Magnetostriktsiya: Maqnitli materiallarning xususiyati
Magnetostriction - bu ba'zi maqnitli materiallarning xususiyati, ularning shakli yoki o'lchamlari tashqi maqnit maydon orqali maqnitlanganda o'zgarishi. Materialning hajmi yoki uzunligidagi o'zgarish magnetostriction orqali, tashqi maqnit maydonning kuchlanishi va yo'nalishi, shuningdek, materialning maqnit anizotropiyasi va kristal tuzilishi asosida belgilanadi.
Magnetostriction orqali elektromagnit energiya mekanik energiyaga, yoki aksincha, aylantirish mumkin. Bu, aktuatorlar, sensorlar, transduserlar, transformatorlar, motorlar va generatorlar kabi bir qator tahlillarni asoslaydi.
Magnetostriction nima?
Magnetostriction 1842-yilda James Joule tomonidan avvalo aniqlangan, u ferros metal barining uning uzunligi bo'lgan joyda maqnitlanganda qisqacha ortib, kengligi bo'lgan joyda esa kamayib ketganini ko'rib chiqqan. Bu jarayon Joule effekti deb ataladi va bu, ko'pincha ferromagnetik materiallarda (tashqi maydon orqali maqnitlanga oladigan materiallar) va ba'zi ferrimagnetik materiallarda (ikkita qarama-qarshi maqnit alt tarmog'i bor materiallarda) sodir bo'ladi.
Magnetostrictionning fizikaviy mekanizmi maqnit materiallarning ichki tuzilishi bilan bog'liq, bu tuzilish mikroskopik sohalar, domenlar deb ataladi. Har bir domenda boshqaruvchi maqnitlash yo'nalishi mavjud, bu maqnit anizotropiya energiyasi (materialning maqnitlashini aniq kristal yo'nalishlarga yo'naltirish ehtiyoji) va maqnitstatik energiya (materialning maqnit poluslarini minimallashtirish ehtiyoji) orasidagi balans bilan belgilanadi.
Tashqi maqnit maydoni maqnit materialga ta'sir qilganda, domenlarga burilish kuchi ta'sir etadi, ularni maydon yo'nalishiga qaratib joylashtiradi. Bu jarayonda domen divarlari (maqnitlash yo'nalishlari farqli domenlar orasidagi chegaralar) va kristal reshetkasining (materialning atomlari tuzilishi) deformatsiyasi sodir bo'ladi. Natijada, materialning shakli yoki o'lchamlari magnetostrictive deformatsiyasi (magnetostriction orqali bo'lgan uzunlik yoki hajmdagi kasr-martta o'zgarish) asosida o'zgaradi.
magnetostrictive deformatsiya quyidagi faktorlardan qat'i nisbatda bog'liq:
Taqsim etilgan ma'nab maydonining kattaligi va yo'nalishi
Materialning doimiy ma'nablanish (mumkin bo'lgan eng yuqori ma'nablanish) darajasi
Materialning ma'nab anizotropiyasi (ma'nablanishning qandaydir yo'nalishlarga afzallik ko'rsatilishi)
Materialning ma'nab-elastic bog'liqligi (ma'nablanish va elastik deformatsiya o'rtasidagi ta'sir)
Materialning harorati va bosim holati
Ma'nab-striktiv deformatsiya material ma'nablanganda kengayish yoki qisqarishga qarab musbat yoki manfiy bo'lishi mumkin. Ba'zi materiallar zamonaviy ma'nab maydonlarga muvofiqlashda ma'nab-striktiv deformatsiyalarining belgisi almashtiriladi, bu Villari almashtirish deb ataladi.
Ma'nab-striktiv deformatsiyani optik interferometriya, deformatsiya sensorlari, piezoelektrik transduserlar yoki rezonans usullari kabi turli usullar orqali o'lchash mumkin. Ma'nab-striktivni xarakterlash uchun eng ko'p ishlatiladigan parametr ma'nab-striktiv koeffitsienti (yuqorida Joule koeffitsienti deb ham ataladi) bo'lib, quyidagicha aniqlanadi:
λ=LΔL
bu yerda ΔL - material ma'nablanishdan nol hadafidan doimiy ma'nablanishga yetkazilganda uzunligidagi o'zgarish, L esa boshlang'ich uzunligi.
Ma'nab-striktiv materiallar
Ko'plab materiallar ma'nab-striktiv xususiyatlarni ko'rsatadi, ammo ba'zi materiallardagi qiymatlar va xususiyatlar boshqalardan yaxshiroq. Ma'nab-striktiv materiallarning bir qancha misollari quyidagilar:
Temir: Temir yuqori doimiy magnitlashish darajasi va past narxli bo'lganligi sababli, eng keng tarqalgan va ko'p ishlatiladigan magnetostruktiv materiallardan biridir. Ammo temirda ba'zi kamchiliklari ham mavjud, masalan, past magnetostruktiv koeffitsienti (yakroq 20 ppm), yuqori gisteresis yo'qotilishi (har bir magnitlashish tsiklida sarflangan energiya), va yuqori voqealar tok yo'qotilishi (materialning oqimchan qismida induksiya qilinadigan toklar sababli sarflangan energiya). Temirning Curie harorati ham past (materialning ferromagnit xususiyatlarini yo'qotadigan harorat), bu esa uning yuqori haroratli ishlatish uchun cheklanishni beradi.
Nikel': Nikel'ning magnetostruktiv koeffitsienti temirdan yuqori (yakroq 60 ppm), ammo u yuqori gisteresis yo'qotilishi va voqealar tok yo'qotilishi bilan ta'minlanadi. Nikel'ning Curie harorati ham past (yakroq 360 °C) va shaxsiy korrozga og'riq.
Kobalt: Kobaltning magnetostruktiv koeffitsienti o'rtacha (yakroq 30 ppm), ammo yuqori doimiy magnitlashish darajasi va yuqori Curie harorati (yakroq 1120 °C) bor. Kobaltning gisteresis yo'qotilishi va voqealar tok yo'qotilishi past, bu esa uni yuqori chastotali ishlatmalar uchun moslashtiradi.
Temir-Aluminium Legirasi (Alfer): Bu legiraning magnetostruktiv koeffitsienti yuqori (yakroq 100 ppm), yuqori doimiy magnitlashish darajasi va yuqori Curie harorati (yakroq 800 °C) mavjud. Uning gisteresis yo'qotilishi va voqealar tok yo'qotilishi past, va yaxshi mechanika xususiyatlari bor. Ammo, uni ishlab chiqarish qiyin va maxsus issiq tushirish talab qilinadi.
Temir-Nikel' Legirasi (Permalloy): Bu legiraning magnetostruktiv koeffitsienti past (yakroq 1 ppm), ammo yuqori doimiy magnitlashish darajasi va yuqori penetratsiya (materialning ichki magnit maydonni qo'llab-quvvatlash qobiliyati) bor. Uning gisteresis yo'qotilishi va voqealar tok yo'qotilishi past, bu esa uning magnitli himoyaga va yozuv ishlatmalari uchun ideal bo'lib, hisoblanadi.
Kobalt-Nikel' Legirasi: Bu legiraning magnetostruktiv koeffitsienti o'rtacha (yakroq 20 ppm), ammo yuqori doimiy magnitlashish darajasi va yuqori Curie harorati (yakroq 950 °C) bor. Uning gisteresis yo'qotilishi va voqealar tok yo'qotilishi past, va yaxshi korrozga qarshilik bor.
Temir-Kobalt Legirasi: Bu legiraning magnetostruktiv koeffitsienti o'rtacha (yakroq 30 ppm), ammo juda yuqori doimiy magnitlashish darajasi va yuqori Curie harorati (yakroq 980 °C) bor. Uning gisteresis yo'qotilishi va voqealar tok yo'qotilishi past, va yaxshi mechanika xususiyatlari bor.
Kobalt-Temir-Vanadiy Legirasi (Permendur): Bu legiraning magnetostruktiv koeffitsienti past (yakroq 5 ppm), ammo juda yuqori doimiy magnitlashish darajasi va juda yuqori Curie harorati (yakroq 1400 °C) bor. Uning gisteresis yo'qotilishi va voqealar tok yo'qotilishi past, bu esa uni yuqori quvvatli ishlatmalar uchun moslashtiradi.
Ferritlar: Ferritlar demir oksidlaridan va kobalt oksidi yoki nikel oksidi kabi boshqa metall oksidlardan iborat keramik materiallardir. Ular juda past magnetostruksiya koeffitsiyentiga (10 ppm dan kam) ega, ammo past doimiy magnetizatsiya va past penetratsiyaga ega. Ular juda past gisteresis zararini va vorus chet elon qilish zararini ega bo'lgani uchun ulkan chastota orqali ishlatish uchun idealdir. Ular ham yuqori Curie haroratlariga (400 °C dan yuqori) va yaxshi korrozsiya qarshilikka ega.
Naylon metallar: Naylon metallar 57 dan 71 gacha bo'lgan atomlar raqamlari bilan ega bo'lgan elementlar, masalan, lantan, seri, neodimi, samari, gadolini, terbi, disprosi, holmi, erbi, tulium, iterbiy yoki lutetsiy. Ular juda yuqori magnetostruksiya koeffitsiyentiga (1000 ppm gacha) ega, ammo juda yuqori gisteresis zararini va vorus chet elon qilish zararini ega. Ular o'rtacha doimiy magnetizatsiya va penetratsiyaga ega, lekin past Curie haroratlariga (300 °C dan past) ega. Ular ko'pincha boshqa metalllarni yoki sohovchilarni yaxshilangan xossalarga ega bo'lgan legir yoki intermetallik shakllarda ishlatiladi.
Terfenol-D: Terfenol-D terbi, demir va disprosidan iborat intermetallik shakldir. U ikkita eng yuqori magnetostruksiya koeffitsiyenti (2000 ppm gacha) ega, bu esa uning magnetlanganda juda katta deformatsiyalarni yaratishi demak. U ham yuqori doimiy magnetizatsiya va yuqori Curie haroratiga (380 °C gacha) ega. Biroq, u ham juda yuqori gisteresis zararini va vorus chet elon qilish zararini ega, bu esa effektivligini va chastotasi chegarasini cheklaydi. Uning maksimal deformatsiyaga etibor berish uchun juda yuqori magnit maydoni (800 kA/m gacha) talab qilinadi, bu esa energiya sarflanishini va narxini oshiradi.
Galfenol: Galfenol demir va galliydan tashkil topgan legir, Fe81Ga19 kompozitsiyasi. U o'rtacha magnetostruksiya koeffitsiyentiga (250 ppm gacha) ega, ammo juda past gisteresis zararini va vorus chet elon qilish zararini ega, bu esa Terfenol-D dan ko'ra yengilroq va davomadkor. U ham yuqori doimiy magnetizatsiya va yuqori Curie haroratiga (700 °C gacha) ega. U past magnit maydonlarda (100 kA/m gacha) va yuqori chastotalarda (10 kHz gacha) ishlashi mumkin.
Metglas: Metglas demir, bor, silis va boshqa elementlardan iborat metallik steklo. U past magnetostruksiya koeffitsiyentiga (20 ppm gacha) ega, ammo juda yuqori doimiy magnetizatsiya va juda yuqori penetratsiyaga ega. U ham juda past gisteresis zararini va vorus chet elon qilish zararini ega, bu esa uning magnit ekranlash va quvvat o'zgartirish ishlarida ideal bo'lishini ta'minlaydi.
Magnetostruksiya ilovalari
Magnetostruksiya turli sohalarda juda ko'p ilovalarga ega, masalan:
Aktuatorlar: Aktuatorlar elektr energiyasini mekhanik harakatga, yoki aksincha, mekhanik stressni elektr energiyasiga aylantiruvchi qurilmalar. Magnetostruktiv aktuatorlar magnit maydoniga tushsa yoki mekhanik stressga tushsa magnetostruktiv materiallardan foydalanib, to'g'ri yoki aylanma harakat yaratadi. Magnetostruktiv aktuatorlar piezo-elektrik yoki elektrostatik aktuatorlardan ko'ra, yuqori quvva, katta deformatsiya, tez javob, past energiya sarfi, oddiy dizayn va uzun omillik muddatlarni ta'minlaydi.
Sensorlar: Sensorlar kuch, bosim, harorat, deformatsiya yoki magnit maydon kabi fizik miqdorlarni o'lchovchi qurilmalar. Magnetostruktiv sensorlar ushbu miqdordagi o'zgarishlarni materialda izlovchi magnetostruktiv materiallardan foydalanadi. Magnetostruktiv sensorlar deformatsiya o'lchovchilari yoki kapasitiv sensorlardan ko'ra, yuqori sezgirlik, aniqlik, barqarorlik, ishonchli va davomadkorlikka ega.
Transduserlar: Transduserlar bir tur energiyani boshqa turda energiyaga o'zgartiradigan qurilmalar, masalan, ovoz yoki ultrazvuk. Magnetostruktiv transduserlar magnetostruktiv materiallardan foydalanib, materialga ma'nab maydonni ta'tirish yoki aniqlash orqali akustik to'plamlarni yaratish yoki olish uchun ishlatiladi. Magnetostruktiv transduserlarning boshqa transduser turlari, masalan, piezoelektrik yoki elektr-zvuk transduserlari nisbatan ko'proq quvvat chiqishi, kengroq chastotalar oraliqi, kamroq deformatsiya va yaxshiroq impedans moslashish bo'yicha afzalliklari bor.
Transformatorlar: Transformatorlar elektromagnit induksiya yordamida bir shema orqali boshqa shemaga elektr energiyasini o'tkazuvchi qurilmalar. Magnetostruktiv transformatorlar materialning shaklini yoki hajmini kirish tok yoki voldtlarga qarab o'zgartirish orqali asosiy va ikkinchi navbatli spiral lard orasidagi ulashni yaxshilash uchun magnetostruktiv materiallardan foydalanadi. Magnetostruktiv transformatorlarning an'anaviy transformatorlarga nisbatan yuqori samaradorlik, past vazn, kichik hajm va past ovqatlanish bo'yicha afzalliklari bor.
Motorlar va generatorlar: Motorlar elektr energiyasini mexanik harakatga o'zgartiradigan qurilmalar, generatorlar esa mexanik harakatni elektr energiyaga o'zgartiradigan qurilmalar. Magnetostruktiv motorlar va generatorlar materialga ma'nab maydonni ta'tirish yoki ajratish orqali aylanma harakatni yaratish yoki urushish uchun magnetostruktiv materiallardan foydalanadi. Magnetostruktiv motorlar va generatorlarning an'anaviy motorlar va generatorlarga nisbatan yuqori torq, past tezlik, oddiy dizayn va past xizmat ko'rsatish bo'yicha afzalliklari bor.
Magnetostruktiv effektlar
Magnetostruktsiya mekanik bosim yoki torq bilan bog'liq bo'lgan quyidagi effektlariga ega:
Villari effekti: Bu magnetostruktsiya teskarisi, bu yerda materialning ma'nab susseptibiliteti (berilgan maydonga javob berish darajasi) materialga mekanik bosim ta'tirilganda o'zgaradi. Bu effekt materialdagi bosim yoki deformatsiyani uning ma'nab chiqishini aniqlash orqali o'lchanishi mumkin.
Matteuchi effekti: Bu magnetostruktiv materialning ma'nab susseptibilitetining spiral anizotropiyasini (magnetlanishning spiral yo'nalishidagi preferensiya) materialga torq ta'tirilganda yaratish. Bu effekt materialdagi torq yoki burchakli siljishni ma'nab maydonni ta'tirish yoki aniqlash orqali o'lchanishi mumkin.
Viedemann effekti: Bu spiralli ma'nab maydon ta'tirilganda magnetostruktiv materialning aylanishidan iborat. Bu effekt materialdagi aylanma harakatni ma'nab maydonni ta'tirish yoki ajratish orqali yaratish yoki urushish uchun ishlatilishi mumkin.
Xulosa
Magnetostriction ba'zi maqnitli materiallarning xususiyati bo'lib, bu materiallar tashqi maqnit maydoni ta'siri ostida shakllari yoki o'lchamlari o'zgaradi. Magnetostrictionni magnetostriction koeffitsienti orqali o'lchaish mumkin, bu koeffitsient magnetostriction orqali uzunlik yoki hajmning nisbiy o'zgarishi hisoblanadi.
Magnetostriction bir qator sohalarda, masalan, aktuatorlarda, sensorlarda, transduserlarda, transformatorlarda, elektr motorlarda va generatorlarda juda ko'p qo'llaniladi. Bu orqali energiya maqnit va elastik holatlarni o'rtasida o'zgartirishga yoki aksincha ravishda ishlatish mumkin.
Magnetostriction mekanik stress yoki torqu bilan aloqador bo'lgan ba'zi effektlariga ega, misol uchun Villari effekti, Matteucci effekti va Wiedemann effekti. Ushbu effektlar orqali stress, deformatsiya, torqu, burchakli siljish yoki aylanma harakatni o'lchaish yoki yaratish mumkin.
Magnetostrictive materiallar - bu magnetostrictionni ko'rsatadigan materiallar, ularning magnetostriction koeffitsienti, doimiy maqnitlanish, maqnit anizotropiyasi, Curie temperaturasi, gisteresis yo'qotilishi va eddy current yo'qotilishi farqlanadi. Magnetostrictive materiallarning misollari quyidagilar: moskva, nikel, kobalt, moskva-alumin (Alfer), moskva-nikel (Permalloy), kobalt-nikel legira, moskva-kobalt legira, kobalt-moskva-vanadium (Permendur), ferritlar, nafis ziyorat, ularning legiralar yoki kompozitsiyalari (masalan, Terfenol-D va Galfenol) va metallik steklolari (masalan, Metglas).
Magnetostriction - bu materiallar fanida maqnitlik va mexanika o'rtasidagi o'zaro ta'sirni ko'rsatadigan qiziqarli jarayon. U energiya o'zgartirish va uzatishda yuqori samaradorlik talab qilinadigan bir qator sohalarda juda ko'p potentsial qo'llanishlarga ega.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
