Magnetostriction: Magnetiko Materialenaren Ezaugarri Bat
Magnetostriction definizioa da daude zenbait magnetiko materialen ezaugarri bat da, horiek aldatzen dutenean forma edo dimentsioak kanpoeko magnetiko eremu baten bitartez. Material baten tamainoko edo luzerako aldaketa magnetostrictionaren ondorioz, aplikatutako magnetiko eremuaren indarrez eta norabidearen arabera dago, baita materialaren magnetiko anisotropia eta kristal egitura ere.
Magnetostriction elektrizitate magnetikoaren energia mekaniko bihurtzeko erabil daiteke, edota alderantziz, eta hau da oso asko aplikazioen oinarria, aktuatzaileak, sensoriak, transdutoagailuak, transformatuak, motorrek eta generadoreek.
Zer da Magnetostriction?
Magnetostriction James Joule-ek aurkitu zuen lehen aldiz 1842an, irautza bat magnetizatzean bertara luzatu zela ikusi zuenean, eta irautza hori bertara magnetizatzean kokapen horizontalean kontraktatzen zela. Efektu hau Joulen efektu gisa ezaguna da, eta hau gertatzen da gehienetan ferromagnetiko material guztietan (materialak kanpoeko eremu baten bitartez magnetizatzeko) eta ferrimagnetiko material batzuetan (materialak bi magnetiko azpilattice kontrario dituzten).
Magnetostriction fisikoen mekanismoa magnetiko materialen barne egiturarekin dago harremanetan, dominiok deitzen diren mikroskopiko eremuekin osatuta dagoena. Domini bakoitzak uniforme magnetizazio norabide bat du, hori materialaren magnetiko anisotropia energia (materialak bere magnetizazioa kristalaren zenbait norabidekin lortzeko joera) eta magnetostatikoa energia (materialak bere magnetiko poloi minimo izateko joera) arteko balantzearen ondorioz determinatua.
Kanpoeko magnetiko eremu bat aplikatzen denean magnetiko material bati, torque bat aplikatzen dio dominiotan, horiei biraketa eta eremuaren norabidearekin lerrokatzea beharrezkoa izan dadin. Prozesu honek domini murrizkoen mugen mugimendua (dominio desberdinekin magnetizazio norabide desberdinak dituzten mugak) eta kristalo tartea (materialaren atomen antolamendua). Horren ondorioz, materialak bere magnetostrictive deformazioaren (magnetostrictionaren ondorioz gertatzen den luzerako edo bolumeneko aldaketaren zatikarrak) arabera forma edo dimentsioak aldatzen ditu.
magnetostrictive deformazioa faktore anitzetatik dator, hala nola:
Aplikatutako magnetiko eremuaren indarra eta norabidea
Materialaren magnetizazio saturazioa (magnetizazio maximoa)
Materialaren magnetiko anisotropia (magnetizazio norabide jakin batzuen aukerakortasuna)
Materialaren magnetoelastiko konexioa (magnetizazioa eta elastiko deformazioaren arteko elkarrekintza)
Materialaren tenperatura eta estres egoera
magnetostrictive deformazioa positiboa edo negatiboa izan daiteke, materialak magnetizatzean hedatzen edo kontraktatzen duelarik. Material batzuk Villari alderantzizkoak deritzon ezaugarri bat erakusten dute, altu mailako magnetiko eremu baten aurretik deformazioaren adierazpena aldatzen dutela.
magnetostrictive deformazioa optika interferometria, deformazio neurgailuak, piezoelektriko transdutoagailuak edo resonante teknikak bezalako metodo anitz bidez neurtu daiteke. Magnetostriction karakterizatzeko parametro arruntena magnetostriction koefizientea da (Joulen koefizientea ere deitzen zaio), honela definitzen da:
λ=LΔL
non ΔL materialaren luzerako aldaketa magnetizatuta zeroetik saturazioa rata, eta L hasierako luzera.
Magnetostrictive Materialak
Askok magnetostriction erakusten duten material daude, baina batzuk balio handiagoak eta prestazio hobiroak dituzte. Magnetostrictive materialen adibide batzuk dira:
Buru: Buru da ohikoena eta erabilena magnetostrictive materialen artean, bere saturazio magnetizazio altuena eta kostu txikia dela eta. Hala ere, buru ere arazo batzuk ditu, magnetostriction koefiziente txikia (20 ppm inguru), histeresis galera altuena (magnetizazio ziklo bakoitzeko desgasifikatutako energia), eta eddy korrontea galera altuena (induktatutako korronte materialen materialen antolamenduan desgasifikatutako energia). Buru ere Curie tenperatura txikia du (materialak bere ferromagnetiko ezaugarriak galdu dituen tenperatura), horrek hautatzen duen erabilera gorputz-tenperatura aplikazioetan.
Nikel: Nikelak buru baino altuagoa duen magnetostriction koefizientea (60 ppm inguru), baina histeresis galera altuena eta eddy korrontea galera. Nikel ere Curie tenperatura txikia du (360 °C inguru) eta korodeatzerako joera du.
Kobalt: Kobaltak moderatua duen magnetostriction koefizientea (30 ppm inguru), baina saturazio magnetizazio altua eta Curie tenperatura altua (1120 °C inguru). Kobalt ere histeresis galera eta eddy korrontea galera txikiak ditu, horrek hautatzen duen erabilera maiztasun altu aplikazioetan.
Buruko-Aluminium Alloi (Alfer): Alloi honek magnetostriction koefiziente altua du (100 ppm inguru), saturazio magnetizazio altua eta Curie tenperatura altua (800 °C inguru). Bere histeresis galera eta eddy korrontea galera txikiak ditu, eta mekaniko ezaugarri onak. Hala ere, fabrikatzeko oso zaila da eta heattreatment espeziala behar du.
Buruko-Nikel Alloi (Permalloy): Alloi honek magnetostriction koefiziente txikia du (1 ppm inguru), baina saturazio magnetizazio altua eta permeabilitate altua (materialak barruko magnetiko eremu bat euts dezakeen gaitasuna). Bere histeresis galera eta eddy korrontea galera txikiak ditu, horrek hautatzen duen erabilera magnetiko babesa eta grabaketa aplikazioetan.
Kobalto-Nikel Alloi: Alloi honek moderatua duen magnetostriction koefizientea (20 ppm inguru), baina saturazio magnetizazio altua eta Curie tenperatura altua (950 °C inguru). Bere histeresis galera eta eddy korrontea galera txikiak ditu, eta korodeatze galera ona.
Buruko-Kobalt Alloi: Alloi honek moderatua duen magnetostriction koefizientea (30 ppm inguru), baina saturazio magnetizazio altuena eta Curie tenperatura altua (980 °C inguru). Bere histeresis galera eta eddy korrontea galera txikiak ditu, eta mekaniko ezaugarri onak.
Kobalt-Buruko-Vanadio Alloi (Permendur): Alloi honek magnetostriction koefiziente txikia du (5 ppm inguru), baina saturazio magnetizazio altuena eta Curie tenperatura altuena (1400 °C inguru). Bere histeresis galera eta eddy korrontea galera txikiak ditu, horrek hautatzen duen erabilera indar handi aplikazioetan.
Ferrites: Ferriteak buru oxido eta beste metal oxido batzuen, kobalt oxido edo nikel oxido bezalako, osatutako keramiko materialak dira. Bere magnetostriction koefiziente txikia dituzte (10 ppm baino gutxiago), baina saturazio magnetizazio eta permeabilitate txikiak. Bere histeresis galera eta eddy korrontea galera oso txikiak dituzte, horrek hautatzen duen erabilera maiztasun altu aplikazioetan. Bere Curie tenperatura altua du (400 °C inguru gainean) eta korodeatze galera ona.
