Σκληρά Μαγνητικά Υλικά

Για να κατανοήσουμε τα σκληρά μαγνητικά υλικά, πρέπει να γνωρίζουμε ορισμένους όρους. Είναι οι εξής:

• Εξαναγκαστικότητα (Coercivity): Η δυνατότητα ενός φερρομαγνητικού υλικού να αντέξει (αντισταθεί) σε περιφερειακό μαγνητικό πεδίο χωρίς να δημιουργηθεί δημαγνητοποίηση.

• Συντήρηση (Retentivity Br): Είναι η ποσότητα μαγνητισμού που ένα φερρομαγνητικό υλικό μπορεί να διατηρήσει ακόμη και μετά τη μείωση του μαγνητικού πεδίου σε μηδέν.

• Διατρέχειμος (Permeability): Χρησιμοποιείται για να καθοριστεί πώς ανταποκρίνεται ένα υλικό στο εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο.

• Τα μαγνητικά υλικά κατατάσσονται κυρίως (με βάση τη μέγεθος της εξαναγκαστικής δύναμης) σε δύο υποκατηγορίες – σκληρά μαγνητικά υλικά και μαλακά μαγνητικά υλικά,

Τώρα, μπορούμε να ορίσουμε τα σκληρά μαγνητικά υλικά. Αυτά τα υλικά είναι πραγματικά σκληρά στη βάση ότι είναι πολύ δύσκολο να μαγνητιστούν. Η αιτία είναι ότι οι τοίχοι των πεδίων είναι ακίνητοι λόγω κρυσταλλικών ελλείψεων και ατελειών.

Αλλά αν μαγνητιστούν, θα μαγνητιστούν μόνιμα. Γι' αυτό, λέγονται επίσης μόνιμα μαγνητικά υλικά. Διαθέτουν εξαναγκαστική δύναμη μεγαλύτερη από 10kA/m και υψηλή συντήρηση. Όταν εκτεθεί ένα σκληρό μαγνήτη σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο για πρώτη φορά, τα πεδία αυξάνονται και περιστρέφονται για να συμβαδίσουν με το εφαρμοσμένο πεδίο στην κατάληξη του μαγνητισμού. Στη συνέχεια, αφαιρείται το πεδίο. Ως αποτέλεσμα, ο μαγνητισμός επιστρέφει ελαφρώς, αλλά δεν ακολουθεί πλέον την καμπύλη μαγνητισμού. Μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας (Br) αποθηκεύεται στο μάγνητο και γίνεται μόνιμα μαγνητισμένο.

Κύκλος Ιστέρησης

Το σύνολο της επιφάνειας του κύκλου ιστέρησης = η ενέργεια που διασπαράζεται όταν ένα υλικό μοναδικού όγκου μαγνητίζεται κατά τη διάρκεια ενός κύκλου λειτουργίας. Η B-H καμπύλη ή κύκλος ιστέρησης των σκληρών μαγνητικών υλικών θα έχει πάντα μεγάλη επιφάνεια λόγω της μεγάλης εξαναγκαστικής δύναμης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Προϊόν BH

Το προϊόν BH μεταβάλλεται κατά την καμπύλη δημαγνητοποίησης. Ένα καλό μόνιμο μάγνητο θα έχει μέγιστη τιμή προϊόντος BHmax. Πρέπει να γνωρίζουμε ότι η διάσταση αυτού του BH υποδηλώνει πυκνότητα ενέργειας (Jm-3). Έτσι, αυτό ονομάζεται προϊόν ενέργειας.

Ιδιότητες των Σκληρών Μαγνητικών Υλικών

• Μέγιστη συντήρηση και εξαναγκαστικότητα.

• Η τιμή του προϊόντος ενέργειας (BH) θα είναι μεγάλη.

• Η μορφή του κύκλου BH είναι σχεδόν ορθογώνια.

• Υψηλός κύκλος ιστέρησης.

• Μικρή αρχική διατρέχειμος.

Οι ιδιότητες μερικών σημαντικών μόνιμων μαγνητικών υλικών εμφανίζονται στο παρακάτω πίνακα.

Κάποια σημαντικά σκληρά μαγνητικά υλικά είναι τα εξής:
Χάλυβα
Τα χάλυβα με άνθρακα έχουν μεγάλο κύκλο ιστέρησης. Λόγω οποιασδήποτε τρομοκριτικής ή ταλαντώσεως, χάνουν γρήγορα τις μαγνητικές τους ιδιότητες. Ωστόσο, τα χάλυβα του τουνγκστεν, του χρώμιου και του κοβάλτιου έχουν υψηλό προϊόν ενέργειας.
Alnico
Κατασκευάζεται από αλουμίνιο, νικέλιο και κοβάλτιο για να βελτιωθούν οι μαγνητικές ιδιότητες. Το Alnico 5 είναι το πιο σημαντικό υλικό που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μόνιμων μαγνητών. Το προϊόν BH είναι 36000 Jm-3. Χρησιμοποιείται σε λειτουργίες υψηλής