Виды магнитов и их свойства

Виды магнитов и их свойства

Замовлено товарів: 0, на суму: 0.00 грн.

Как выбрать материал для магнита .

Чтобы изготовить постоянный магнит, конечно же, недостаточно взять кусок магнитной руды природного происхождения. Современные материалы для магнитов должны удовлетворять требованиям к каждому конкретному изделию. Чтобы понять, какой материал нужен для того или иного постоянного магнита, нужно ответить на несколько вопросов:

1. Какие магнитные свойства материала необходимы?
2. Какие требования предъявляются к физическим свойствам материала?
3. Какие температуры должен выдержать магнит?
4. Каковы требования к стоимости магнита?

Сегодня для изготовления магнитов используют самые различные материалы. Это альнико, ферриты, сплавы самарий-кобальт, неодим-железо-бор, железо-хром-кобальт, а так же материалы в виде смеси магнитного порошка и какого-либо связующего компонента. В качестве связующего материала могут выступать каучук, пластик и материалы на основе эпоксидной смолы.

Каждый из вышеперечисленных материалов имеет и преимущества и недостатки. Свойства материалов являются основой при изготовлении магнитов для разных целей.

Начнем осмотр магнитных материалов из одного из старейших.

1. Магниты-альнико AlNiCo.

Используемый ещё со времён второй Мировой Войны, он имеет неоспоримые положительные качества по сравнению с другими материалами. У него может быть очень высокая остаточная намагниченность Br, изменяющаяся от 6700 до 13500 Г . Температура, при которой материал полностью теряет свои магнитные свойства (Температура Кюри) у этого материала примерно 840 0 С, температурная стабильность данного материала очень высока. Температурный коэффициент индукции и других магнитных характеристик составляет 0,02 (% / 0 С), меньше чем у многих других доступных материалов. Другим важным свойством альнико является возможность формирования в материале магнитного поля большой кривизны. Знаменитая форма Альнико – форма подковы, это искривленный магнит с северным и южным полюсами, выровненными так, что они могут, например, поднимать стальной стержень.

Из недостатков нужно отметить, что Альнико очень жесткий и хрупкий материал. Он может быть обработан только полированием, шлифованием или электроэрозионной обработкой. Это создает трудности при использования в составе изделия. Также у Альнико низкая коэрцитивная сила, изменяющаяся в пределах 0.64-1.9 кЭ.

2. Ферриты (ферриты бария, кобальта, стронция..)

Самый дешёвый на сегодняшний день магнитный материал — феррит (керамика).

У этого материала умеренно высокие значения Hcb и Hci (от 2,500 до 4,000 G ), что значительно выше, чем у Альнико. Его электрическое сопротивление также очень высоко. Керамические материалы обычно являются диэлектриками, тогда как практически все магнитные материалы имеют умеренную электрическую проводимость.

К недостаткам ферритовых материалов можно отнести более низкую температуру Кюри (около 450 0 С), а также низкую температурную стабильность. Температурный коэффициент ферритовых материалов составляет 0,2 (% / 0 С), т.е. они в 10 раз менее стабильны, чем Альнико (-0,02 (% / 0 С)).

Ферритовые магниты давно применяются в производстве электродвигателей, где необходим магнитный материал с высокой коэрцитивной силой, а она для данного материала изменяется в пределах от 2,500 до 4,000 G , что вполне достаточно для электроприводов постоянного тока, применяемых в промышленности. В настоящее время ферриты стали широко применяться в автомобильных двигателях постоянного тока, стеклоподъёмниках, вентиляторах, антенных моторах и т.д. Электроприводы в автомобилестроении – основная поддержка магнитного бизнеса вот уже почти 40 лет.

Главное достоинство ферритов это их низкая цена. Но не следует также забывать о высокой химической стабильности к окислению, что позволяет ферритам сохранять свои свойства и внешний вид без всякого покрытия в течение десятилетий.

3. Магниты самарий кобальт (SmCo)

В конце 70-х годов прошлого века в Дэйтонском университете в рамках одного из проектов ВВС США был использован материал самарий-кобальт (SmCo). Энергия магнитного поля этого материала оказалась более высокой, чем у Альнико, а температурная стабильность — замечательной. В то же время, это самый дорогой из имеющихся магнитных материалов.

Достоинством магнитов SmCo является высокая остаточная намагниченность Br (до 11.5 кГ ), коэрцитивная сила Hci (от 5,5 до 25 кЭ) и высокая температура Кюри.

Известны две марки SmCo: 1:5 -сплав, у которого температура Кюри 750 0 С, и 2:17 — сплав с температурой Кюри 825 0 С.

Магниты SmCo обладают хорошей температурной стабильностью 0,035 (% / 0 С), их температурный коэффициент индукции больше, чем у Альнико.

Недостатками магнитов SmCo являются их высокая стоимость и хрупкость. Высокая цена материала обусловлена использованием в нём дорогих редкоземельных металлов. В частности, технология очистки самария достаточно дорога, так же, как и кобальта достаточно дорога.

Из сплавов — 1:5 и 2:17 – менее дорогим (на 10-15 %) является сплав 2:17, поскольку в нем небольшая часть кобальта замещена железом, и содержание самария меньше, чем в чистом сплаве 1:5. Выпуск магнитов из сплава 2:17 пока на 50 % выше, чем из сплава 1:5. Разработанные из сплава 2:17 магнитные системы имеют большую магнитную энергию, при этом сплав 2:17 производит ту же работу, что и сплав 1:5, и имеет меньшую стоимость.

Второй недостаток материала SmCo – это его хрупкость. Заказчикам обычно советуют иметь магниты SmCo с фасками радиусом скругления в 1 мм.

Однако, во многих военных разработках, где требуется стабильность и надёжность, а цена имеет меньшее значение, магниты SmCo сменили Альнико.

4. Магниты неодим железо бор (NdFeB)

Производители стали искать магнитный материал, который обладал бы такой же магнитной энергией, как SmCo, но имел существенно более низкую стоимость. Было установлено, что у сплавов NdFeB очень высокое энергетическое произведение — вплоть до 50-55 MG*Oe- при значительно меньшей цене, чем цена SmCo. Научные исследования нового магнитного материала — неодим-железо-бор (NdFeB) — начались с 80-х годов прошлого века, а его широкое применение в промышленности — с 1984 года.

Магниты NdFeB обладают широким диапазоном рабочих температур (от -40 0С до +150 0С), некоторые их виды можно использовать вплоть до 200 0С.

Температурная стабильность магнитов NdFeB меньше, чем у магнитов SmCo – их температурный коэффициент магнитной индукции изменяется от 0,07 до 0,13 (% / 0С) (для сравнения 0,035 (% / 0С) у SmCo). Вследствие этого при температурах более 180 0С магниты SmCo могут создавать большие значения магнитного поля, чем магниты NdFeB.

Чтобы избежать коррозии, сплав NdFeB покрывают цинком, никелем, медью или комбинацией этих материалов. Кроме того, во избежание возникновения химически нестабильных соединений в структуре сплава процесс изготовления проводится в отсутствие воздуха.

NdFeB имеет низкую температуру Кюри – примерно 310 0С, которая может быть повышена добавлением кобальта. Однако, использование кобальта ведет к удорожанию материала.

В настоящее время магниты NdFeB очень широко используются в двигателях электроприводов в компьютерной технике благодаря своим высоким энергетическим магнитным характеристикам. В 80-х годах прошлого века для этих целей использовались ферритовые магниты, позже — магниты из SmCo. Использование более сильных магнитов позволяет сделать привод диска более миниатюрным. Устройства считывания и записи информации, так называемые VCM, а также все дисковые и шпиндельные моторы используют спеченные магниты неодим железо бор. Примерно 60 % использующегося в промышленности магнитного материала NdFeB применяется в приводах компьютерных дисков.

Подверженность коррозии NdFeB вынуждает наносить на магниты покрытие. Окраска, покрытие эпоксидной смолой хороши в качестве защиты от окисления, но добавляют лишний слой между магнитом и другими частями изделия. Этот слой вызывает дополнительное магнитное сопротивление в цепи, подобно сопротивлению в электрической цепи. Покрытия никелем и цинком наиболее выгодны из-за возможности нанесения слоя очень малой толщины. Никель особенно эффективно защищает магнит от воздуха и влажности благодаря своей герметичности. Кроме того, это один из наиболее дешевых методов защиты от окисления. Как правило, толщина покрытия никелем не превышает 15-20 мкм.

В настоящее время магниты NdFeB могут производиться с присадками из различных материалов, такими как диспрозий, кобальт, ниобий, ванадий, галлий и т.д., что ведет к улучшению стабильности магнита с температурной и коррозионной точек зрения. Эти модифицированные магниты могут быть использованы до температур +220 0С.

5. Магнитопласты или полимерные магниты

Магнитопласты или гибкие магниты изготавливаются посредством смешения магнитного порошка и какого-либо связующего компонента. В качестве связующего вещества могут применяться каучук, акрил, полиамид, термопластик, пластик, винил (магнитный винил), эпоксидная смола, PPS и др.

Магнит изготавливается из смешанной массы следующими способами:

— прокаткой в сплошное полотно посредством прессования между двумя катками (каландрованием).

— нагретая масса формируется путём выдавливания через отверстие определённого сечения (выдавливание).

— нагретая масса впрыскивается в матрицу, где охлаждается до отвердения, затем матрицу открывают и извлекают отливку (метод отливки).

— покрытый магнитный порошок помещается в полость матрицы и плотно сжимается под высоким давлением (прессование под давлением).

Магнитопласты обладают физическими свойствами, типичными для связующего материала. Каучуковый магнитопласт гибкий, не крошится и не ломается. Магнитопласты на основе эпоксидной смолы имеют хорошее сопротивление воздействию масел, бензинов и обычных растворителей. Основные связующие материалы имеют следующие характерные особенности:

— Предел использования по температуре, соответствует температуре, при которой связующий материал теряет твердость (150-180 0 С).

— Негерметичность, из-за которой внутрь материала могут проникать вода и воздух, которые воздействуют на магнитные свойства материала.

— Связующее вещество может набухать, впитывать влагу и как следствие, изменять свои размеры и терять прочность.

Правильный выбор связующего материала может быть важен для минимизации негативных эффектов.

Латунь, алюминий, сталь и даже высокотемпературные пластики могут быть использованы в процессе прессования данных магнитов, когда магнитные соединения формируются за счет перемешивания магнитного порошка и связующего материала.

Если добавлять в форму для литья два компонента, то можно изготовить продукт, содержащий два различных материала. Это могут быть два магнитных материала или смесь магнитных материалов и пластика. Существует разновидность этого процесса, называемая многошаговым литьевым вспрыском, когда разнородные материалы прессуются последовательно. Часто с точки зрения магнитных свойств эта технология дает лучшие результаты, чем одновременное прессование.

Описанные процессы позволяют создавать как простые, так и очень сложные формы магнитов; с прямой, радиальной и многополюсной намагниченностью.

Рабочие температуры магнитопластов низки по сравнению с рабочими температурами спеченных магнитов. Использование разных магнитных порошков позволяет получить «гибридный» магнит, обладающий тем или иным набором свойств. Особенно полезны гибриды, представляющие собой смеси ферритового порошка с небольшим количеством редкоземельного порошка, обычно NdFeB. Разное процентное соотношение компонентов такого гибрида позволяет получить необходимые характеристики.

Один из недостатков магнитопластов — верхний температурный предел использования, определяемый температурным состоянием связующего материала. Эта величина обычно составляет от 80 0С до 220 0С. Полифенильный сульфид (PPS) обладает высокой температурой эксплуатации с минимальной абсорбирующей способностью и высоким сопротивлением вредному воздействию масел и других нефтепродуктов. В автомобильной промышленности уже начато изготовление магнитов с применением PPS. Хорошие результаты даёт также использование в качестве связующих компонент Нейлона 6 и 12.

Термоэластичные магнитопласты имеют верхний предел использования по температуре около 80 0 С.

При производстве магнитопластов и магнитоэластов используются порошки NdFeB, ферриты, Альнико и SmCo, а также их различные комбинации.

Одной из наиболее перспективных сфер применения магнитопластов является создание компактных и высокоэффективных электрических двигателей и приводов, а также различного рода датчиков. Возможность создания магнитов самой сложной формы и высокой намагниченности, а также хорошие механические свойства – основные конкурентные преимущества магнитопластов.

Как же выбрать магнит?

Основных критериев выбора два – стоимость и температурная стабильность.

Стоимость магнита почти всегда является основным критерием выбора. Цена магнита является одной из основных величин, характеризующих магнит вместе с такой информацией, как тип материала, размер, форма, направление намагниченности и т.д.

Предлагается следующая схема выбора магнита:

— В первую очередь рассматривайте ферритовые магниты из-за их низкой стоимости

— В том случае, если особенно важна эффективность, используйте редкоземельные магниты на основе NdFeB.

— В том случае, если необходима высокая надежность и стабильность, применяйте магниты на основе SmCo или монокристаллические магниты AlNiCo.

— Если магниты должны быть длинными (относительно их диаметра или ширины), выбирайте Альнико. Короткие магниты делайте из ферритов и семейства редкоземельных магнитных материалов.

— Маленькие магниты сложной формы и намагниченности делайте из магнитопластов. Также из магнитопластов изготавливается магнитная лента для сувенирных магнитов.

На нашем сайте магниты представлены в различных категориях товаров, в зависимости от их форм и применения:

Виды магнитов и их свойства — какие бывают неодимовые и поисковые магниты

В далекой древности были обнаружены камни с удивительной способностью притягивать металлические предметы. В настоящее время без них невозможно представить наше существование. Они нас окружают повсюду, участвуют во всем: от изготовления простейших сувениров на холодильнике до создания сложнейших современных технологий. Пользуясь их уникальной способностью в повседневной жизни, мы не задумаемся, что они собой представляют и какие виды магнитов существуют.

Что такое магнит?

Это минерал, образующийся при остывании лавы. Он содержит железо и его окислы, за счет чего обладает свойствами притягивания. Внутри него молекулы двигаются в двух противоположных направлениях, что создает притяжение или отталкивание металлических предметов.

Виды магнитов и их свойства

В бытовой технике, электроприборах, датчиках установлены магнитные элементы разного типа. Они имеют свои особенности и выполняют определенные функции, соответствующие предназначению устройства. Необходимо знать, какие виды магнитов бывают? Самыми распространенными являются:

— электромагниты, управляющиеся электрическим током;

— временные, представляющие собой металлические предметы, имеющие притягивающиеся свойства только в присутствие магнита;

— постоянные или природные, сохраняющие высокую намагниченность на протяжении длительного времени.

Виды постоянных магнитов

В зависимости от материалов и технологий они делятся на три вида:

1. Ферритовые. Самые распространенные в производстве и потреблении. Их применяют в качестве крепления бытовых предметов, используют в производстве, радиотехнике. Они обладают антикоррозийными качествами, устойчивостью к высоким температурам, повышенной сопротивляемостью к воздействию электричества.
2. Полимерные. Магнитный винил внешне представляет собой гибкий лист, изготовленный посредством смешивания ферритового порошка с пластиком или резиной. Он легко сгибается, режется, сверлится, пробивается, сохраняя свои первоначальные качества. Из него изготавливают много изделий, в том числе профили разной конфигурации.
3. Неодимовые. Из этих трех разновидностей они обладают наиболее высокими эксплуатационными характеристиками. Это самый мощный сплав, созданный из бора, железа и неодима. Он не подвергается размагничиванию, сохраняет первоначальную силу до 100 лет. Применяется в разных сферах: от производства деталей для компьютерной техники до создания сверхмощных генераторов. Он способен создавать магнитное поле, удерживающее вес в 300 раз больший, чем само изделие.

Виды неодимовых магнитов

Супермагнит можно разделить по способам применения, сплавам, маркам и формам. В зависимости от назначения они могут быть конусообразными, цилиндрическими, сферообразными, в виде шаров, прямоугольников, дисков, нередко встречается магнит в виде кольца. На их основе создаются материалы и изделия, имеющие магнитные свойства. Благодаря своей мощности и небольшим размерам они с большим успехом используются в промышленных отраслях, медицине и других сферах жизни.

Магнитные изделия популярны среди потребителей всех категорий. Ассортимент продукции разнообразен. В него входят: технические приспособления, лечебные устройства, канцелярские товары, детские игрушки, сувениры в виде магнитиков на холодильник. В быту они незаменимы, так как практически все устройства оснащены магнитными элементами, а без них не работают. Особый интерес вызывают поисковые конструкции.

Виды поисковых магнитов

Задача такого устройства заключается в обнаружении и притягивании изделия из железа. Это незаменимый помощник археологов и кладоискателей. Он представляет собой корпус, в который вставлен магнит из неодима. Снаряжение легко может обнаружить металлический предмет и достать его. Существует два вида магнитных поисковиков:

1. Односторонний. Он состоит из неодима, бора и железа. Этот сплав обеспечивает мощное притяжение. Корпус оснащен рым-болтом, куда прикрепляется веревка, с помощью которой можно вытащить найденный предмет из колодца или водоема. Снаряжение небольшого размера способно поднимать тяжелые и объемные предметы.
2. Двусторонний. Отличается от первого варианта наличием бокового отверстия для рым-болта, что обеспечивает хороший эффект независимо от того, какой стороной он окажется на дне. Его удобно забрасывать с берега.

Высокая эффективность работы обеих моделей неоспорима. С их помощью легко отыскать и поднять на поверхность любые металлические предметы независимо от их веса и габаритов. Для них не составит труда найти и извлечь ценность, годами или даже веками скрывающуюся от человеческого глаза.

На сайте нашей компании представлен широкий ассортимент магнитной продукции. Здесь можно выбрать и приобрести готовое изделия или сделать индивидуальный заказ. Мы гарантируем качество и высокий уровень обслуживания!

Виды и типы магнитов

Дома, на работе, в собственном авто или в общественном транспорте нас окружают разнообразные типы магнитов. Они обеспечивают работу моторов, датчиков, микрофонов и многих других привычных вещей. При этом в каждой сфере используются различные по своим характеристикам и особенностям устройства. В целом выделяют такие типы магнитов:

Какие бывают магниты

Электромагниты. Конструкция таких изделий состоит из железного сердечника, на который намотаны витки провода. Подавая электрический ток с различными параметрами величины и направленности, удается получать магнитные поля нужной силы и полярности.

Постоянные магниты. Главная особенность этой обширной группы материалов состоит в способности очень долго сохранять остаточную намагниченность. Это качество находит свое полезное применение в промышленности и в быту. Магнитная сила и другие важные характеристики постоянных магнитов зависят от их состава и технологии изготовления.

Временные магниты. Некоторые материалы после воздействия внешнего магнитного поля непродолжительное время сохраняют намагниченность. Например, временный магнит можно получить в домашних условиях, просто проведя несколько раз постоянным магнитом в одном направлении по поверхности металлического бруска, гвоздя или другого объекта.

Виды постоянных магнитов

Неодимовые магниты

Самый востребованный и перспективный магнитный сплав на сегодняшний день – это соединение неодима, железа и бора. Этот редкоземельный супермагнит успешно используются во многих сферах, начиная от производства детских игрушек и мебельных магнитов и заканчивая использованием в составе мощнейших грузозахватов. Высокая коэрцитивная сила неодимового магнита обеспечивает сохранение магнитных свойств даже в зоне действия интенсивного внешнего поля. Такой особенностью не могут похвастаться другие виды магнитов. Кроме того, важное преимущество неодимового сплава – длительность сохранения свойств. При соблюдении условий эксплуатации материал будет терять не более 1-2% своей магнитной силы в течение 10 лет. По сути, этот сильный магнит может сохранять свои качества на протяжении столетий. Главное – необходимо обезопасить материал от ударных нагрузок и обеспечить условия, при которых температура не превышала бы допустимых значений.

Ферритовые магниты

Благодаря сочетанию низкой цены и хороших магнитных свойств эта группа материалов остается наиболее массовой и распространенной. Ферритовый магнит изготавливается из сплава оксида железа с ферритом стронция или бария. Такой состав материал обеспечивает сохранение магнитных свойств в широком диапазоне температур от –40 до +280 ⁰С. Обычные магниты в виде блоков, квадратов, колец или подков широко используются в промышленности и в быту.

Кобальтовые магниты

Название этой группы магнитов представляет собой аббревиатуру названий своих составляющих: алюминий, никель и кобальт. Главное преимущество сплава альнико состоит в непревзойденной температурной устойчивости материала. Другие виды магнитов не могут похвастаться наличием возможности применения при температурах до +550 ⁰ С. В то же время этот легкий материал характеризуется слабой коэрцитивной силой. Это означает, что он может полностью размагничиваться при воздействии сильного внешнего магнитного поля. В то же время благодаря своей доступной цене альнико является незаменимым решением во многих научных и промышленных отраслях.

Магнитопласты или гибкие магниты

Легкий, мягкий и гибкий материал изготавливается на основе магнитного порошка. В качестве связующего компонента могут использоваться каучук, винил, акрил, пластик и другие материалы. Из такого сырья можно получить изделия любых форм и размеров. Сила удержания мягких магнитов уступает альтернативным вариантам, но для решения поставленных задач ее вполне достаточно. Гибкие магниты находят свое применение в производстве рекламной продукции, съемных наклеек на авто, а также в изготовлении различных канцелярских и сувенирных товаров.

Современная магнитная продукция

Итак, со сплавами разобрались. Теперь перейдем к тому, какие бывают магниты и какое применение им найти в быту. На самом деле существует огромное разнообразие вариантов подобной продукции:

1) Игрушки. Дартс без острых дротиков, настольные игры, развивающие конструкции – силы магнетизма делают привычные развлечения намного более интересными и увлекательными.

2) Крепления и держатели. Крючки и панели помогут удобно организовать пространство без пыльного монтажа и сверления стен. Постоянная магнитная сила креплений оказывается незаменимой в домашней мастерской, в бутиках и магазинах. Кроме того, им найдется достойное применение в любой комнате.

3) Офисные магниты. Для презентаций и планерок используются магнитные доски, которые позволяют наглядно и детально представить любую информацию. Также они оказываются крайне полезны в школьных кабинетах и аудиториях университетов.

4) Захваты. Специальные виды магнитов позволяют находить металлические объекты в любых условиях. Небольшой поисковый магнит может вытянуть из водоема или колодца объект весом 200-300 кг и более. Компактные телескопические устройства позволяются за считанные секунды находить металлические детали в труднодоступных местах.

5) Магнитные опыты. Знакомство с силами магнетизма – это самая веселая и увлекательная часть физики. Специальные наборы для опытов помогут узнать, как электрический ток меняет направление магнитного поля, а специальная пленка-индикатор позволит увидеть, как на практике направление магнитных сил.

Чтобы узнать подробно, какие бывают магниты и выбрать подходящие изделия для домашнего использования или для применения в своей профессиональной деятельности, изучите каталог интернет-магазина «Мир магнитов». В представленном ассортименте вы найдете очень полезные и нужные вещи, которые помогут сделать жизнь проще и интересней.

Автор: Виктория Костюченко

Количество просмотров: 71102

Количество комментариев: 0

Постоянные магниты — виды и свойства, формы, взаимодействие магнитов

Ферромагнитное изделие, способное сохранять значительную остаточную намагниченность после снятия внешнего магнитного поля, называется постоянным магнитом.

Постоянные магниты изготавливают из различных металлов, таких как: кобальт, железо, никель, сплавы редкоземельных металлов (для неодимовых магнитов), а также из естественных минералов типа магнетитов.

Сфера применения постоянных магнитов сегодня очень широка, однако назначение их принципиально везде одно и то же — как источник постоянного магнитного поля без подвода электроэнергии. Таким образом, магнит — это тело, обладающее своим собственным магнитным полем.

Само же слово «магнит» происходит от греческого словосочетания, которое переводится как «камень из Магнесии», по названию азиатского города, где были в древности открыты залежи магнетита — магнитного железняка. С физической точки зрения элементарным магнитом является электрон, а магнитные свойства магнитов вообще обуславливаются магнитными моментами электронов, входящих в состав намагниченного материала.

Постоянный магнит является частью магнитных систем электротехнических изделий. Работа устройств с постоянными магнитами, как правило, основана на преобразовании энергии:

• механической в механическую (сепараторы, магнитные муфты и т. п.);
• механической в электромагнитную (электрогенераторы, громкоговорители и т. п.);
• электромагнитной в механическую (электродвигатели, динамики, магнитоэлектрические системы и т. п.);
• механической во внутреннюю (тормозные устройства и т. п.).

К постоянным магнитам предъявляются следующие требования:

• высокая удельная магнитная энергия;
• минимальные габариты при заданной напряженности поля;
• сохранение работоспособности в широком диапазоне рабочих температур;
• устойчивость к воздействию внешних магнитных полей; – технологичность;
• низкая стоимость исходного сырья;
• стабильность магнитных параметров во времени.

Разнообразие задач, решаемых при помощи постоянных магнитов, вызывает необходимость создания множества форм их исполнения. Часто постоянным магнитам придается форма подковы (т. н. «подковообразные» магниты).

На рисунке приведены примеры форм промышленно выпускаемых постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с защитным покрытием.

Промышленно выпускаемые постоянные магниты различной формы: а – диск; б – кольцо; в – параллелепипед; г – цилиндр; д – шар; е – сектор полого цилиндра

Также выпускаются магниты из магнитотвердых металлических сплавов и ферритов в виде стержней круглого и прямоугольного сечения, а также трубчатые, С-образные, подковообразные, в виде пластин прямоугольной формы и др.

После того как материалу придана форма, он должен быть намагничен, т. е. помещен во внешнее магнитное поле, т.к. магнитные параметры постоянных магнитов определяются не только их формой или материалом, из которого они изготовлены, но и направлением намагничивания.

Заготовки намагничивают, используя постоянные магниты, электромагниты постоянного тока или намагничивающие катушки, через которые пропускаются импульсы тока. Выбор способа намагничивания зависит от материала и формы постоянного магнита.

В результате сильного нагревания, толчков постоянные магниты могут частично или полностью потерять свои магнитные свойства (размагнититься).

Характеристики размагничивающего участка петли магнитного гистерезиса материала, из которого изготовлен постоянный магнит, определяют свойства того или иного постоянного магнита: чем выше коэрцитивная сила Нс, и чем выше остаточная магнитная индукция Вr – тем сильнее и стабильнее магнит.

Коэрцитивная сила (буквально в переводе с латинского — «удерживающая сила») — сила, препятствующая изменению магнитной поляризации ферромагнетиков.

Пока ферромагнетик не поляризован, т. е. элементарные токи не ориентированы, коэрцитивная сила препятствует ориентировке элементарных токов. Но когда ферромагнетик уже поляризован, она удерживает элементарные токи в ориентированном положении и после того, как внешнее намагничивающее поле устранено.

Этим объясняется остаточный магнетизм, который наблюдается у многих ферромагнетиков. Чем больше коэрцитивная сила, тем сильнее выражено явление остаточного магнетизма.

Итак, коэрцитивная сила — это значение напряжённости магнитного поля, необходимого для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества. Таким образом, чем большей коэрцитивной силой обладает конкретный магнит, тем он устойчивее к размагничивающим факторам.

Единица измерения коэрцитивной силы в системе СИ — Ампер/метр. А магнитная индукция, как известно, — это векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля. Характерное значение остаточной магнитной индукции постоянных магнитов — порядка 1 Тесла.

Магнитный гистерезис — наличие последствия поляризации магнетиков приводит к тому, что намагничивание и размагничивание магнитного материала происходят неодинаково, т. к. намагничивание материала все время немного отстает от намагничивающего поля.

При этом часть энергии, затраченной на намагничивание тела, при размагничивании не возвращается обратно, а превращается в тепло. Поэтому многократное перемагничивание материала связано с заметными потерями энергии и иногда может вызвать сильное нагревание намагничиваемого тела.

Чем сильнее выражен гистерезис в материале, тем больше потери в нем при перемагничивании. Поэтому для магнитных цепей с переменным магнитным потоком применяют материалы, не обладающие гистерезисом (смотрите — Магнитопроводы электротехнических устройств).

Магнитные свойства постоянных магнитов могут изменяться под действием времени и внешних факторов, к которым относятся:

• температура;
• магнитные поля;
• механические нагрузки;
• радиация и др.

Изменение магнитных свойств характеризуется нестабильно- стью постоянного магнита, которая может быть структурной или магнитной.

Структурная нестабильность связана с изменениями кристаллической структуры, фазовыми превращениями, уменьшением внутренних напряжений и т. п. В этом случае исходные магнитные свойства могут быть получены восстановлением структуры (например, термообработкой материала).

Магнитная нестабильность обусловлена изменением магнитной структуры вещества магнита, которая стремится к термодинамическому равновесию с течением времени и под влиянием внешних воздействий. Магнитная нестабильность может быть:

• обратимой (возвращение к исходным условиям восстанавливает исходные магнитные свойства);
• необратимой (возращение исходных свойств может быть достигнуто только путем повторного намагничивания).

Постоянный магнит или электромагнит — что лучше?

Применение постоянных магнитов для создания постоянного магнитного поля вместо эквивалентных им электромагнитов позволяет:

• уменьшить массогабаритные характеристики изделий;
• исключить применение дополнительных источников питания (что упрощает конструкцию изделий, снижает стоимость их изготовления и эксплуатации);
• обеспечить практически неограниченное время поддерживания магнитного поля в рабочих условиях (в зависимости от применяемого материала).

Недостатками постоянных магнитов являются:

• хрупкость материалов, применяемых при их создании (это затрудняет механическую обработку изделий);
• необходимость защиты от влияния влаги и плесневых грибков (для ферритов ГОСТ 24063), а также от воздействия повышенных влажности и температуры.

Виды и свойства постоянных магнитов

Ферритовые магниты хоть и отличаются хрупкостью, но обладают хорошей коррозийной стойкостью, что при невысокой цене делает их наиболее распространенными. Такие магниты изготавливают из сплава оксида железа с ферритом бария или стронция. Данный состав позволяет материалу сохранять свои магнитные свойства в широком температурном диапазоне — от -30°C до +270°C.

Магнитные изделия в форме ферритовых колец, брусков и подков широко используются как в промышленности, так и в быту, в технике и электронике. Их используют в акустических системах, в генераторах, в двигателях постоянного тока. В автомобилестроении ферритовые магниты устанавливают в стартеры, в стеклоподъемники, в системы охлаждения и в вентиляторы.

Ферритовые магниты отличаются коэрцитивной силой порядка 200 кА/м и остаточной магнитной индукцией порядка 0,4 Тесла. В среднем, ферритовый магнит может прослужить от 10 до 30 лет.

Постоянные магниты на основе сплава из алюминия, никеля и кобальта отличаются непревзойденной температурной устойчивостью и стабильностью: они способны сохранять свои магнитные свойства при температурах до +550°C, хотя коэрцитивная сила, характерная для них, относительно мала. Под действием относительно небольшого магнитного поля, такие магниты потеряют исходные магнитные свойства.

Посудите сами: типичная коэрцитивная сила порядка 50 кА/м при остаточной намагниченности порядка 0,7 Тесла. Однако несмотря на эту особенность, магниты альнико незаменимы для некоторых научных исследований.

Типичное содержание компонентов в сплавах альнико с высокими магнитными свойствами изменяется в следующих пределах: алюминий — от 7 до 10%, никель — от 12 до 15%, кобальт — от 18 до 40%, и от 3 до 4% меди.

Чем больше кобальта, тем выше индукция насыщения и магнитная энергия сплава. Добавки в виде от 2 до 8% титана и всего 1% ниобия способствуют получению большей коэрцитивной силы — до 145 кА/м. Добавка от 0,5 до 1% кремния обеспечивает изотропию магнитных свойств.

Если нужна исключительная устойчивость к коррозии, окислению и температуре до +350°C, то магнитный сплав самария с кобальтом — то что надо.

По стоимости самарий-кобальтовые магниты дороже неодимовых за счёт более дефицитного и дорогого металла — кобальта. Тем не менее, именно их целесообразно применять в случае необходимости иметь минимальные размеры и вес конечных изделий.

Наиболее целесообразно это в космических аппаратах, авиационной и компьютерной технике, миниатюрных электродвигателях и магнитных муфтах, в носимых приборах и устройствах (часах, наушниках, мобильных телефонах и т.д.)

Благодаря особой коррозийной стойкости, именно самариевые магниты применяются в стратегических разработках и военных приложениях. Электродвигатели, генераторы, подъемные системы, мототехника – сильный магнит из сплава самария-кобальта идеально подходит для агрессивных сред и сложных условий эксплуатации. Коэрцитивная сила порядка 700 кА/м при остаточной магнитной индукции порядка 1 Тесла.

Неодимовые магниты на сегодняшний день очень востребованы и представляются наиболее перспективными. Сплав неодим-железо-бор позволяет создавать супермагниты для различных сфер, начиная с защелок и игрушек, заканчивая электрогенераторами и мощными подъемными машинами.

Высокая коэрцитивная сила порядка 1000 кА/м и остаточная намагниченность порядка 1,1 Тесла, позволяют магниту сохраняться на протяжении многих лет, за 10 лет неодимовый магнит теряет лишь 1% своей намагниченности, если температура его в условиях эксплуатации не превышает +80°C (для некоторых марок до +200°C). Таким образом, лишь два недостатка есть у неодимовых магнитов — хрупкость и низкая рабочая температура.

Магнитный порошок вместе со связующим компонентом образует мягкий, гибкий и легкий магнит. Связующие компоненты, такие как винил, каучук, пластик или акрил позволяют получать магниты различных форм и размеров.

Магнитная сила, конечно, уступает чистому магнитному материалу, но иногда такие решения необходимы для достижения определенных необычных для магнитов целей: в производстве рекламной продукции, при изготовлении съемных наклеек на авто, а также в изготовлении различных канцелярских и сувенирных товаров.

Одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные полюса притягиваются. Взаимодействие магнитов объясняется тем, что любой магнит имеет магнитное поле, и эти магнитные поля взаимодействуют между собой. В чем, например, причина намагничивания железа?

Согласно гипотезе французского ученого Ампера, внутри вещества существуют элементарные электрические токи (токи Ампера), которые образуются вследствие движения электронов вокруг ядер атомов и вокруг собственной оси.

При движении электронов возникают элементарные магнитные поля. И если кусок железа внести во внешнее магнитное поле, то все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле куска железа. Так, если приложенное внешнее магнитное поле было достаточно сильным, то после его отключения кусок железа станет постоянным магнитом.

Знание формы и намагниченности постоянного магнита позволяет для расчетов заменить его эквивалентной системой электрических токов намагничивания. Такая замена возможна как при расчете характеристик магнитного поля, так и при расчетах сил, действующих на магнит со стороны внешнего поля.

Для примера проведем расчет силы взаимодействия двух постоянных магнитов. Пусть магниты имеют форму тонких цилиндров, их радиусы обозначим r1 и r2, толщины h1, h2 , оси магнитов совпадают, расстояние между магнитами обозначим z, будем считать, что оно значительно больше размеров магнитов.

Возникновение силы взаимодействия между магнитами объясняется традиционным способом: один магнит создает магнитное поле, которое воздействует на второй магнит.

Для расчета силы взаимодействия мысленно заменим магниты с однородной намагниченностью J1 и J2 круговыми токами, текущими по боковой поверхности цилиндров. Силы этих токов выразим через намагниченности магнитов, а их радиусы будем считать равными радиусам магнитов.

Разложим вектор индукции B магнитного поля, создаваемого первым магнитом в месте расположения второго на две составляющие: осевую, направленную вдоль оси магнита, и радиальную — перпендикулярную ей.

Для вычисления суммарной силы, действующей на кольцо, необходимо мысленно разбить его на малые элементы Idl и просуммировать силы Ампера, действующие на каждые такой элемент.

Используя правило левой руки, легко показать, что осевая составляющая магнитного поля приводит к появлению сил Ампера, стремящихся растянуть (или сжать) кольцо – векторная сумма этих сил равна нулю.

Наличие радиальной составляющей поля приводит к возникновению сил Ампера, направленных вдоль оси магнитов, то есть к их притяжению или отталкиванию. Останется вычислить силы Ампера — это и будут силы взаимодействия между двумя магнитами.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика