Materiały magnetyczne

              Klasyfikacja i własności materiałów magnetycznych:

1.      Podział ze względu na reakcję na przyłożone zewnętrzne pole magnetyczne

§         Materiały diamagnetyczne - magnetyzują się w bardzo słabym stopniu w kierunku przeciwnym do kierunku działania zewnętrznego pola magnetycznego – osłabiają działanie pola – magnetyzacja ta jest proporcjonalna do natężenia pola zewnętrznego i niezależna od temperatury;

à Gazy szlachetne; miedź; srebro; cynk; złoto; węgiel; kadm; rtęć; ołów; itd...

§         Materiały paramagnetyczne – magnetyzują się w bardzo słabym stopniu lecz w kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola magnetycznego – nie osłabia go ale też wzmacnia w bardzo niewielkim stopniu – magnetyzacja ta jest na ogół proporcjonalna do zewnętrznego pola magnetycznego i odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej.          à metale alkaliczne; platyna; magnez; aluminium; cyna; wanad; wolfram; itd..

§         Materiały ferromagnetyczne – magnetyzują się bardzo silnie w kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola magnetycznego - wzmacnia zewnętrzne pole magnetyczne – przy okresowej zmianie kierunku pola magnetycznego wykazują własności histerezy – tzn. w mniejszym lub w większym stopniu zachowują magnetyzację po zaniknięciu zewnętrznego pola – ten rodzaj magnetyzacji nie jest proporcjonalny do zewnętrznego pola magnetycznego i jest odwrotne proporcjonalny do różnicy ( T - q ) T- temp. bezwzględna; q - punkt Curie charakterystyczną dla każdego materiału                à żelazo; nikiel; kobalt,gaddin(?)....

warunki ferromagnetyzmu: 1.  nieskompensowany moment magnetyczny

                                            2.  3.2<= a/r <= 6.2

                                                  gdzie a – stała sieciowa;

§         Materiały antyferromagnetyczne – w grupie tej rozróżniamy: antyferromagnetyki (występuje całkowita kompensacja momentów magnetycznych) ; ferrimagnetyki lub antyferrimagnetyki (gdy wchodzące w skład danego związku – stopu atomy mają różne co do wartości momenty magnetyczne, całkowita kompensacja momentów przy ich antyrównoległym ustawieniu jest wówczas niemożliwa)

                                                                      np. tlenek żelazawy FeO                            np. ferryty

                                                                            tlenek niklu NiO

Strona 8 z 11

2.      Podział ze względu na zdolności rozmagnesowywania

2.      Efekty magnetyczne:

            Efekt ferromagnetyczny

Efekt samorzutnego uporządkowania momentów magnetycznych w materiale, tworzących sieć kryształu w niewielkich obszarach zwanych domenami. Podstawowym warunkiem wystąpienia ferromagnetyzmu jest istnienie w materiale nieskompensowanych spinowych momentów magnetycznych, które mogą występować tylko w atomach z nie zapełnionymi powłokami. Jest to warunek konieczny, warunkiem wystarczającym jest występowanie w strukturze materiału tzw. sił wymiany* o odpowiednio dużej wielkości.

* siły wzajemnego oddziaływania spinowych momentów elektronów prowadzące do spontanicznego upożądkowania orientacji spinów

            Efekt diamagnetyczny

Jest to właściwość wszystkich ciał polegająca na tym, że pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego diamagnetyki magnesują się przeciwnie do tego pola. Diamagnetyki w przeciwieństwie do ferro i paramagnetyków są wypychane przez jednorodne pole magnetyczne. Cząsteczka lub atom diamagnetyka wykazują zerowy wypadkowy moment magnetyczny, ponieważ ich wewnętrzne momenty znoszą się.

            Efekt paramagnetyczny

Jeżeli w nieobecności pola magnetycznego atomy i jony obdarzone momentami magnetycznymi nie oddziałują magnetycznie wzajemnie na siebie mamy do czynienia z efektem paramagnetycznym. (momenty te na ogół ustawiają się chaotycznie i nie dają żadnego wypadkowego namagnesowania)

3.              Pojęcia:

domena magnetyczna – ( obszar Weissa) obszar w którym spiny atomów pod działaniem sił wymiany porządkują się równolegle, a ich momenty magnetyczne ustawiają się zgodnie z osiami łatwego magnesowania kryształu. –2) małe obszary samorzutnego magnesowania(tworzą obwód zamknięty).Jest to spowodowane dążeniem systemu do osiągnięcia jak najniższej sumarycznej energii magnetycznej.

siły wymiany              - siły wzajemnego oddziaływania spinowych momentów elektronów prowadzące do spontanicznego uporządkowania orientacji spinów

podatność magnetyczna – Jest to cecha materiału, która porównuje własności magnetyczne danego materiału względem powietrza i mówi o ile dany mterił jest lepszy od powietrza; jest wielkością bezwymiarową oznaczoną jako hm B=moH+moHhm

magnetyzacja              - zjawisko częściowego lub całkowitego uporządkowania momentów magnetycznych; parametr I=moHhm è B=moH+I

Teoria Weissa              - założenia teorii to:

1.          Istnienie wewnętrznego pola magnetycznego

2.          Istnienie małych obszarów samorzutnego magnesowania zwanych domenami (opisane wcześniej)

B=momwH=mH     jeżeli mw=1+h  to

B=moH+mohH  gdzie  mohH=J  [magnetyzacja]

Magnetostrykcja              - Zjawisko zmiany kształtu i rozmiarów materiałów magnetycznych pod wpływem pola magnetycznego lub przeciwnie zjawisko zmiany własności magnetycznych pod wpływem przyłożonej siły. Zjawisko to wykorzstywane jest:

-        do stabilizacji częstości drgań w generatorach lampowych

-        do wytwarzania drgań ultradźwiękowych w przetwornikach magnetostrykcyjnych

-          w echosondach

-          defektoskopii ultradźwiękowej

materiały: nikiel, permendur, inwar, ferryty

Materiały Magnetycznie Miękkie

1.              Cechy dobrego materiału magnetycznie miękkiego

-                           duża wartość indukcji nasycenia Bn

-                           duża wartość przenikalności magnetycznej względnej maksymalnej mwm

-                           małą stratnością magnetyczną

-                           stabilnością powyższych własności w czasie eksploatacji

-                           łatwością kształtowania gotowych wyrobów

-                           niską ceną

2.              Czyste odmiany żelaza – charakterystyka (materiał na obwody o stałym strumieniu)

Chemicznie czyste żelazo jest doskonałym materiałem magnetycznie miękkim dla którego przenikalność magn. względna maksymalna mwm = 1 500 000 oraz natężenie powściągające Hc= 1,2 A/m.

Wyróżniamy następujące odmiany żelaza:

§                żelazo elektrolityczne – stosunkowo czysta odmiana oczyszczane w pocesie elektrolizy, dobry surowiec do wyrobu bardzo czystych odmian Fe metodą przetapiania w wodorze (zanieczyszczenia: 0,02% C, 0,01% O2, mwm= 15000, Bn=2,16 [T])

§                żelazo armco – technicznie czyste żelazo uzyskiwane ze specjalnie prowadzonych wytopów stali, stosowane w obwodach magnetycznych magnesowanych prądem stałym (mierniki, przekaźniki) (zanieczyszczenia: 0,025% C, 0,035% O2, mwm=5000,Bn=2[T] )

Nawet znikome domieszki innych pierwiastków gwałtownie pogarszają własności magnetyczne żelaza ( zmniejszenie mwm , zwiększenie Hc) i powodują powstanie naprężeń wewnętrznych.

Sposoby oczyszczania żelaza:

§                Przetapianie w próżni – stosowane na skalę przemysłową, oczyszcza Fe z domieszek C i O, które wiążą się w lotny CO2, oraz z domieszek azotu, który ulatnia się.

§                Przetapianie w atmosferze wodoru – kosztowniejsze ale daje znacznie wyższy stopień oczyszczenia żelaza, wodór tworzy lotne związki z węglem, tlenem, azotem, siarką, fosforem

Naprężenia wewnętrzne w siatce krystalicznej żelza mogą być wywołane również przez obróbkę plastyczną lub termiczną, usuwa się je przez wyżarzanie i powolne studzenie materiału.

3.              Stale krzemowe – elektrotechniczne blachy magnetyczne

              ...