Trápí vás doba dojíždění na dlouhé vzdálenosti? I když se do vašeho cíle můžeme dostat metrem, autem a letadlem, stále se zdá, že to trvá dlouho. Existuje však technologie, která může udělat kvalitativní skok v našem dojíždění, a tou je magnetická levitace. Možná máte pocit, že magnetická levitace existuje pouze ve filmech nebo televizních dramatech. Ale v červenci 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) a další z Korejského institutu vědy a technologie nejprve vytvořili tým, který měl materiál studovat. Čistý apatit olova je izolant, ale podle Sukbae Lee a dalších je mědí dopovaný apatit olovnatý, který tvoří LK-99, supravodič nebo kov při vyšších teplotách. I když při normálním tlaku není potvrzen žádný supravodivý materiál při pokojové teplotě, dává nám to také naději! Pojďme se podívat, jak si tato magická LK-99 vede na magnetu!

Věřím, že jste také viděli, že když se magnet přiblíží k materiálu zespodu, materiál se postaví kvůli odpuzování. Po změně magnetických pólů se materiál stále staví na nohy kvůli odpuzování při přiblížení k materiálu.

Tato "malá černá tečka" neustále padá nebo stojí, když se magnet NdFeB přibližuje a vzdaluje. Pól S i pól N jsou účinné, to znamená, že odpuzování nemá nic společného s magnetickým pólem, což ukazuje antimagnetismus.

Nebavme se o tom, zda je LK-99 skutečně supravodivá. Permanentní magnet NdFeB jej může přimět levitovat.

Když už mluvíme o permanentních magnetech NdFeB, musíme diskutovat o Tesle Model S.

Elon Musk je tak odvážný, že když Tesla pořádala akci k uvedení svého prvního sedanu, Modelu S, ani ho nesmontovala. Podvozek vycházel z modelu Mercedes-Benz CLS a hliníkové panely karoserie a kryt motoru byly přilepeny k ocelovému rámu pomocí magnetů z neodymového železa a bóru.

Když Tesla vyrobila své první dva modely aut v plné velikosti, používala k pohonu vozidel indukční motory. Tyto motory byly založeny na původní konstrukci motoru Nikoly Tesly, což byl brilantní design, který předcházel vynálezu magnetů vzácných zemin o téměř 100 let.

Indukční motory generují svůj vlastní magnetismus a pohánějí rotor elektřinou a fungují bez jakéhokoli typu permanentních magnetů.

Konstrukce indukčního motoru je dobrá, ale Tesla v roce 2017 přešla u Modelu 3 na motory s permanentními magnety z dobrého důvodu: Model 3 je menší auto a potřebuje menší motor, ale stále má dostatek výkonu.

Počínaje Modelem 3 tedy Tesla používala motory z neodymového železa a bóru, protože jsou prostorově úspornější, lehčí a mohou generovat větší sílu.

Použití magnetů v automobilech: jako je klimatizace, brzdové systémy, hnací motory, olejová čerpadla atd.

Ve skutečnosti, kromě toho, že se magnety používají v automobilech, jsou také široce používány v reproduktorech mobilních telefonů, sluchátkách, vibračních motorech, elektromagnetech, vysoušečích vlasů, ventilátorech, ledničkách, pračkách atd.

(Podíl použití magnetu)

Jaké jsou tedy kromě permanentních magnetů, jako je NdFeB, další tři hlavní typy magnetů? Jaký je výrobní proces?

Pojďme se na to podívat blíže!

Nejprve si ujasněme maximální součin magnetické energie magnetů

V současné době existují tři typy magnetů: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

Permanentní magnety vytvářejí magnetické pole, které je udržováno i v přítomnosti opačného magnetického pole. Elektromotory, které používají permanentní magnety, jsou účinnější než ty, které je nepoužívají. V současné době všechny známé silné magnety obsahují prvky vzácných zemin, které jsou klíčovými součástmi pro elektrická vozidla a větrné turbíny. Prvky, jako je neodym a thorium, se staly klíčovými materiály kvůli rostoucí poptávce a omezené nabídce.

Permanentní magnety jsou jedinečné v tom, že jakmile jsou vyrobeny, poskytují magnetický tok bezenergy input, což vede k nulovým provozním nákladům. Naproti tomu elektromagnetické magnety vyžadují ke generování magnetického pole nepřetržitý proud.

Důležitou vlastností permanentních magnetů je, že si udržují své magnetické pole i v přítomnosti protilehlého vnějšího magnetického pole. Pokud je však síla protilehlého magnetického pole dostatečně vysoká, vnitřní magnetická jádra permanentního magnetu se vyrovnají s opačným magnetickým polem, což má za následek demagnetizaci.

Permanentní magnety v podstatě fungují jako zařízení pro skladování energie. Energie je vstřikována během počátečního procesu magnetizace, a pokud je vyrobena a manipulováno správně, zůstane v magnetu na dobu neurčitou. Na rozdíl od baterie se energie v magnetu nikdy nevyčerpá a zůstává k dispozici pro použití. Je to proto, že magnety nemají žádný čistý vliv na své okolí. Místo toho využívají svou energii k přitahování nebo odpuzování jiných magnetických objektů, což napomáhá přeměně mezi elektrickou a mechanickou energií.

Energie magnetického pole je úměrná součinu B a H. Když je součin BH maximalizován (označený jako (BH)max), minimální objem magnetu je nutný k vytvoření daného magnetického pole v dané mezeře. Čím vyšší je hodnota (BH)max, tím menší objem magnetu je zapotřebí k vytvoření dané hustoty toku. (BH)max si lze představit jako statickou magnetickou energii na jednotku objemu magnetického materiálu. BH se měří vMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

V průmyslu permanentních magnetů představuje produkt maximální magnetické energie hustotu magnetické energie permanentního magnetu a je nejčastěji používaným parametrem pro charakterizaci výkonu permanentních magnetů.

Klasifikace permanentních magnetů

Permanentní magnety lze rozdělit do čtyř typů:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)aceramic or ferrite magnets.

Začněme s cenově nejvýhodnějšími magnety:Neodymium Iron Boron Magnets

Neodové magnety (NdFeB) jsou jedním z nejpoužívanějších materiálů s permanentními magnety v komerčních aplikacích, známé svýmihigh magnetic energy productamagnetic strength.

Neodové magnety jsoustrongesta většinacontroversialmagnety. Patří do kategorie magnetů vzácných zemin, protože jsou složeny z prvků neodymu, železa a boru.

Vzhledem k obsahu železa se neodymové magnety ze železa a bóru snadno oxidují a mají špatnou odolnost proti korozi a často vyžadují povlaky, jako je niklování, epoxidový povlak nebo zinkový povlak.

Jedná se však o produkty s vysokou hustotou energie (až55 MGOe) s vysokou houževnatostí a jejich použití umožňuje menší velikost pevných disků, motorů a audio zařízení.

Rozsah provozních teplot neodymových magnetů je80°C to 200°C. Vysoce kvalitní neodymové materiály, které mohou fungovat výše než120°Cmůže být docela drahé.

S ohledem na nákladovou efektivitu jsou neodymové magnety rozhodně první volbou.

Možná si říkáte, že pracovní teplota mého magnetu přesáhne 200°C, takže je nemožné magnet v tomto prostředí používat? Tento problém mohou vyřešit sanitární kobaltové magnety.

Salmium kobalt (SmCo) is a premium permanent magnet material primarily made from cobalt and samarium, making it the most costly magnetic material to produce. Its high cost is mainly due to the significant cobalt content and the brittleness of the samarium alloy.

Tyto permanentní magnety jsou vysoce odolné proti korozi a mohou snášet teploty až do výše350°Ca někdy dokonce až500 degrees. Tato teplotní odolnost jim dává výraznou výhodu oproti jiným typům permanentních magnetů, které jsou méně tolerantní k teplu. Stejně jako neodymové magnety potřebují i samarium-kobaltové magnety povlaky, aby se zabránilo korozi.

Nevýhodou této odrůdy magnetů je však její nízká mechanická pevnost. Salinitní kobaltové magnety mohou snadno zkřehnout a vytvořit praskliny. Nicméně v případech, kdy je nezbytná odolnost vůči vysokým teplotám a korozi, mohou být nejvhodnější volbou samarium-kobaltové magnety.

Neodymové magnety vynikají při nižších teplotách, zatímco magnety sammonium kobaltu fungují nejlépe přihigher temperatures. Neodymové magnety jsou známé jako nejsilnější permanentní magnety při pokojové teplotě a až do přibližně 180 stupňů Celsia na základě remanentní magnetizace (Br). Jejich síla však s rostoucí teplotou výrazně klesá. Při teplotách blížících se 180 stupňům Celsia začínají magnety sammonium kobaltusurpassNeodymové magnety ve výkonu.

Sammonium Kobalt se řadí mezi second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Běžně se používá v leteckém průmyslu a dalších odvětvích, kde je upřednostňován výkon před náklady.

Samarium-kobaltové magnety, vyvinuté v 70. letech 20. století, vykazují vyšší magnetickou sílu ve srovnání s keramickými a hliníkovo-nikl-kobaltovými magnety, i když nedosahují magnetismu, který nabízejí neodymové magnety. Tyto magnety se dělí hlavně do dvou skupin na základě jejich energetických hladin. První skupina, známá jakoSm1Co5 (1-5), se může pochlubit sortimentem energetických produktů zahrnujícím od15 to 22 MGOe. Na druhou stranu, druhá skupina, Sm2Co17 (2-17), zahrnuje energetický rozsah22-32 MGOe.

Samarium-kobaltové i neodymové magnety jsou vyrobeny z práškových kovů. Jsou stlačeny pod vlivem silného magnetického pole, než podstoupí proces slinování.

Neodymové magnety jsou vysoce citlivé na faktory prostředí, zatímco samarium-kobaltové magnety vzácných zemin vykazují vynikající odolnost proti korozi. Samarium-kobaltové magnety vzácných zemin mohou vydržet vysoké teploty, aniž by ztratily svůj magnetismus, zatímco neodymové magnety by měly být používány opatrně nad pokojovou teplotou. Neodymové magnety jsou odolnější ve srovnání se samarium-kobaltovými magnety a lze je snadno obrábět a začleňovat do magnetických sestav. Oba materiály vyžadují použití diamantových nástrojů, EDM nebo broušení během procesu obrábění.

Dále se seznámíme s magnety Alnico

Hliníkové, nikl-kobaltové magnety (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of hliník, nikl a kobalt.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mišimain Japan during the early 20th century.

Navzdory jejich pozoruhodné remanenci vede jejich relativně skromná houževnatost ke snížení magnetického energetického produktu (BH)max ve srovnání s jinými typy magnetů. Litý AlNiCo má schopnost být tvarován do složitých tvarů, zatímco slinutý AlNiCo vykazuje o něco menší magnetické vlastnosti, ale vynikající mechanické vlastnosti díky své jemnozrnné struktuře, což má za následek rovnoměrné rozložení toku a zvýšenou mechanickou pevnost.

Slinování AlNiCo zahrnuje indukční tavení, mletí na jemné částice, lisování, slinování, testování, potahování a magnetizaci. Různé výrobní metody ovlivňují vlastnosti magnetu, přičemž spékání zvyšuje mechanické vlastnosti a odlévání zvyšuje hustotu energie.

Sintrované magnety AlNiCo se dodávají v jakostech od1.5 to 5.25 MGOe, zatímco odlévané magnety se pohybují od5.0 to 9.0 MGOe. Anizotropní magnety AlNiCo nabízejí přizpůsobené možnosti směru magnetizace, což poskytuje cennou univerzálnost.

Slitiny hliníku, niklu a kobaltu vykazují vysoké maximální provozní teploty a výjimečnou odolnost proti korozi. Některé třídy hliníku, niklu a kobaltu mohou fungovat při teplotách překračujících500°C. Tyto magnety jsou široce používány v mikrofonech, reproduktorech, snímačích elektrických kytar, motorech, trubicích s postupující vlnou, Hallových senzorech a různých dalších aplikacích.

Nakonec si ujasněme magnet s největší cenovou výhodou, kterým je feritový magnet.

Feritové magnety, also known askeramické magnety, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their ekonomické ceny, efektivní odolnost proti korozi a schopnost udržovat stabilitu při vysokých teplotách až do250°C.

Zatímco jejich magnetické vlastnosti jsounot as strong as those of NdFeB magnets, díky nákladové efektivitě jsou feritové magnety vhodné prolarge-scalevýrobní. Tato nákladová výhoda vyplývá z použití levných, snadno dostupných materiálů, které jsou svou povahou nestrategické.

Keramické magnety mohou být izotropní, vykazující jednotné magnetické vlastnosti ve všech směrech, nebo anizotropní, zobrazující magnetizaci v zarovnání se směrem napětí. Nejúčinnější keramické magnety mohou dosáhnout magnetické energie 3.8 MGOe, což z nich činí nejslabší typ permanentního magnetu. Navzdory svým skromným magnetickým vlastnostem nabízejí vynikající odolnost vůči demagnetizaci ve srovnání s jinými typy magnetů.

Keramické magnety vykazují alow magnetic energy produkt a vlastnitexcellent corrosion resistance,Běžně se používá spolu s komponenty z nízkouhlíkové oceli a je vhodný pro použití v prostředí s mírnými teplotami.

Výrobní proces keramických magnetů zahrnuje lisování a slinování, přičemž se doporučuje použití diamantových brusných kotoučů kvůli jejich křehké povaze.

Obecně platí, že keramické magnety nabízejí rovnováhu mezi magnetickou pevností a nákladovou efektivitou, přičemž jejich křehkost je kompenzována vynikající odolností proti korozi. Jsou trvanlivé, odolné vůči demagnetizaci a cenově výhodnou volbou pro různé aplikace, jako jsou hračky, řemesla a motory.

Magnety vzácných zemin výrazně zvyšují úvahy o hmotnosti nebo velikosti, zatímco ferity jsou vhodnější pro aplikace, které nevyžadují vysokou hustotu energie, jako jsou elektricky ovládaná okna, sedadla, spínače, ventilátory, dmychadla ve spotřebičích, některé elektrické nářadí a audio zařízení.