosti elcev okrog 1 µ, ki se ji oa vezivo. Mešanico nato poljubno oblikujeo. Na agnetne lastnosti izelkov lahko vplivao poleg procesa priprave granulata tui v fazi stiskanja in agnetenja. Oblikovanje agnetnih izelkov lahko poteka v agnetne polju: