Aimants céramiques en ferrite
Les aimants en céramique ferrite, également connus sous le nom d'aimants en céramique ou d'aimants en ferrite, sont des aimants permanents fabriqués à partir d'un composite d'oxyde de fer (Fe2O3) et de carbonate de strontium (SrCO3) ou de carbonate de baryum (BaCO3). Ils appartiennent à la catégorie des matériaux magnétiques durs.
Voici une analyse des aimants céramiques en ferrite :
Composition chimique : Les principaux constituants des aimants céramiques en ferrite sont l'oxyde de fer (Fe2O3) et le carbonate de strontium (SrCO3) ou le carbonate de baryum (BaCO3). Ces matériaux sont abondants et relativement peu coûteux par rapport aux aimants en terres rares tels que les aimants en néodyme.
Processus de fabrication : Les aimants céramiques en ferrite sont généralement produits par un procédé de métallurgie des poudres. Les matières premières, notamment l'oxyde de fer et le carbonate choisi, sont mélangées puis compactées pour obtenir la forme souhaitée. Les aimants compactés sont ensuite frittés à haute température, généralement autour de 1200-1300°C, pour former l'aimant final.
Propriétés magnétiques : Les aimants céramiques en ferrite se caractérisent par une force magnétique relativement faible par rapport aux aimants en terres rares tels que les aimants en néodyme. Toutefois, ils présentent une bonne résistance à la désaimantation et sont très stables dans diverses conditions environnementales, notamment à des températures élevées et dans des environnements corrosifs.
Les scénarios d'utilisation des aimants permanents NdFeB se répartissent grosso modo entre l'adsorption, la répulsion, l'induction, la conversion électromagnétique, etc. Selon les applications, les exigences en matière de champs magnétiques sont également différentes.
? La structure spatiale des produits 3C est extrêmement limitée et nécessite une force d'adsorption élevée. La structure de l'espace ne permet pas d'augmenter la taille de l'aimant, de sorte que l'intensité du champ magnétique doit être augmentée par la conception du circuit magnétique ;
? Dans les situations où l'induction d'un champ magnétique est nécessaire, des lignes de force magnétiques excessivement divergentes provoqueront un contact accidentel de l'élément Hall, et la plage de champ magnétique doit être contrôlée par la conception du circuit magnétique ;
Lorsqu'un côté de l'aimant nécessite une force d'adsorption élevée et que l'autre côté doit être protégé du champ magnétique, une intensité de champ magnétique trop élevée du côté du blindage affectera l'utilisation des composants électroniques. Ce problème doit également être résolu par la conception de circuits magnétiques ;
? Occasions où un effet de positionnement précis est requis, occasions où un champ magnétique uniforme est requis...etc. Dans toutes les situations susmentionnées, il est difficile de satisfaire aux exigences d'utilisation en utilisant un seul aimant en céramique ferrite, et lorsque le prix des terres rares est élevé, le volume et le dosage de l'aimant affecteront sérieusement le coût et le prix du produit.
Par conséquent, lorsque nous remplissons les conditions d'adsorption ou d'utilisation normale, nous pouvons modifier la structure du circuit magnétique de l'aimant pour répondre à différents scénarios d'utilisation, tout en réduisant la quantité d'aimants pour réduire les coûts.
Les circuits magnétiques courants se divisent grosso modo en ARRAY HALBACH, circuits magnétiques multipolaires, circuits magnétiques focalisés, matériaux conducteurs magnétiques ajoutés, aimants céramiques en ferrite, transmission flexible, aimants unilatéraux, structures de condensation magnétique, etc. Permettez-moi de vous les présenter un par un : ARRAY DE HALBACH Array de Halbach Il s'agit d'une structure à peu près idéale en ingénierie, dont l'objectif est de produire le champ magnétique le plus puissant en utilisant le plus petit nombre d'aimants.
circuit magnétique multipolaire
Les circuits magnétiques multipolaires utilisent principalement les caractéristiques des lignes de champ magnétique pour sélectionner de préférence les différents pôles les plus proches afin de former un circuit magnétique. Par rapport aux aimants unipolaires ordinaires, les lignes de champ magnétique (champ magnétique) des circuits magnétiques multipolaires sont plus concentrées sur la surface, en particulier plus il y a de pôles, plus c'est évident pour les aimants en céramique ferrite.
Il existe deux types de circuits magnétiques multipolaires : la méthode de magnétisation multipolaire d'un aimant et la méthode d'adsorption de plusieurs aimants unipolaires. La différence entre ces deux méthodes est le coût, mais les fonctions réelles sont les mêmes. Les avantages des circuits magnétiques multipolaires dans l'adsorption à petits intervalles sont très évidents.
Focus sur le circuit magnétique
Le circuit magnétique de focalisation utilise une direction spéciale du circuit magnétique pour concentrer le champ magnétique dans une petite zone, rendant le champ magnétique dans cette zone très fort, atteignant même 1T, ce qui est très utile pour un positionnement précis et une induction locale.
Matériau magnétique
Les matériaux perméables au champ magnétique utilisent des boucles de champ magnétique pour donner la priorité au chemin ayant la plus petite résistance magnétique. L'utilisation de matériaux hautement perméables (SUS430, SPCC, DT4, etc.) dans le circuit magnétique peut bien guider la direction du champ magnétique, ce qui permet d'obtenir une magnétisation et une isolation locales. Effet.
Transmission souple
Les caractéristiques de la transmission flexible sont les suivantes : l'attraction et la répulsion formées par les aimants en céramique ferrite permettent une transmission flexible sans contact, petite taille, structure simple, le couple peut être modifié en fonction du volume de l'aimant et de la taille de l'entrefer, et l'espace réglable est important.
Aimant simple face
Les aimants céramiques en ferrite à une face se caractérisent par le fait que la polarité d'une face de l'aimant est protégée et que la polarité de l'autre face est conservée. La force d'adsorption directe est forte, mais la force magnétique s'atténue considérablement à mesure que la distance augmente.
Structure de magnétisation
La caractéristique de la forme est que les aimants en céramique ferrite et la culasse en fer sont disposés les uns par rapport aux autres en fonction de la polarité. Plus le rapport entre l'épaisseur de l'aimant et l'épaisseur de la culasse en fer augmente, plus l'épaisseur de la culasse en fer est importante, plus la divergence des lignes de champ magnétique est faible. La structure de magnétisation peut être conçue de manière flexible en fonction de la taille de l'entrefer afin d'obtenir des résultats optimaux. Elle permet d'économiser efficacement les aimants et le champ magnétique est uniformément réparti le long de la culasse. Cependant, l'inconvénient est que le coût d'assemblage est élevé.
Les aimants ayant la même performance et le même volume ont-ils la même puissance d'aspiration ?
La première chose qui est certaine est que la puissance d'aspiration n'est pas la même. Le type de force d'aspiration le plus important dépend de la définition du produit d'énergie magnétique maximale. Lorsque le point de travail de l'aimant est proche du produit de l'énergie magnétique maximale, l'aimant possède l'énergie de travail maximale.
La force d'adsorption de l'aimant est également une manifestation de travail, de sorte que la force d'aspiration correspondante est également la plus grande des aimants céramiques en ferrite. Il convient de noter ici que l'objet à attirer doit être suffisamment grand et couvrir entièrement la taille du pôle magnétique, de sorte que le matériau, la taille, la forme et d'autres facteurs de l'objet à attirer peuvent être ignorés.
Comment déterminer si le point de fonctionnement de l'aimant se situe au point d'accumulation maximale de l'énergie magnétique ? Lorsque l'aimant est directement adsorbé sur le matériau à attirer, sa force d'adsorption est déterminée par le champ magnétique de l'entrefer et la taille de la zone d'adsorption.
Si l'on prend l'exemple d'un aimant cylindrique, lorsque H/D≈0,6, son centre Pc≈1, et lorsqu'il est proche du point de fonctionnement du produit d'énergie magnétique maximale, la force d'aspiration est maximale.
Ceci est également cohérent avec la règle selon laquelle les aimants en céramique ferrite sont généralement conçus pour avoir une forme relativement plate en tant que pièces d'adsorption. En prenant l'aimant N35 D10*6 comme exemple, la simulation FEA permet de calculer que la force d'aspiration de la plaque de fer est d'environ 27 N, ce qui correspond presque à la valeur maximale d'un aimant de même volume et représente 780 fois son propre poids.
Les aimants carrés en céramique ferrite sont similaires aux aimants circulaires. Lorsqu'il est directement adsorbé sur le matériau à attirer, le centre Pc≈1, c'est-à-dire près du point de fonctionnement du produit à énergie magnétique maximale, la force d'aspiration atteindra la valeur maximale d'un aimant de même volume, tel que 10*10*6,5 ou 15* 10*8.
Bien entendu, il ne s'agit que de l'état d'adsorption d'un seul pôle de l'aimant. S'il s'agit d'une magnétisation multipolaire, la force d'aspiration sera complètement différente. La force d'aspiration d'une magnétisation multipolaire sera beaucoup plus importante que celle d'une magnétisation unipolaire (à condition que la distance entre l'aimant et l'objet adsorbé soit faible).
Pourquoi la force d'aspiration varie-t-elle autant lorsque des aimants de même volume sont magnétisés de façon multipolaire ? La raison en est que la surface d'adsorption S reste inchangée, mais que la valeur de la densité du flux magnétique B de l'objet à attirer augmente considérablement. Pour les aimants multipolaires, la densité des lignes de champ magnétique traversant la tôle de fer est considérablement accrue. Prenons encore l'exemple de l'aimant N35 D10*6, qui est un aimant en céramique ferrite à magnétisation bipolaire. La force d'adsorption de la plaque de fer simulée par FEA est d'environ 1100 fois son propre poids.
Comme les aimants en céramique ferrite sont multipolaires et magnétisés, chaque pôle équivaut à un aimant plus mince, et sa valeur Pc a changé. Elle ne peut plus être calculée sur la base de la valeur Pc de la taille globale, de sorte que sa taille optimale n'est plus H/D≈ 0,6, mais un aimant plus plat. La taille spécifique est liée à la méthode de magnétisation multipolaire et au nombre de pôles.
Les plus de dix éléments du NdFeB fritté sont comme les différents assaisonnements qu'il faut ajouter pour obtenir un mets délicat. C'est précisément grâce à la combinaison scientifique et régulière de ces éléments aux propriétés et fonctions intrinsèques différentes que nos aimants NdFeB sont des aimants céramiques en ferrite. Le bore existe dans une variété de qualités et de propriétés différentes. Comprendre la signification de chaque élément est d'une grande importance pour mieux comprendre les performances et les coûts de fabrication des différentes qualités. Ci-dessous, nous présentons brièvement la valeur de ces éléments.
Pour faciliter la compréhension, nous pouvons diviser les éléments constitutifs du NdFeB en trois catégories :
◇ L'un est constitué des éléments principaux RE (Ce, Gd, Nd, Dy, etc.), Fe, B, qui sont principalement responsables de la formation des grains de la phase principale RE2Fe14B.
◇ Le second est constitué de petits éléments tels que Al, Co, Ga et Zr, qui sont principalement responsables de l'optimisation du revêtement des joints de grains par rapport aux grains de la phase principale.
◇ Troisièmement, des éléments impurs, tels que le carbone, l'oxygène, etc., sont inévitablement introduits dans les matières premières et la production.
Un diagramme schématique des types d'éléments NdFeB est présenté dans la figure ci-dessous.
En général, au cours du processus de production, afin de permettre aux différentes formules d'exercer de meilleures performances, nous devons également effectuer certaines inspections et certains traitements sur les matières premières avant de les utiliser, afin de répondre à certaines exigences de base. Les exigences communes pour certains éléments sont les suivantes.
Les valeurs ci-dessus sont des valeurs de référence typiques de matières premières couramment utilisées. Les fabricants de matières premières présentent souvent certains écarts en raison des différentes voies de traitement utilisées dans le processus de production. Par exemple, le rapport PrNd passera de 20:80 à 25:75, et le GdFe sera inférieur à 75. %, la teneur en B de différents lots de BFe fluctue fortement, ce qui nous oblige à l'utiliser en combinaison avec la teneur réelle de chaque lot de feuilles de contrôle de qualité pendant l'utilisation.
Chaque élément contenu dans les aimants NdFeB possède ses propres caractéristiques, telles que
◇ L'introduction d'éléments La et Ce réduira la rémanence Br et la force coercitive Hcj de l'aimant, mais son prix est très bas et permet de réduire les coûts ;
◇ REFeB composé d'un élément Nd pur remplaçant le PrNd a une magnétisation à saturation très élevée et peut être utilisé pour préparer des aimants céramiques en ferrite à très haute rémanence ;
◇ L'introduction de l'élément Tb peut grandement améliorer le Hcj de l'aimant, mais son coût est extrêmement élevé ;
◇ L'élément Gd est relativement bon marché. Le REFeB qu'il forme a la température de Curie la plus élevée et permet de préparer des aimants résistants à haute température, mais il réduit considérablement le Br.
