Magnetodeformasiya: Maqnitli Materialların Xüsusiyyəti
Magnetostriction adətən bəzi maqnit materiallarının xaricdən maqnit sahə tərəfindən maqnitləndikdə formalarını və ölçülərini dəyişməyə məcbur edən xüsusiyyətdir. Maqnitostraksiya nəticəsində malmanın ölçüsü və ya uzunluğunun dəyişməsi, tətbiq olunan maqnit sahənin qüvvəti və istiqamətinə, materialın maqnit anizotropiyasına və kristal strukturu ilə bağlıdır.
Maqnitostraksiya, elektromaqnit enerjisinin mexaniki enerjiyə, və ya onun tərsinə çevrilmesi üçün istifadə edilə bilər və bu, aktuatorlar, sensorlar, transduserlər, transformatorlar, motorlar və janeratorlar kimi bir çox tətbiqlərin əsasıdır.
Maqnitostraksiya nədir?
Maqnitostraksiya ilk dəfə Ceyms Joule tərəfindən 1842-ci ildə aşkar edilmişdir. O, demir ştanbasının uzunluğuna maqnitləndikdə bir az uzandığını, amma eninə maqnitləndikdə bir az qısaldığını müşahidə etmişdir. Bu effekt Joule effekti kimi tanınıb və bu, əksəriyyət ferromaqnit materiallarda (xaricdən sahə tərəfindən maqnitləşə bilən materiallar) və bəzi ferrimaqnit materiallarda (iki zidd maqnit alt qızılımları olan materiallarda) baş verir.
Maqnitostraksiyanın fiziki mekanizmi, maqnit materialların iç strukturu ilə əlaqəlidir və bu, mikroskopik bölgələrdən ibarət olur ki, bu bölgələr domenlər adlanır. Hər bir domenin ümumi maqnitləşmə istiqaməti var və bu, materialın maqnit anizotropiya enerjisi (materialın maqnitləşməsinin belə bir kristal istiqamətləri ilə uyğunlaşması ehtimalı) və maqnitstatik enerjisi (materialın maqnit pololarını minimuma endirmək ehtimalı) arasındakı balansla müəyyənləşir.
Xaricdən maqnit sahəsi maqnit materiala tətbiq olunduqda, bu sahə domenlərə bir moment tətbiq edir, bu da onları fırladaraq sahənin istiqamətinə uyğunlaşdırır. Bu proses, domen sərhədlərinin (fərqli maqnitləşmə istiqamətləri olan domenlər arasındakı sərhədlər) hərəkəti və kristal qızılığın (materialdakı atomların sıralaması) deformasiyasını daxil edir. Nəticədə, materialın forması və ya ölçüləri, materialın maqnitostraksiya gerilməsi (uzunluq və ya həcm dəyişməsinin maqnitostraksiya nəticəsindəki fraksiyonal dəyişməsi) əsasında dəyişir.
Maqnitostraksiya gerilməsi, aşağıdakı faktorlardan asılıdır:
Tətbiq olunan maqnit sahənin qiyməti və istiqaməti
Materialın dozlaşdırma maqnitləşməsi (mümkün olan maksimum maqnitləşmə)
Materialın maqnit anizotropiyası (belə bir maqnitləşmə istiqamətlərinin üstünlüyü)
Materialın maqnitelaslıq cəlbiviliyyəti (maqnitləşmə və elastik gerilmə arasında münasibət)
Materialın temperatur və stres vəziyyəti
Maqnitostraksiya gerilməsi, materialın maqnitləndikdə genişlənməsi və ya qısaldılması əsasında müsbət və ya mənfi ola bilər. Bəzi materiallar, yüksək maqnit sahələrə maraqlandıqda maqnitostraksiya gerilmələrinin işarəsini dəyişir, bu effekt Villari effekt kimi tanınır.
Maqnitostraksiya gerilməsi, optik interferometriya, gerilmə göstəriciləri, piyezoelastik transduserlər və ya rezonans metodları kimi müxtəlif metodlarla ölçülə bilər. Maqnitostraksiyanın ən yayılmış parametri, maqnitostraksiya əmsali (Joule əmsali kimi də tanınır) və tərif olunur:
λ=LΔL
burada ΔL, materialın maqnitləndikdən sıfırdan dozlaşdırma qədər uzunluğunun dəyişməsidir və L onun başlanğıc uzunluğudur.
Maqnitostraksiya Materialları
Bir çox material maqnitostraksiya göstərir, amma bəziləri daha yüksək dəyərlər və daha yaxşı performanslıdır. Maqnitostraksiya materialları misalları:
Dəmir: Dəmir, yüksək dozlaşdırma maqnitləşməsi və aşağı qiyməti səbəbindən ən yayılmış və geniş istifadə edilən maqnitostraksiya materiallarından biridir. Amma, dəmirin də bir çox dezavantajları var, məsələn, aşağı maqnitostraksiya əmsali (təxminən 20 ppm), yüksək histerezis zərəri (maqnitləşmənin hər dövründə dissipolyon enerji), və yüksək eddi aqım zərəri (indüktsiya edilən aqımlar nəticəsində dissipolyon enerji). Dəmirin Curie temperaturu da aşağıdır (materialın ferromaqnit xüsusiyyətlərini itirdiyi temperatur), bu da onun yüksək temperatur tətbiqlərində istifadəsinə məhdudiyyət qoyur.
Nikel: Nikelin maqnitostraksiya əmsali dəmirinə nisbətən yüksəkdir (təxminən 60 ppm), amma da yüksək histerezis zərəri və eddi aqım zərəri var. Nikelin Curie temperaturu da aşağıdır (təxminən 360 °C) və korrozyaya maraqdadır.
Kobalt: Kobaltın maqnitostraksiya əmsali orta səviyyədədir (təxminən 30 ppm), amma yüksək dozlaşdırma maqnitləşməsi və yüksək Curie temperaturu (təxminən 1120 °C) var. Kobaltın histerezis zərəri və eddi aqım zərəri aşağıdır, bu da onu yüksək frekanslı tətbiqlər üçün uyğun edir.
Dəmir-Alüminium Alloysu (Alfer): Bu alloysun maqnitostraksiya əmsali yüksəkdir (təxminən 100 ppm), dozlaşdırma maqnitləşməsi və Curie temperaturu (təxminən 800 °C) yüksəkdir. Onun histerezis zərəri və eddi aqım zərəri aşağıdır, və yaxşı mexaniki xüsusiyyətləri var. Amma, onun hazırlanması çətin və xüsusi istilik emalı tələb olunur.
Dəmir-Nikel Alloysu (Permalloy): Bu alloysun maqnitostraksiya əmsali aşağıdır (təxminən 1 ppm), amma dozlaşdırma maqnitləşməsi və permeabiliteti (materialın daxili maqnit sahəni dəstəkləmə ehtimalı) yüksəkdir. Onun histerezis zərəri və eddi aqım zərəri aşağıdır, bu da onu maqnit qoruyucu və yazma tətbiqləri üçün ideal edir.
Kobalt-Nikel Alloysu: Bu alloysun maqnitostraksiya əmsali orta səviyyədədir (təxminən 20 ppm), amma dozlaşdırma maqnitləşməsi və Curie temperaturu (təxminən 950 °C) yüksəkdir. Onun histerezis zərəri və eddi aqım zərəri aşağıdır, və yaxşı korrozyaya qarşı dayanıqlılığı var.
Dəmir-Kobalt Alloysu: Bu alloysun maqnitostraksiya əmsali orta səviyyədədir (təxminən 30 ppm), amma çox yüksək dozlaşdırma maqnitləşməsi və Curie temperaturu (təxminən 980 °C) var. Onun histerezis zərəri və eddi aqım zərəri aşağıdır, və yaxşı mexaniki xüsusiyyətləri var.
Kobalt-Dəmir-Vanadium Alloysu (Permendur): Bu alloysun maqnitostraksiya əmsali aşağıdır (təxminən 5 ppm), amma çox yüksək dozlaşdırma maqnitləşməsi və çox yüksək Curie temperaturu (təxminən 1400 °C) var. Onun histerezis zərəri və eddi aqım zərəri aşağıdır, bu da onu yüksək gücü tətbiqlər üçün uyğun edir.
Ferritlər: Ferritlər, dəmir oksidləri və digər metallerin oksidləri (məsələn, kobalt oksid və ya nikel oksid) ilə düzəldilmiş keramik materiallardır. Onların maqnitostraksiya əmsalları aşağıdır (10 ppm-dən aşağı), amma dozlaşdırma maqnitləşməsi və permeabiliteti də aşağıdır. Onların histerezis zərəri və eddi aqım zərəri çox aşağıdır, bu da onları yüksək frekanslı tətbiqlər üçün ideal edir. Onların Curie temperaturu da yüksəkdir (400 °C-dən yuxarı) və yaxşı korrozyaya qarşı dayanıqlılığı var.
