Phân loại và đặc tính cơ bản của vật liệu từ
Tất cả các chất trong tự nhiên đều có từ tính theo nghĩa là chúng có các tính chất từ tính nhất định và tương tác theo một cách nhất định với từ trường bên ngoài.
Các vật liệu được sử dụng trong công nghệ được gọi là từ tính, có tính đến đặc tính từ tính của chúng. Tính chất từ của chất phụ thuộc vào tính chất từ của vi hạt, cấu tạo của nguyên tử, phân tử.
Phân loại vật liệu từ tính
Vật liệu từ tính được chia thành từ tính yếu và từ tính mạnh.
Có từ tính yếu bao gồm diamagnets và paramagnets.
Từ tính mạnh - sắt từ, do đó có thể có từ tính mềm và từ tính cứng. Về mặt hình thức, sự khác biệt về tính chất từ của vật liệu có thể được đặc trưng bởi độ thấm từ tương đối.
Diamagnets dùng để chỉ các vật liệu mà các nguyên tử (ion) không có momen từ tổng hợp. Bên ngoài, các nam châm biểu hiện bằng cách bị từ trường đẩy lùi. Chúng bao gồm kẽm, đồng, vàng, thủy ngân và các vật liệu khác.
Nam châm thuận được gọi là vật liệu, các nguyên tử (ion) của nó tạo ra mômen từ độc lập với từ trường bên ngoài. Bên ngoài, thuận nam châm biểu hiện thông qua lực hút từ trường không đồng nhất… Chúng bao gồm nhôm, bạch kim, niken và các vật liệu khác.
Sắt từ được gọi là vật liệu trong đó từ trường (bên trong) của chính chúng có thể cao hơn hàng trăm, hàng nghìn lần so với từ trường bên ngoài gây ra nó.
Mỗi cơ thể sắt từ được chia thành các khu vực - các khu vực nhỏ từ hóa tự phát (tự phát). Trong trường hợp không có từ trường bên ngoài, hướng của các vectơ từ hóa của các vùng khác nhau không trùng nhau và kết quả là từ hóa của toàn bộ cơ thể có thể bằng không.
Có ba loại quá trình từ hóa sắt từ:
1. Quá trình chuyển dịch thuận nghịch của các miền từ. Trong trường hợp này, có sự dịch chuyển ranh giới của các vùng được định hướng gần nhất với hướng của trường bên ngoài. Khi trường bị xóa, các miền sẽ dịch chuyển theo hướng ngược lại. Vùng dịch chuyển miền đảo ngược nằm ở phần ban đầu của đường cong từ hóa.
2. Quá trình chuyển dịch không thuận nghịch của các miền từ. Trong trường hợp này, sự dịch chuyển ranh giới giữa các miền từ tính không bị loại bỏ khi từ trường giảm. Vị trí ban đầu của các miền có thể đạt được trong quá trình đảo ngược từ hóa.
Sự dịch chuyển không thể đảo ngược của các ranh giới miền dẫn đến sự xuất hiện từ trễ - độ trễ của cảm ứng từ cường độ trường.
3. Các quá trình xoay miền. Trong trường hợp này, việc hoàn thành các quá trình dịch chuyển ranh giới miền dẫn đến độ bão hòa kỹ thuật của vật liệu.Trong vùng bão hòa, tất cả các vùng quay theo hướng của trường. Vòng trễ đạt đến vùng bão hòa được gọi là ranh giới.
Mạch trễ giới hạn có các đặc điểm sau: Bmax — cảm ứng bão hòa; Br — cảm ứng dư; Hc - lực làm chậm (cưỡng chế).
Vật liệu có giá trị Hc thấp (chu kỳ trễ hẹp) và cao Tính thấm từ được gọi là từ mềm.
Vật liệu có giá trị Hc cao (vòng trễ rộng) và độ từ thẩm thấp được gọi là vật liệu cứng từ tính.
Trong quá trình từ hóa của một chất sắt từ trong từ trường xen kẽ, luôn quan sát thấy tổn thất năng lượng nhiệt, tức là vật liệu nóng lên. Những tổn thất này là do trễ và tổn thất dòng điện xoáy… Độ trễ mất tỷ lệ thuận với diện tích của vòng trễ. Tổn thất dòng điện xoáy phụ thuộc vào điện trở của sắt từ. Điện trở càng cao thì tổn thất dòng điện xoáy càng thấp.
Vật liệu mềm từ tính và vật liệu cứng từ tính
Vật liệu từ mềm bao gồm:
1. Sắt nguyên chất kỹ thuật (thép carbon thấp điện).
3. Hợp kim sắt-niken, sắt-coban.
4. Ferrite từ tính mềm.
Tính chất từ của thép carbon thấp (sắt tinh khiết kỹ thuật) phụ thuộc vào hàm lượng tạp chất, sự biến dạng của mạng tinh thể do biến dạng, kích thước hạt và xử lý nhiệt. Do điện trở suất thấp, sắt nguyên chất thương mại hiếm khi được sử dụng trong kỹ thuật điện, chủ yếu cho các mạch từ thông một chiều.
Thép silic kỹ thuật điện là vật liệu từ tính chính để tiêu thụ hàng loạt. Nó là một hợp kim sắt-silicon. Hợp kim với silicon cho phép bạn giảm lực cưỡng chế và tăng điện trở, nghĩa là giảm tổn thất dòng điện xoáy.
Thép tấm, được cung cấp ở dạng tấm hoặc cuộn riêng lẻ, và thép dải, chỉ được cung cấp ở dạng cuộn, là bán thành phẩm dành cho sản xuất mạch từ (lõi).
Các lõi từ được hình thành từ các tấm riêng lẻ thu được bằng cách dập hoặc cắt hoặc bằng cách cuộn từ các dải.
Chúng được gọi là hợp kim permaloid niken-sắt... Chúng có độ thấm từ ban đầu lớn trong vùng từ trường yếu. Permalloy được sử dụng cho lõi của máy biến áp công suất nhỏ, cuộn cảm và rơ le.
Ferrite là gốm từ tính có điện trở cao, gấp 1010 lần so với sắt. Ferrite được sử dụng trong các mạch tần số cao vì tính thấm từ của chúng thực tế không giảm khi tần số tăng.
Nhược điểm của ferit là cảm ứng bão hòa thấp và độ bền cơ học thấp. Do đó, ferit thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử điện áp thấp.
Vật liệu cứng từ bao gồm:
1. Đúc vật liệu cứng từ tính trên cơ sở hợp kim Fe-Ni-Al.
2. Vật liệu từ tính rắn dạng bột thu được bằng cách ép bột với quá trình xử lý nhiệt tiếp theo.
3. Ferit từ cứng. Vật liệu cứng từ tính là vật liệu nam châm vĩnh cửuđược sử dụng trong động cơ điện và các thiết bị điện khác cần từ trường vĩnh cửu.