Pehmeät magneettiset komposiitit
Pehmeiden magneettisten materiaalien paksuudella on tärkeä rooli pyörrevirtahäviöiden vähentämisessä, joten pehmeät magneettiset seokset tulisi valmistaa ohuella laminoinnilla dynaamisia käyttöjä varten. Jos hajotamme pehmeän magneettinauhan kaksi muuta ulottuvuutta, eli käytämme pehmeitä magneettiseoksia jauheina, niin pyörrevirtahäviöitä voidaan edelleen vähentää ja niistä valmistettuja komponentteja voidaan käyttää paljon korkeammalla. taajuuksia. Tällaisen käytön toteuttamiseksi seosjauheet valmistetaan ensin (useimmissa tapauksissa sumutusmenetelmin), hiukkaset tulee sitten pinnoittaa eristekerroksella, jonka jälkeen jauheet sekoitetaan pieneen määrään voiteluainetta ja puristetaan voimakkaasti. paine 600-800 MPa lopulliseen muotoon. Tällaisilla prosesseilla valmistettuja pehmeitä magneettituotteita kutsutaan pehmeiksi magneettisiksi komposiiteiksi (SMC) tai jauheytimiksi. Toinen SMC:n ansio on, että niistä voidaan valmistaa erilaisia erikoismuotoiltuja ytimiä, joita tuskin tehdään perinteisillä laminointipinoamismenetelmillä, mikä hyödyttää sähkömagneettisten laitteiden uutta suunnittelua. SMC:iden suurin haittapuoli on, että niiden läpäisevyys on suhteellisen alhainen. Nykyään yleisimmät SMC:t valmistetaan Fe-, Fe-Si-, Fe-Si-Al-, Fe-Ni-, amorfisten ja nanokiteisten metalliseosten jne. jauheista.
Pehmeät ferriitit
Kaikki yllä mainitut pehmeät magneettiset materiaalit ovat metalleja, joten pyörrevirtavaikutusta ei voida välttää. Pehmeät ferriitit ovat tunnusomaisia siinä, että ne ovat ionisia yhdisteitä ja niiden ominaisvastus on useita suuruusluokkaa suurempi kuin metallisten pehmeiden magneettisten materiaalien. Siksi sovelluksissa, joiden taajuus on enintään 1 MHz, pehmeät ferriitit ovat paras vaihtoehto energiahäviöiden suhteen. Pehmeiden ferriittien suurin haittapuoli on, että BS on suhteellisen alhainen. Kaksi yleisimpiä pehmeitä ferriittejä ovat Mn-Zn-ferriitit ((Mn, Zn)Fe2O4) ja Ni-Zn-ferriitit ((Ni, Zn)Fe2O4). Mn-Zn-ferriittejä käytetään yleisesti alle 1 MHz:n taajuudella, kun taas Ni-Zn-ferriittejä voidaan käyttää paljon korkeammilla taajuuksilla, mutta jälkimmäisten BS ja permeabiliteetti ovat alhaisemmat.
Rauta ja vähähiiliset teräkset
Rauta ja vähähiiliset teräkset voivat olla yleisimpiä ja edullisimpia pehmeitä magneettisia materiaaleja. Niillä on melko korkea arvo BS ~2,15 T, mikä on vain huonompi kuin kalliit Fe-Co-seokset. Mutta niiden resistiivisyys on melko alhainen, mikä rajoittaa niiden käyttöä dynaamisissa sovelluksissa. Rautaa ja vähähiilisiä teräksiä käytetään yleensä staattisissa/matalataajuisissa sovelluksissa, kuten sähkömagneetin sydämessä, releissä ja joissakin pienitehoisissa moottoreissa, joissa materiaalikustannukset ovat suurin huolenaihe.
Rauta-pii-seokset
Muutaman piin lisääminen rautaan lisää sen ominaisvastusta huomattavasti, joten se on erittäin hyödyllistä pyörrevirtahäviön estämisessä. Huolimatta lievästä kyllästysmagnetoinnin ja Curie-lämpötilan laskusta, Fe-Si-lejeeringit ovat laajalti käytössä sähkökoneissa, jotka toimivat 50 Hz:stä useisiin satoihin hertseihin. Pyörrevirtahäviön vähentämiseksi edelleen Fe-Si-seokset valssataan usein ohuiksi nauhoiksi. Yleisimmän Fe-Si-seoksen paksuus on 0,35 mm tai vähemmän. Valssauksen ja lämpökäsittelyn olosuhteista riippuen Fe-Si-seos voidaan luokitella raesuuntautuneeksi (GO) ja suuntautumattomaksi (NO). GO Fe-Si:tä käytetään muuntajissa, kun taas NO Fe-Si:tä sähkömoottoreissa.
Rauta-nikkeli seokset
Nikkeliä voidaan lisätä rautaan yhtenäisten kiinteiden liuosten muodostamiseksi laajalla koostumusalueella 35 painoprosenttia. % - 80 paino % Ni. Seokset, joiden koostumus oli lähellä Fe20Ni80:tä, nimettiin Permalloyksi (nykyään ihmiset kutsuvat kaikkia rauta-nikkeliseoksia, joiden nikkelipitoisuus on yli 35 painoprosenttia, Permalloyksi). Pieni määrä muita alkuaineita, kuten Mo, Cu ja Cr, lisätään yleensä parantamaan Permalloyn magneettisia ominaisuuksia. Herkän koostumuksen säädön ja lämpökäsittelyn avulla käsitelty Permalloy voi olla yksi maailman pehmeimmistä magneettisista materiaaleista, jonka läpäisevyys voi olla jopa 1 200 000. Yksi Permalloysin haitoista on niiden kyllästysmagnetointi, joka on vain noin 0,8 T, paljon pienempi kuin raudan ja Fe-Si -seosten. Nikkelipitoisuuden pienentyessä BS kasvaa ensinnäkin saavuttaen maksiminsa 1,6 tonnin nikkelipitoisuuden ollessa noin 48 painoprosenttia. %, läpäisevyys ei kuitenkaan ole yhtä hyvä kuin korkean nikkelipitoisuuden omaavien metalliseosten. Rauta-nikkeliseos on monipuolisin magneettiseos, sen magneettisia ominaisuuksia voidaan säätää säätämällä koostumusta, magneettihehkutusta ja mekaanista valssausta jne. Rauta-nikkeliseoksella on myös erittäin hyvä muovattavuus, joka voidaan rullata jopa 20 ohueksi mikronia. Tämän seurauksena nikkeli-rautaseoksia löytyy laajoista sovelluksista, kuten magneettikentän suojauksesta, maasulkukatkaisijasta, magneettiantureista, magneettinauhojen tallennuspäästä, tehoelektroniikasta jne.
Rauta-kobolttilejeeringit
Koboltin lisääminen rautaan lisää sekä Curie-lämpötilaa että BS:ää. Kobolttipitoisuudelle alueella 33 painoprosenttia. % - 50 painoprosenttia %, BS voi olla jopa 2,4T. Vaikka rauta-kobolttilejeeringit eivät ole yhtä pehmeitä kuin rauta-nikkeliseos, niillä on korkein arvo BS:stä kaikista muista magneettisista metalliseoksista. Muovattavuuden lisäämiseksi 2 painoprosenttia. Fe50Co50-seokseen lisätään % vanadiinia, jotta se voidaan rullata jopa 50 mikronin ohueksi. Vanadiinin lisääminen voi myös lisätä rauta-kobolttiseoksen ominaisvastusta. Korkeimman BS:n ansiosta rauta-kobolttiseokset ovat välttämättömiä sovelluksissa, joissa korkea teho/painosuhde on vaativa, kuten moottoreissa ja muuntajissa, joita käytetään avaruudessa olevissa laitteissa.
Amorfiset ja nanokiteiset metalliseokset
Amorfisia seoksia, joita usein kutsutaan myös metallilaseiksi, voidaan valmistaa nopealla jähmetyksellä. Amorfisissa metalliseoksissa atomeilla ei ole pitkän kantaman järjestystä, joten resistiivisyys on yleensä korkea, eikä magnetokiteistä anisotropiaa ole. Lisäksi niinkin ohuita amorfisia nauhoja kuin noin 20 - 30 mikronia voidaan helposti valmistaa tasovalulla. Kaikki nämä merkit takaavat, että amorfiset metalliseokset ovat erinomaisia ehdokkaita pehmeille magneeteille. Koostumusten mukaan useimmat kaupallisesti saatavilla olevat amorfiset pehmeät magneetit voidaan luokitella Fe-emäs-, Co-emäs- ja (Fe, Ni)-pohjaisiksi. Näissä kolmessa tyypissä Fe:n, Co:n ja Ni:n kokonaispitoisuus on noin 75-90 paino-%, jäännösaineet ovat metalloideja ja lasia muodostavia alkuaineita, kuten Si, B, P, C ja Zr, Nb, Mo jne. Näistä tyypeistä Fe-pohjaisella on korkein BS, noin 1,6 T, ja alhaisimmat kustannukset. Fe-pohjaisen amorfisen metalliseoksen rautahävikki on vain kolmasosa Fe-Si-teräksestä. Jos tehomuuntajien Fe-Si-teräs voidaan korvata Fe-pohjaisella amorfisella metalliseoksella, voidaan säästää valtavasti sähkötehoa, mutta jälkimmäisen materiaalikustannukset ovat korkeammat. Yhteispohjaisten amorfisten metalliseosten BS on yleensä pienempi kuin 0,8 T, mutta paljon suurempi läpäisevyys ja lähellä nollaa oleva magnetostriktioarvo, mikä on verrattavissa pehmeimpään permalloyyn, ja se voi toimia jopa paremmin korkeammilla taajuuksilla suuremman resistiivisyyden ansiosta. (Fe, Ni) -pohjaisilla amorfisilla lejeeringeillä on keskitason magneettisia ominaisuuksia verrattuna kahteen muuhun.