Harte magnetische Materialien

Um die harten magnetischen Materialien zu verstehen, müssen wir bestimmte Begriffe kennen. Sie lauten wie folgt:

• Koerzitivität: Die Fähigkeit eines ferromagnetischen Materials ein äußeres Magnetfeld zu widerstehen, ohne entmagnetisiert zu werden.

• Restmagnetisierung (Br): Es ist die Menge an Magnetismus, die ein ferromagnetisches Material aufrechterhalten kann, auch wenn das Magnetfeld auf Null reduziert wird.

• Permeabilität: Sie wird verwendet, um festzustellen, wie ein Material auf ein angewendetes Magnetfeld reagiert.

• Magnetische Materialien werden hauptsächlich (basierend auf der Größe der Koerzitivkraft) in zwei Unterbereiche unterteilt – harte magnetische Materialien und weiche magnetische Materialien,

Nun können wir harte magnetische Materialien definieren. Diese Materialien sind wirklich hart im Sinne, dass es sehr schwierig ist, sie zu magnetisieren. Der Grund dafür ist, dass die Domänenwände aufgrund von Kristalldefekten und Unvollkommenheiten unbeweglich sind.

Wenn sie jedoch magnetisiert werden, bleiben sie dauerhaft magnetisiert. Deshalb werden sie auch als permanente magnetische Materialien bezeichnet. Sie haben eine Koerzitivkraft größer als 10 kA/m und eine hohe Restmagnetisierung. Wenn wir einen harten Magneten zum ersten Mal einem externen Magnetfeld aussetzen, wachsen die Domänen und drehen sich, um sich mit dem angewendeten Feld bei der Sättigungsmagnetisierung auszurichten. Danach wird das Feld entfernt. Als Ergebnis wird die Magnetisierung teilweise rückgängig gemacht, aber sie folgt nicht länger der Magnetisierungskurve. Eine bestimmte Energiemenge (Br) wird im Magneten gespeichert und er wird dauerhaft magnetisiert.

Hysterese-Schleife

Die Gesamtfläche der Hysterese-Schleife = die Energie, die abgegeben wird, wenn ein Material von Einheitsvolumen während eines Betriebszyklus magnetisiert wird. Die B-H-Kurve oder Hysterese-Schleife der harten magnetischen Materialien hat immer eine große Fläche aufgrund der großen Koerzitivkraft, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

BH-Produkt

Das Produkt BH variiert entlang der Demagnetisierungskurve. Ein guter Permanentmagneter hat den maximalen Wert des Produkts BHmax. Wir müssen wissen, dass die Dimension dieses BH Energie-Dichte (Jm-3) impliziert. Daher wird es als Energieprodukt bezeichnet.

Eigenschaften harter magnetischer Materialien

• Maximale Restmagnetisierung und Koerzitivität.

• Der Wert des Energieprodukts (BH) ist groß.

• Die Form der BH-Schleife ist fast rechteckig.

• Hohe Hysterese-Schleife.

• Kleine Anfangspermeabilität.

Die Eigenschaften einiger wichtiger Permanentmagnete sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Einige wichtige harte magnetische Materialien sind die folgenden:
Stahl
Kohlenstoffstähle haben eine große Hysterese-Schleife. Aufgrund von Schocks oder Vibrationen verlieren sie ihre magnetischen Eigenschaften schnell. Tungstenstahl, Chromstahl und Kobaltstahl haben jedoch ein hohes Energieprodukt.
Alnico
Es besteht aus Aluminium, Nickel und Kobalt, um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern. Alnico 5 ist das wichtigste Material zur Herstellung von Permanentmagneten. Das BH-Produkt beträgt 36.000 Jm-3. Es wird in Hochtemperaturanwendungen verwendet.
Seltene Erdenlegierungen:
SmCo5, Sm2Co17, NdFeB usw.
Harte Ferrite oder Keramikmagnete (wie Bariumferrite):
Diese Materialien können gepulvert und als Bindemittel in Kunststoffen verwendet werden. Die so hergestellten Kunststoffe werden Plastikmagnete genannt.
Verbundmagnete:
Sie werden in Gleichstrommotoren, Schrittmotoren usw. verwendet.
Nanokristalline harte Magnete (Nd-Fe-B-Legierungen):
Die kleine Größe und das geringe Gewicht dieser Materialien machen sie für medizinische Geräte, dünne Motoren usw. geeignet.

Anwendungen harter magnetischer Materialien

Harte magnetische Materialien haben eine breite Palette von Anwendungen. Sie lauten wie folgt:

• Automobilindustrie: Antriebe für Ventilatoren, Scheibenwischer, Einspritzpumpen; Startermotoren; Steuerung für Sitze, Fenster usw.

• Trinkgeld