أنواع المواد المغناطيسية

كتابة دينا محمود آخر تحديث: 18 يونيو 2020 , 14:25

لأن جميع المواد لها بنية ذرية مختلفة تتفاعل المواد المختلفة بشكل مختلف عند وضعها في مجال مغناطيسي ، في أبسط أشكاله يتم تحديد السلوك المغناطيسي للمادة من خلال عدد الإلكترونات غير المزاوجة في كل ذرة ، في ذرات معظم العناصر توجد الإلكترونات في أزواج مع دوران كل إلكترون في اتجاه مختلف مما يجعلها تلغي المجال المغناطيسي لبعضها البعض ، وبالتالي لا يوجد مجال مغناطيسي صافي ، ومع ذلك تحتوي بعض المواد على إلكترونات غير مُزدوجة ستولد مجالًا مغناطيسيًا صافيًا وبالتالي يكون لها تفاعل أكبر مع المجال المغناطيسي الخارجي.

أنواع المواد المغناطيسية 

المواد المغناطيسية الحديدية

تحتوي المواد المغناطيسية الحديدية على بعض الإلكترونات غير المزاوجة في ذراتها ، وبالتالي تولد مجالًا مغناطيسيًا صافيًا ، وإن كان مجالًا ضعيفًا جدًا ، وذلك لأن الذرات الفردية أو مجموعات الذرات ، المعروفة باسم المجالات المغناطيسية ، تتم محاذاتها بشكل عشوائي لإلغاء بعضها البعض ، عندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي خارجي على المواد المغناطيسية ، تضطر المجالات الفردية إلى المحاذاة التي تحافظ عليها بمجرد إزالة المجال الخارجي وبالتالي الحفاظ على مغناطيسيتها ، والمعروفة باسم المتبقية ، الحديد والنيكل والكوبالت كلها مواد مغناطيسية حديدية.

المواد المغناطيسية 

المواد Diamagnetic تصد أي مجال مغناطيسي يطبق خارجيا ، يحدث هذا بسبب إعادة تنظيم المجالات المغناطيسية لمعارضة المجال المغناطيسي المطبق خارجيًا عندما يتأثر بالمجال المغناطيسي ، تظهر جميع المواد بعض الخصائص المغناطيسية ومع ذلك ، في معظم المواد يكون التأثير ضعيفًا للغاية وغير ملاحظ ، يتم إقران جميع الإلكترونات الموجودة في ذرات المواد المغناطيسية ، وبالتالي لا تولد مجالها المغناطيسي الصافي معظم العناصر في الجدول الدوري مغناطيسية.

المواد بارامغناطيسية

المواد البارامغناطيسية لديها حساسية صغيرة للمجالات المغناطيسية مما يعني أنها تنجذب قليلاً إلى المجال المغناطيسي ومع ذلك ، على عكس المواد المغناطيسية فإنها لا تحتفظ بخصائصها المغناطيسية بمجرد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي ومع ذلك ، فإن معظم العناصر هي مغناطيسية بارزة ، لأن قوتها الجذابة أضعف عدة آلاف المرات من المواد المغناطيسية التي تعتبر أيضًا بشكل عام غير مغناطيسية.

المواد الخام المغناطيسية

جميع المغناطيس الدائم في العالم مصنوع حاليًا من خمسة أنواع من المواد لكل منها خصائص مختلفة جدًا ومن أشهرها:

الفريت (FE)

الفريت هو مصطلح يستخدم للإشارة إلى الحديد النقي ، وهو أكثر المواد المغناطيسية الحديدية التي يمكن التعرف عليها بسهولة ، كما أنه مصطلح يستخدم لوصف المواد المغناطيسية الفريتية وهي مركب يتكون من كربونات السترونتيوم أو الباريوم وأكسيد الحديد (Fe2O3) ، مغناطيسات الفريت لها تكاليف إنتاج منخفضة ولكنها أيضًا أضعف بكثير من مغناطيس ساماريت الأرض النادرة ومغناطيس النيوديميوم ، بسبب انخفاض تكاليف الإنتاج ،  فهي واحدة من أكثر المواد المغناطيسية المستخدمة على نطاق واسع عندما لا يكون الأداء المغناطيسي العالي هو العامل الأكثر أهمية.

تصنيع الفريت

إن طريقة إنتاج مغناطيس الفريت ليست مكلفة أو معقدة مثل تلك المستخدمة في تصنيع مغناطيسات أرضية نادرة ولأنها صلبة وهشة للغاية ، يتم تصنيعها بشكل عام بأشكال أساسية مثل المربعات والأسطوانات والحلقات ، يبدأ إنتاج مغناطيس الفريت بتحويل خليط مسحوق ناعم من أكسيد الحديد وكربونات السترونتيوم لإنتاج مادة أكسيد معدني. 

بمجرد التبريد ، يتم طحن المسحوق الناعم بالفعل عدة مرات مما يقلل المادة المكلسة إلى جزيئات دقيقة أصغر من 2 ميكرومتر أو 2 ميكرون ، بحيث يتكون كل جسيم من مجال مغناطيسي واحد.

ثم يتم ضغط المسحوق وضغطه في قالب ، إذا حدث الضغط داخل مجال مغناطيسي مطبّق خارجيًا ، فستتم محاذاة جزيئات المغناطيس ويكون المغناطيس الناتج متباين الخواص إذا تم الضغط على المسحوق بدون مجال مغناطيسي مطبق خارجيًا ، فسيكون المغناطيس متناحي الخواص ويكون له خصائص مغناطيسية أضعف.

بمجرد الضغط عليها ، يتم تلبيد الجسيمات المضغوطة عند درجات حرارة عالية جدًا لجعل الجزيئات تلتحم معًا قبل أن يتم مغنطتها في النهاية.

الخواص المغناطيسية للفريت

مغناطيسات الفريت غير مكلفة في الإنتاج والتي تتعلق بقوتها المغناطيسية الإجمالية ، على الرغم من كونها أضعف بكثير من المواد الأرضية النادرة ، إلا أنها لا تزال تستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات التجارية ، تتمثل القوة الرئيسية لمغناطيس الفريت في مقاومته للتخلص من المغناطيسية والتآكل.

نيوديميوم 

النيوديميوم (Nd) هو عنصر أرضي نادر برقم ذري 60 تم اكتشافه في عام 1885 من قبل الكيميائي النمساوي كارل أوير فون ويلسباخ ، على الرغم من أن النيوديميوم من عائلة الأرض النادرة نادر الوجود نسبيًا وليس نادرًا أكثر من النحاس.

يتم خلط النيوديميوم بالحديد والبورون بالإضافة إلى آثار عناصر أخرى مثل الديسبروسيوم والبراسيوديميوم لإنتاج سبائك مغناطيسية تعرف باسم Nd2Fe14b ، وهي أقوى مادة مغناطيسية في العالم ، تم تطوير مغناطيسات النيوديميوم في عام 1982 من قبل جنرال موتورز وسوميتومو سبيشال ميتالز ، وقد حلت محل أنواع أخرى من المواد المغناطيسية في العديد من الأجهزة التجارية والصناعية الحديثة.

تصنيع النيوديميوم

قبل أن يتم تحويل النيوديميوم إلى مغناطيس نيوديميوم ، يجب صقل خام المعادن الأرضية النادرة المستخرجة إجراء يتضمن عشرات العمليات الكيميائية ، بمجرد صقلها يتم خلط النيوديميوم بالحديد والبورون والعناصر الأخرى المطلوبة لتحقيق الدرجة المطلوبة عن طريق تسخينها في فرن الحث الفراغي حتى تذوب بشكل عام ، يتم تبريد السبائك المنصهرة لتكوين سبائك قبل طحنها في حبيبات دقيقة في مطحنة نفاثة.

ثم يتم ضغط المسحوق فائق النقاء في قالب أثناء تعرضه في نفس الوقت لمجال مغناطيسي كبير ينتج عن مغناطيس كهربائي. أثناء الضغط على المواد المسحوقة ، يقوم المجال المغناطيسي بمحاذاة المجالات المغناطيسية الفردية للمادة المغناطيسية في اتجاه المجال المغناطيسي ، عند الضغط على المادة ، يتم تعيين الاتجاه ويتم إعطاء المادة متباينة الخواص الاتجاه المغناطيسي المفضل.

يساهم هذا الاتجاه المفضل للمغناطيسية في قوة المغناطيس النهائي والإكراه العالي ، إذا لم يكن هناك مجال مغناطيسي خارجي تم تطبيقه خلال هذه المرحلة من العملية ، فلن تتم محاذاة المجالات المغناطيسية الفردية للمادة بشكل موحد متساوي الخواص ونتيجة لذلك ،  يمكن جذب المادة في أي اتجاه ومع ذلك ، فإن المغناطيس النهائي سيكون له جزء من قوة مغناطيس متباين الخواص وسيكون له قهر أقل.

الخواص المغناطيسية للنيوديميرم

مغناطيسات النيوديميوم هي أقوى المغناطيسات المتاحة وبالتالي لديها قوة عالية إلى الحجم والوزن ، ولأنها قوية جدًا ، فهذا يعني أيضًا أن لديها تكلفة منخفضة نسبيًا لكل وحدة قوة لديهم مقاومة عالية بشكل لا يصدق للتخلص من المغناطيسية ولكن  لديهم درجات حرارة تشغيل قصوى منخفضة بشكل عام مقارنة بالمواد الأخرى وهم عرضة للتآكل في حالة تلف الطلاء ، تتوفر درجات أخرى من مغناطيس النيوديميوم ، بما في ذلك درجات حرارة التشغيل القصوى الخاصة العالية.

سماريوم كوبالت

Samarium cobalt (SmCo) هي مادة مغناطيسية مصنوعة من سبيكة من عنصر الأرضية النادرة الساماريوم والكوبالت المعدني الصلب وكذلك آثار الحديد والنحاس والهفنيوم والزركونيوم والبراسيوديميوم مثل النيوديميوم ، تُعرف مغناطيسات ساماريوم الكوبالت بمغناطيس الأرض النادرة مثل ساماريوم وهو جزء من نفس المجموعة الأرضية النادرة للعناصر مثل نيوديميوم ، تم تطوير مغناطيس Samarium cobalt في أوائل السبعينيات من قبل مختبر مواد القوات الجوية الأمريكية ، ثم كانت أقوى المغناطيسات المتاحة حتى إدخال مغناطيس نيوديميوم بعد ذلك بعشر سنوات تقريبًا في وقت تقديمها كانت ثورية ، تضاعفت قوة أقوى مادة مغناطيسية متوفرة ثلاث مرات.

الخواص المغناطيسية لسماريوم كوبالت

يتوفر مغناطيس Samarium cobalt بنوعين أو درجات ، يشار إليها عادة باسم السلسلة 1: 5 والسلسلة 2:17 ، كلتا السلسلتين تتمتعان بقوة مغناطيسية عالية ولديهما منتجات طاقة قصوى تصل إلى 35 ميجا جول ، على الرغم من أنها ليست قوية مثل مغناطيس النيوديميوم ، إلا أن قوتها الرئيسية هي أنها تستطيع الحفاظ على أدائها في درجات حرارة تصل إلى 350 درجة مئوية كما أنها مقاومة للغاية للتآكل ، حتى بدون طلاء ومع ذلك ، لأنها تحتوي على الكوبالت ، فإن إنتاجها مكلف نسبيًا.[1]

المراجع
زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق