Tvrdé magnetické materiály
Pro porozumění tvrdým magnetickým materiálům musíme znát některé termíny. Jsou to následující:
Koercitivita: Schopnost feromagnetického materiálu udržet (odolat) okolnímu magnetickému poli bez demagnetizace.
Zbytkovost (Br): Je to množství magnetismu, které feromagnetický materiál může udržet i poté, co se magnetické pole sníží na nulu.
Permeabilita: Používá se k určení reakce materiálu na aplikované magnetické pole.
Magnetické materiály jsou hlavně děleny (na základě velikosti koercivní síly) do dvou skupin – tvrdé magnetické materiály a měkké magnetické materiály,
Nyní můžeme definovat tvrdé magnetické materiály. Tyto materiály jsou opravdu tvrdé v tom smyslu, že je velmi těžké je namagnetizovat. Důvodem je, že doménové stěny jsou nehybné kvůli krystalickým vadám a nedokonalostem.
Pokud se však namagnetizují, budou trvale namagnetizovány. Proto se jim také říká permanentní magnetické materiály. Mají koercivní sílu větší než 10kA/m a vysokou zbytkovost. Když poprvé vystavíme tvrdý magnet vnějšímu magnetickému poli, domény rostou a otáčejí se, aby byly v souladu s aplikovaným polem při nasycení magnetizace. Poté, co je pole odstraněno, magnetizace se nějakým způsobem vrátí, ale již nesleduje křivku magnetizace. Určité množství energie (Br) je uloženo v magnetu a ten se stane trvale namagnetizovaným.
Hysterezní smyčka
Celková plocha hysterezní smyčky = energie, která se rozptýlí, když se materiál jednotkového objemu namagnetizuje během cyklu provozu. B-H křivka nebo hysterezní smyčka tvrdých magnetických materiálů bude vždy mít velkou plochu kvůli velké koercivní síle, jak je znázorněno na následujícím obrázku.
Produkt BH
Produkt BH se mění podél křivky demagnetizace. Dobrý permanentní magnet bude mít maximální hodnotu produktu BHmax. Musíme vědět, že dimenze tohoto BH naznačuje hustotu energie (Jm-3). Proto se to nazývá energetický produkt.
Vlastnosti tvrdých magnetických materiálů
Maximální zbytkovost a koercitivita.
Hodnota energetického produktu (BH) bude velká.
Tvar BH smyčky je téměř obdélníkový.
Vysoká hysterezní smyčka.
Malá počáteční permeabilita.
Vlastnosti některých důležitých permanentních magnetických materiálů jsou uvedeny v následující tabulce.
| Tvrdé magnetické materiály | Koercitivita (Am-1) | Zbytkovost (T) | BHmax(Jm-1) |
| Alnico 5 (Alcomax)(51Fe, 24 Co,14 Ni, 8Al, 3Cu) | 44,000 | 1.25 | 36,000 |
| Alnico 2(55Fe, 12Co, 17Ni, 10Al, 6Cu) | 44,800 | 0.7 | 13,600 |
| Chromová ocel(98Fe, 0.9Cr, 0.6 C, 0.4Mn) | 4,000 | 1.0 | 1,600 |
| Oxid(57Fe, 28 O, 15Co) | 72,000 | 0.2 | 4,800 |
Některé důležité tvrdé magnetické materiály jsou následující:
Ocel
Uhlíková ocel má velkou hysterezní smyčku. V důsledku jakéhokoli šoku nebo vibrace rychle ztrácejí své magnetické vlastnosti. Avšak tungstenová ocel, chromová ocel a kobaltová ocel mají vysoký energetický produkt.
Alnico
Je vyroben z hliníku, niklu a kobaltu pro zlepšení magnetických vlastností. Alnico 5 je nejdůležitějším materiálem používaným k vytvoření permanentního magnetu. Produkt BH je 36000 Jm-3. Používá se v operačních podmínkách vysokých teplot.
Rzavé slitiny:
SmCo5, Sm2Co17, NdFeB atd.
Tvrdé ferrity nebo keramické magnety (jako barium ferrity):
Tyto materiály lze změlit a použít jako vazivo v plastech. Plasty vyráběné tímto způsobem se nazývají plastové magnety.
Svazované magnety:
Používají se v DC motorech, Stepper motorech atd.
Nanokrystalické tvrdé magnety (Nd-Fe-B slitiny):
Malé rozměry a hmotnost těchto materiálů umožňují jejich použití v lékařských zařízeních, tenkých motorech atd.
Aplikace tvrdých magnetických materiálů
Tvrdé magnetické materiály mají široké spektrum aplikací. Jsou to následující:
