Yumshoq magnit materiallarning qisqacha tarixi

1831 yilda Maykl Faraday elektromagnit induksiyani ko'rsatganidan beri yumshoq magnit materiallarning evolyutsiyasi davom etmoqda. Faraday asosiy materialning tabiiy tanlovi temir edi, u eng yuqori xona harorati M_skatta m dan tashqari har qanday elementning_r, va juda past H_c. Biroq, hatto bitta elementdan tashkil topgan oddiy materialda ham sezilarli yaxshilanish uchun joy bor edi.

Ma'lum bo'lishicha, temirning tavlanishi nafaqat uning mexanik xususiyatlarini yaxshilagan, balki stressni bartaraf etish orqali uning majburlash qobiliyatini pasaytirgan va bu uni induktiv dasturlarda foydalanish uchun yanada moslashgan. Olimlar va muhandislar yanada yaxshi ishlashga intilib, yumshoq temirning xususiyatlarini yaxshilash yo'llarini qidirdilar.

1900 yilda angliyalik metallurg Robert Xedfild temirga 3% gacha kremniy qo'shib, uning elektr qarshiligini (p) oshirib, m ni oshirish orqali yo'naltirilmagan kremniyli po'latni ixtiro qildi._r. Amerikalik metallurg Norman Goss 1933 yilda donning past anizotropiyaning kristall yo'nalishi bo'ylab o'sishini rag'batlantirish orqali donga yo'naltirilgan kremniyli po'latni ixtiro qildi._r, undan ham ko'proq. Bugungi kunda ham kremniy (yoki elektr) po'latlari yuqori M ga ega bo'lganligi sababli global yumshoq magnit bozorining asosiy ulushini tashkil qiladi._sva nisbatan past narx.

Silikon po'lat uchun eng keng tarqalgan ilovalar keng ko'lamli transformatorlar (donga yo'naltirilgan kremniy po'lat) va elektr mashinalari (aylanuvchi mashinalar uchun izotropik yo'naltirilmagan silikon po'latdan afzallik beriladi), bu erda uning iqtisodiy narxi katta foyda keltiradi.

Biroq, past(-, 0,5 mkohm.m) yuqori chastotada kremniyli po'latlarni yo'qotuvchi qiladi. So'nggi paytlarda elektr po'lat ishlab chiqaruvchilari kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) jarayonidan foydalangan holda po'latning kremniy miqdorini 6,5% gacha oshirish yo'lini ishlab chiqdilar. Bu yondashuv kuchayadi0.82 mŌ.m gacha, lekin shunga qaramay, boshqa materiallarni yuqori chastotali quvvat elektroniği va yuqori aylanish tezligidagi elektr mashinalari uchun yaxshiroq tanlov sifatida qoldiradi.

1910-yillarda Bell laboratoriyalarida Gustav Elmen nikel-temir qotishmalari bilan tajriba o'tkazdi va nikelga boy (78%) permalloy tarkibini topdi. Permalloyning asosiy afzalligi uning yuqori m_r, (100 tagacha,000). Nikel-temir qotishmalari bugungi kunda ham ba'zi maxsus induktiv ilovalarda qo'llaniladi, lekin ular elektr elektronikasi va elektr mashinalarida keng tarqalgan emas, chunki ular yuqori girdab oqimi yo'qotishlariga ega va nikel qo'shilishi M kamayadi._s. Permalloyga oz miqdorda molibden (2%) qo'shilsa, molipermalloy kukuni (MPP) ishlab chiqarilishi mumkin. MPP eng kam yo'qotish kukun yadrolarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

1940-yillarning oxirida magnit yumshoq ferritlar JL Snoek tomonidan ixtiro qilingan. Bu materiallar juda yuqori elektr qarshiligi tufayli raqobatbardoshdir (10 - 10⁸mohm.m), bu ularni girdobli oqim yo'qotishlarini bostirishda samarali qiladi.

Bundan tashqari, ular seramika ishlov berish texnikasi va mo'l-ko'l materiallar bilan ishlab chiqarilganligi sababli, ferrit qismlari juda arzon narxlarda ishlab chiqarilishi mumkin. Yuqori

va yumshoq ferritlarning arzonligi ushbu materiallarni induktiv ilovalar uchun, shu jumladan yuqori chastotali ilovalar uchun yuqori talabda ushlab turadi. Aslida, yumshoq magnitlarning jahon bozoridagi ulushi faqat silikon po'latdan keyin ikkinchi o'rinda turadi. Ular nisbatan past M.dan aziyat chekmoqda_s. (kremniy po'latining deyarli chorak qismi), bu ferrit yadrosini o'z ichiga olgan induktiv elementlarning energiya zichligini cheklaydi.

1967 yilda yangi materiallar sinfi - amorf qotishmalar ixtiro qilindi. 1970-yillarning o'rtalariga kelib, temir va kobalt asosidagi amorf qotishmalarga bo'lgan qiziqish kuchayib bordi va ular amaliy dasturlarga yo'l topdilar. Har qanday uzoq masofali tartibni yo'q qilish orqali bu qotishmalarda majburlash sezilarli darajada kamayadi.

1988 yilda Hitachi tadqiqotchilari Nb va Cu qo'shimchalarini qo'shdilar va amorf material matritsasida temir yoki kobaltning kichik va yaqin joylashgan kristalitlarini (diametri 10 nm bo'yicha) ishlab chiqarish uchun amorf qotishmalarni ishlab chiqarishga tavlanish bosqichini qo'shdilar. Bu nanokristalli yumshoq magnit qotishmalarning boshlanishi edi. Izolyatsiya qilingan o'tish metall kristalitlarining paydo bo'lishi amorf qotishmalarga nisbatan ushbu materiallarning oqim yo'qotishlarini kamaytirdi. Ham amorf, ham nanokristalli qotishmalar past yo'qotishlari va raqobatbardosh M tufayli bugungi kunda yuqori chastotali quvvat elektronikasi va elektr mashinalarida bozor ulushini qo'lga kiritmoqda._s.

Silikon po'latdan yuqori boshlang'ich xarajatiga qaramay, bu ilg'or qotishmalar yo'qotishlarning kamayishi tufayli energiya elektronikasi va elektr mashinalarining umumiy umr bo'yi xarajatlarini kamaytirishi mumkin.

1990-yillarning boshlarida kukun yadrolari (shuningdek, yumshoq magnit kompozitlar yoki SMC deb ham ataladi) ba'zi yumshoq magnit ilovalarda qabul qilindi. Ushbu materiallar diametri taxminan 1 dan 500 g gacha bo'lgan magnit zarralarni birlashtiradi va yuqori bosimlarda (MPa dan hatto GPa bosimgacha) mustahkamlashdan oldin ularni izolyatsiyalovchi material bilan qoplaydi yoki aralashtiradi.

Magnit xususiyatlarini yaxshilash uchun zichlash paytida yoki undan keyin issiqlik ham qo'llanilishi mumkin. Magnit zarralar ko'pincha Fe kukunlari bo'ladi, lekin MPP (ilgari aytib o'tilgan), Fe-P, Fe-Si yoki Fe-Co kabi qotishmalardan ham iborat bo'lishi mumkin. Izolyatsiya qiluvchi va magnit bo'lmagan matritsa fazasi tufayli bu materiallar taqsimlangan havo bo'shlig'iga ega bo'lib, ularning m ni cheklaydi._r100 dan 500 gacha. Shu bilan birga, izolyatsion matritsa ham ularni kuchaytiradi.

(10^-310 gacha^-1mkohm•m), girdob oqimi yo'qotishlarini kamaytirish.

SMClar, shuningdek, ishlab chiqarish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin bo'lgan hech qanday ishlov berish (to'rni shakllantirish) talab qilmasdan yanada murakkab yakuniy geometriyalarga bosilishi mumkin. Ularning izotropik tabiati, arzonligi va murakkab qismlarni aniq shaklga keltirish qobiliyati SMC-larni aylanadigan elektr mashinalarida juda muvaffaqiyatli qildi.

Yuqorida tavsiflangan yumshoq magnit materiallarning qisqacha tarixi hech qanday to'liq emas. Buning o'rniga, bizning maqsadimiz yuqori chastotali elektr elektronika va elektr mashinalarida yumshoq magnit komponentlarni ishlab chiqarish uchun raqobatbardosh bo'lgan va davom etadigan materiallarga e'tibor qaratishdir. M kabi ishlash ko'rsatkichlari_sva asosiy yo'qotish juda muhimdir. Biroq, yumshoq magnit qismlarni ko'p miqdorda ishlatish kerak bo'lganligi sababli, xarajatlarning ahamiyatini e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi. Shu sababli, yumshoq ferritlar hali ham yuqori chastotada raqobatbardosh asosiy material bo'lib qolmoqda. Yuqori chastotada mukammal ishlashi tufayli amorf va nanokristalli qotishmalar, albatta, asosiy materiallar bo'lib qoladi. Silikon po'latlar hali ham yumshoq magnit materiallar uchun jahon bozorining ko'p qismini tashkil qilsa-da, ularning asosiy qo'llanilishi 50 yoki 60 Gts chastotada ishlaydigan katta transformatorlarda va sekin aylanish tezligida ishlaydigan elektr mashinalarida.