Classification et caractéristiques de base des matériaux magnétiques

Toutes les substances dans la nature sont magnétiques dans le sens où elles ont certaines propriétés magnétiques et interagissent d'une certaine manière avec un champ magnétique externe.

Les matériaux utilisés dans la technologie sont appelés magnétiques, compte tenu de leurs propriétés magnétiques. Les propriétés magnétiques de la substance dépendent des propriétés magnétiques des microparticules, de la structure des atomes et des molécules.

Classification des matériaux magnétiques

Les matériaux magnétiques sont divisés en faiblement magnétiques et fortement magnétiques.

Être faiblement magnétique comprend les diamagnets et les paramagnétiques.

Magnétique puissant - ferromagnétiques, qui à leur tour peuvent être magnétiquement doux et magnétiquement durs. Formellement, la différence de propriétés magnétiques des matériaux peut être caractérisée par la perméabilité magnétique relative.

Les diamants font référence à des matériaux dont les atomes (ions) n'ont pas de moment magnétique résultant. Extérieurement, les diamagnets se manifestent en étant repoussés par le champ magnétique. Ceux-ci comprennent le zinc, le cuivre, l'or, le mercure et d'autres matériaux.

Les paramagnétiques sont appelés matériaux, dont les atomes (ions) génèrent un moment magnétique indépendant du champ magnétique externe. Extérieurement, les paramagnétiques se manifestent par l'attraction champ magnétique inhomogène… Ceux-ci incluent l'aluminium, le platine, le nickel et d'autres matériaux.

Les ferromagnétiques sont appelés matériaux dans lesquels leur propre champ magnétique (interne) peut être des centaines et des milliers de fois supérieur au champ magnétique externe qui l'a provoqué.

Chaque corps ferromagnétique est divisé en régions - de petites zones d'aimantation spontanée (spontanée). En l'absence de champ magnétique externe, les directions des vecteurs magnétisants de différentes régions ne coïncident pas et l'aimantation résultante de tout le corps peut être nulle.

Il existe trois types de processus d'aimantation ferromagnétique :

1. Le processus de déplacement réversible des domaines magnétiques. Dans ce cas, il y a déplacement des frontières des régions orientées au plus près de la direction du champ extérieur. Lorsque le champ est supprimé, les domaines se déplacent dans la direction opposée. La région de déplacement de domaine réversible est située dans la partie initiale de la courbe d'aimantation.

2. Le processus de déplacement irréversible des domaines magnétiques. Dans ce cas, le déplacement des frontières entre les domaines magnétiques n'est pas supprimé avec la diminution du champ magnétique. Les positions initiales des domaines peuvent être obtenues dans le processus d'inversion de magnétisation.

Le déplacement irréversible des frontières de domaine conduit à l'apparition hystérésis magnétique — le retard de l'induction magnétique de force de champ.

3. Processus de rotation de domaine. Dans ce cas, l'achèvement des processus de déplacement des frontières de domaine conduit à une saturation technique du matériau.Dans la région de saturation, toutes les régions tournent dans la direction du champ. La boucle d'hystérésis qui atteint la région de saturation est appelée frontière.

Le circuit d'hystérésis limite a les caractéristiques suivantes : Bmax — induction de saturation ; Br — induction résiduelle; Hc — force de ralentissement (coercitive).

Matériaux à faibles valeurs Hc (cycle d'hystérésis étroit) et à haute perméabilité magnétique sont appelés magnétiques doux.

Les matériaux avec des valeurs élevées de Hc (boucle d'hystérésis large) et une faible perméabilité magnétique sont appelés matériaux magnétiquement durs.

Lors de l'aimantation d'un ferromagnétique dans des champs magnétiques alternatifs, on observe toujours des pertes d'énergie thermique, c'est-à-dire que le matériau s'échauffe. Ces pertes sont dues à l'hystérésis et pertes par courants de Foucault… La perte d'hystérésis est proportionnelle à l'aire de la boucle d'hystérésis. Les pertes par courants de Foucault dépendent de la résistance électrique du ferromagnétique. Plus la résistance est élevée, plus les pertes par courants de Foucault sont faibles.

Matériaux magnétiquement doux et magnétiquement durs

Les matériaux magnétiques doux comprennent :

1. Fer techniquement pur (acier électrique à faible teneur en carbone).

2. Aciers électrotechniques au silicium.

3. Alliages fer-nickel et fer-cobalt.

4. Ferrites magnétiques douces.

Les propriétés magnétiques de l'acier à faible teneur en carbone (fer techniquement pur) dépendent de la teneur en impuretés, de la distorsion du réseau cristallin due à la déformation, de la taille des grains et du traitement thermique. En raison de sa faible résistivité, le fer commercialement pur est assez rarement utilisé en génie électrique, principalement pour les circuits de flux magnétique à courant continu.

L'acier électrotechnique au silicium est le principal matériau magnétique de grande consommation. C'est un alliage fer-silicium. L'alliage avec du silicium permet de réduire la force coercitive et d'augmenter la résistance, c'est-à-dire de réduire les pertes par courants de Foucault.

Les tôles d'acier électrique, livrées en tôles individuelles ou en bobines, et les feuillards, livrés uniquement en bobines, sont des produits semi-finis destinés à la fabrication de circuits magnétiques (noyaux).

Les noyaux magnétiques sont formés soit à partir de plaques individuelles obtenues par emboutissage ou découpage, soit par bobinage à partir de bandes.

On les appelle des alliages permaloïdes nickel-fer... Ils ont une grande perméabilité magnétique initiale dans la région des champs magnétiques faibles. Le permalloy est utilisé pour les noyaux de petits transformateurs de puissance, selfs et relais.

Les ferrites sont des céramiques magnétiques à haute résistance, 1010 fois supérieure à celle du fer. Les ferrites sont utilisés dans les circuits haute fréquence car leur perméabilité magnétique ne diminue pratiquement pas avec l'augmentation de la fréquence.

Les inconvénients des ferrites sont leur faible induction à saturation et leur faible résistance mécanique. Par conséquent, les ferrites sont couramment utilisées dans l'électronique basse tension.

Les matériaux magnétiquement durs comprennent :

1. Couler des matériaux magnétiquement durs à base d'alliages Fe-Ni-Al.

2. Matériaux magnétiques solides en poudre obtenus par pressage de poudres avec traitement thermique ultérieur.

3. Ferrites magnétiques dures. Les matériaux magnétiquement durs sont matériaux pour aimants permanentsutilisé dans les moteurs électriques et autres appareils électriques nécessitant un champ magnétique permanent.