Кои се специфичните физички значења на параметри како што се резидуалниот магнетизам (Br), силата на принудување (Hc) и максималниот производ на магнетна енергија (BHmax)? Како да се процени квалитетот на магнетите преку овие параметри?

1. Резидуален магнетизам (Br)

Физичко значење

Резидуален магнетизам (Br), исто така наречен  преостанатост , е густината на магнетниот флукс (B) што останува во магнетот откако ќе се магнетизира до заситување, а потоа надворешното магнетно поле (H) ќе се намали на нула. Се мери во  Тесла (Т)  или  Гаус (G)  (1 T = 10,000 G).

• Потекло Br настанува од усогласувањето на магнетните домени во материјалот за време на магнетизацијата. Кога надворешното поле е отстрането, некои домени остануваат порамнети поради силната магнетокристална анизотропија и разменските интеракции, задржувајќи го нето магнетниот момент.
• Значајност Br ја претставува „излезната јачина“ на магнетот во отсуство на надворешно поле. Повисоко ниво на Br значи дека магнетот може да генерира посилно магнетно поле без помош.

Фактори што влијаат на Br

• Состав на материјалот Чистиот Nd₂Fe₁₄B има висока содржина на Br (~1.3–1,4 T), но легирањето со Dy или Tb може малку да го намали Br, а воедно да ја подобри коерцивноста.
• Кристална структура Тетрагоналната структура на NdFeB обезбедува силна едноосна анизотропија, подобрувајќи го Br.
• Микроструктура Големината на зрната, ориентацијата и дефектите влијаат на усогласувањето на домените. Монокристалните или високо ориентираните поликристални магнети покажуваат повисок Br.
• Температура Br се намалува со зголемување на температурата поради термичка агитација што го нарушува усогласувањето на домените.

Типични вредности

• NdFeB (N52 степен) : Br &асимптом; 1.45–1.50 T
• SmCo (тип 2:17) : Br &асимптом; 1.00–1.15 T
• Ферит (SrFe₁₂O₁₉) : Br &асимптом; 0.35–0.45 T

2. Присилна сила (Hc)

Физичко значење

Коерцитивната сила (Hc) е надворешното магнетно поле (H) потребно за да се намали преостанатиот магнетизам (Br) на нула по заситувањето. Се мери во  А/м  или  Оерстед (Ое)  (1 A/m ≈ 0,0125 Oe).

• Видови :
  • Нормална коерцивност (Hcb) Полето потребно за демагнетизирање на магнетот по неговата лесна оска (c-оска во NdFeB).
  • Внатрешна коерцивност (Hci) : Полето потребно за да се поништи магнетизацијата на поединечните зрна, што ја одразува отпорноста на материјалот на неповратна демагнетизација. Hci е секогаш ≥ Hcb.
• Значајност Hc ја одредува способноста на магнетот да се спротивстави на демагнетизацијата од надворешни полиња, термички флуктуации или механички стрес. Високиот Hc е клучен за апликации кои вклучуваат обратни полиња или високи температури.

Фактори кои влијаат на Hc

• Магнетокристална анизотропија Материјалите со висока анизотропија (на пр. NdFeB, SmCo) имаат повисок Hc.
• Гранична фаза на зрното Кај синтеруваните NdFeB магнети, граничната фаза на зрната богата со Nd ги изолира зрната, намалувајќи го меѓугрануларното разменување и зголемувајќи го Hc.
• Допинг со тешки ретки земјини елементи (HRE) Додавање на Dy или Tb форми на фази (Nd,Dy)₂Fe₁₄B со повисока анизотропија, зголемувајќи го Hci.
• Температура Hc се намалува со температурата поради намалените енергетски бариери на анизотропијата.

Типични вредности

• NdFeB (N52 степен) : Hcb &асимптом; 955 kA/m (12 kOe), Hci &асимптом; 2100 kA/m (26,4 kOe)
• SmCo (тип 2:17) : Hcb &асимптом; 796 kA/m (10 kOe), Hci &асимптом; 1592 kA/m (20 kOe)
• Ферит : Hcb &асимптом; 159–239 kA/m (2–3 kOe)

3. Максимален производ на магнетна енергија (BHmax)

Физичко значење

На  максимален производ на магнетна енергија (BHmax)  е врвната вредност на производот од густината на магнетниот флукс (B) и јачината на магнетното поле (H) на  крива на демагнетизација (крива BH) . Се мери во  Ј/м³ или  MGOe  (1 MGOe &асимп; 7,96 kJ/m³).

• Физичко толкување BHmax ја претставува максималната енергија складирана во магнетното поле по единица волумен. Повисок BHmax значи дека магнетот може да испорача повеќе механичка работа (на пр., кај мотори) или да одржи посилно поле со помалку материјал.
• Пресметка BHmax се пресметува со множење на B и H во секоја точка на кривата на демагнетизација и идентификување на максималната вредност.

Значајност

• Ефикасност BHmax е најкритичниот параметар за оценување на перформансите на магнетот. Магнет со висок BHmax бара помал волумен за да се постигне истата јачина на полето, заштедувајќи простор и тежина.
• Економичност Магнетите со повисок BHmax често ја оправдуваат нивната повисока цена поради намалената употреба на материјал.

Фактори што влијаат на BHmax

• Рамнотежа на Br и Hc BHmax е максимизиран кога магнетот работи близу „коленето“ на кривата на демагнетизација, каде што и B и H се високи. Ова бара оптимална рамнотежа помеѓу Br и Hc.
• Чистота на материјалот Нечистотиите го намалуваат BHmax со воведување дефекти што го нарушуваат усогласувањето на домените.
• Процес на производство Топлото пресување, извртувањето со калап или дифузијата на границите на зрната може да го зголемат BHmax преку подобрување на микроструктурната униформност.

Типични вредности

• NdFeB (N52 степен) : BHmax &асимптом; 400–420 kJ/m³ (50–52 MGOe)
• SmCo (тип 2:17) : BHmax &асимптом; 240–280 kJ/m³ (30–35 MGOe)
• Ферит : BHmax &асимптом; 28–36 kJ/m³ (3.5–4,5 MGOe)

4. Проценка на квалитетот на магнетот користејќи ги овие параметри

Клучни критериуми

1. Висок Бр : Означува генерирање на силно магнетно поле.
2. Висок Hc (особено Hci) Обезбедува отпорност на демагнетизација.
3. Висок BHmax : Ја одразува целокупната густина на енергија и ефикасност.

Компромиси и оптимизација

• Бр наспроти Hc Зголемувањето на Hc (на пр., со додавање на Dy) често го намалува Br поради помалиот магнетен момент на Dy во споредба со Nd. Производителите мора да ги балансираат овие за специфични апликации.
• Стабилност на температурата Магнетите за висока температура (на пр., за влечни мотори на електрични возила) даваат приоритет на Hci пред Br, прифаќајќи малку понизок BHmax.
• Ограничувања на трошоците Високо-перформансните NdFeB магнети (на пр., од класа N52SH) се скапи поради додатоците на HRE. Магнети од понизок степен (на пр., N35) може да бидат доволни за помалку тешки апликации.

Анализа на кривата на демагнетизација

На  BH крива  (или хистерезис јамка) дава целосна слика за перформансите на магнетот:

• Сооднос на квадратура (Br/Bsat) Однос близок до 1 означува минимално поместување на ѕидот на доменот, што одразува висока коерцивност.
• Реверзибилност Линеарна BH крива во близина на почетокот укажува на добра термичка стабилност.
• Точка на коленото BHmax се јавува во близина на „коленето“ каде што кривата нагло се свиткува надолу, што укажува на почеток на неповратна демагнетизација.

Практични примери

• Мотори на електрични возила Потребен е висок BHmax (>400 kJ/m³) и Hci (>2000 kA/m) за ефикасно работење на покачени температури.
• Магнети за звучници : Дајте приоритет на висок Br (>1,2 T) за силен излезен звук, со умерен Hc (~800 kA/m).
• Заптивки за фрижидер Користете ефтини феритни магнети со доволно Br (~0,3 T) и Hc (~200 kA/m) за основно магнетно држење.

5. Напредни размислувања

Коефициенти на температура

• Коефициент на температура Br (α) : Типично -0,12 до -0,10 %/°C за NdFeB, што значи дека Br се намалува за ~1% на 10°C пораст.
• Коефициент на температура Hc (&бета;) : Понегативно од α (на пр., -0,6 %/°C за NdFeB), што го прави Hc многу чувствителен на температура.
• Компензација Високотемпературните класи (на пр., N52SH) користат HRE допинг за да го намалат &бета;.

Отпорност на корозија

• NdFeB е склонен кон оксидација поради неговата реактивна содржина на Nd. Премазите (Ni, Zn, епоксидни) или легирањето со Cu/Al ја подобруваат издржливоста, но не влијаат директно на Br, Hc или BHmax.

Механички својства

• Кршливите материјали како NdFeB бараат внимателно ракување за време на склопувањето. Флексибилните магнети (на пр., врзаниот NdFeB) го заменуваат дел од BHmax за подобрена машинска обработка.

Заклучок

Параметрите  Бр ,  Hc , и  БХмакс  се фундаментални за оценување на квалитетот на перманентните магнети:

• Бр  ја одредува јачината на полето.
• Hc  обезбедува отпорност на демагнетизација.
• БХмакс  ја одразува вкупната густина на енергија и ефикасност.

Висококвалитетните магнети ги оптимизираат овие параметри за специфични апликации, балансирајќи ги компромисите помеѓу перформансите, стабилноста на температурата и цената. Напредните техники како што се дифузија на границите на зрната и адитивното производство продолжуваат да ги поместуваат границите на перформансите на магнетите, овозможувајќи иновации во обновливата енергија, транспортот и медицинските технологии. Разбирањето на овие параметри е од суштинско значење за избор на вистинскиот магнет за која било дадена апликација.