Ankara Üniversitesi Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Fizik Mühendisliği Katıların Manyetik Özellikleri Katıların Manyetik Özellikleri Sert Manyetik Malzemeler Sert Manyetik Malzemeler

(1)

Ankara Üniversitesi Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Fakültesi

Fizik Mühendisliği Fizik Mühendisliği

Katıların Manyetik Özellikleri Katıların Manyetik Özellikleri

Sert Manyetik Malzemeler

(2)

İçindekiler İçindekiler



Kalıcı Mıknatıslar Kalıcı Mıknatıslar



Zorlayıcı Alan,Artık mıknatıslanma, Zorlayıcı Alan,Artık mıknatıslanma, Doyum mıknatıslanması Doyum mıknatıslanması



Maksimum Enerji Maksimum Enerji



Yük çizgisi ve Maksimum enerji çarpanı Yük çizgisi ve Maksimum enerji çarpanı



Kalıcı Mıknatıs kararlılığı Kalıcı Mıknatıs kararlılığı



AlNiCo AlNiCo



Ferritler Ferritler



Nadir-Toprak elementleri Nadir-Toprak elementleri



Manyetostriksiyon Manyetostriksiyon

(3)

AlNiCo AlNiCo

 Alnico’nun en önemli özelliği yüksek kalıcı manyetik akı yoğunluğu Alnico’nun en önemli özelliği yüksek kalıcı manyetik akı yoğunluğu ve düşük sıcaklık sabitidir.

ve düşük sıcaklık sabitidir.

 Alnico alaşımlarının Curie sıcaklığı oldukça yüksektir (700-800C). Alnico alaşımlarının Curie sıcaklığı oldukça yüksektir (700-800C).

Curie sıcaklığı sürekli mıknatıs malzemesinin manyetik özelliklerini Curie sıcaklığı sürekli mıknatıs malzemesinin manyetik özelliklerini

kaybetmeye başladığı en yüksek sıcaklık değeri olarak kaybetmeye başladığı en yüksek sıcaklık değeri olarak

tanımlanmaktadır ve kalıcı mıknatısın işletme koşullarının tanımlanmaktadır ve kalıcı mıknatısın işletme koşullarının

belirlenmesi bakımından önemlidir.

 İki fazlı olarak bulunurlar.Güçlü manyetik İki fazlı olarak bulunurlar.Güçlü manyetik αα₁1-(Fe-Co) ve zayıf -(Fe-Co) ve zayıf manyetik

manyetik αα₂₂fazını ise (Ni-Al) oluşturur. fazını ise (Ni-Al) oluşturur. αα₂₂ fazı domain duvarının fazı domain duvarının hareketini zorlaştırır.

hareketini zorlaştırır.

 Manyetik özellikler ısıl işlemlerle geliştirilirler. Manyetik alanda Manyetik özellikler ısıl işlemlerle geliştirilirler. Manyetik alanda tavlandıkları zaman (700 C) coercivity ve enerji çarpanında artış tavlandıkları zaman (700 C) coercivity ve enerji çarpanında artış

gözlenir.

Bc=50-130kA/m (BH)max=50-75kJ/m Bc=50-130kA/m (BH)max=50-75kJ/m³³

 Dezavantajları düşük coercivity değerlerinin olmasıdır.Dezavantajları düşük coercivity değerlerinin olmasıdır.

 Güçlü manyetik Fe-Co , zayıf manyetik Ni-Al matris içine yerleştirilir. Güçlü manyetik Fe-Co , zayıf manyetik Ni-Al matris içine yerleştirilir.

Bunun sonucu olarakta bu tür mıknatıslar cok sert ve kırılgandırlar.

(4)

(5)

Demanyetizasyon eğrisi

Demagnetizasyon eğrisi, zorlayıcı kuvvet ve sıcaklığa bağlıdır.

(6)

Anizotropik AlNiCo Magnetler

(7)

Ferritler Ferritler



Ferrit, Alnico’dan daha yüksek zorlayıcı Ferrit, Alnico’dan daha yüksek zorlayıcı kuvvete sahipken aynı zamanda düşük kuvvete sahipken aynı zamanda düşük

kalıcı manyetik akı yoğunluğuna sahiptir.

Sıcaklık sabitleri de kısmen yüksektir.

Ferrit’lerin en önemli özellikleri düşük Ferrit’lerin en önemli özellikleri düşük

maliyetleridir.

(8)

Hekzagonal Ferritler Hekzagonal Ferritler



BaO.6Fe BaO.6Fe

₂₂

O O

₃₃

veya SrO.6Fe veya SrO.6Fe

₂₂

O O

₃₃



Esnek plastik matrislerinin içine Esnek plastik matrislerinin içine

yerleştirildiği için plastik mıknatıs olarakta yerleştirildiği için plastik mıknatıs olarakta

bilinirler.



Coercivity değerleri alnicolardan yüksektir Coercivity değerleri alnicolardan yüksektir ama enerji çarpanları düşüktür. Bc= 150- ama enerji çarpanları düşüktür. Bc= 150-

250kA/m ve (BH)max=20kJ/m

³³

(9)

Magnetoplumbite yapısı

(10)

Demanyetizasyon eğrisi. 1-izotropik baryumferrit,2-5-6 anisotropik baryumferrit.

(11)

Nadir-Toprak Elementleri Nadir-Toprak Elementleri

 Nadir toprak, sürekli mıknatısların keşfedilmesi ile birlikte son yirmi Nadir toprak, sürekli mıknatısların keşfedilmesi ile birlikte son yirmi yıl boyunca (BH)max enerji yoğunluğunda büyük gelişmeler

yıl boyunca (BH)max enerji yoğunluğunda büyük gelişmeler

yaşandı. Nadir toprak malzemelerinin ilk örnekleri Samaryum Kobalt yaşandı. Nadir toprak malzemelerinin ilk örnekleri Samaryum Kobalt karışımına dayanıyordu. 1960’lı yıllarda keşfedilmiş ve ticari olarak karışımına dayanıyordu. 1960’lı yıllarda keşfedilmiş ve ticari olarak

üretimine 1970’li yılların başında başlanmıştır. Samaryum Kobalt üretimine 1970’li yılların başında başlanmıştır. Samaryum Kobalt

yüksek kalıcı akı yoğunluğu, yüksek zorlayıcı kuvvet, yüksek enerji, yüksek kalıcı akı yoğunluğu, yüksek zorlayıcı kuvvet, yüksek enerji,

lineer demanyetizaasyon eğrisi ve düşük sıcaklık katsayısı lineer demanyetizaasyon eğrisi ve düşük sıcaklık katsayısı

avantajına sahiptir. Küçük boyutta yüksek güç ve düşük eylemsizlik avantajına sahiptir. Küçük boyutta yüksek güç ve düşük eylemsizlik

momenti istenen motorlarda kullanımı çok uygundur. Kaynak momenti istenen motorlarda kullanımı çok uygundur. Kaynak

sıkıntısı nedeni ile malzemenin pahalı olması maliyeti olumsuz sıkıntısı nedeni ile malzemenin pahalı olması maliyeti olumsuz

etkilemektedir.

 Son yıllarda birleşimi fazla pahalı olmayan neodmiyum (Nd) ve Son yıllarda birleşimi fazla pahalı olmayan neodmiyum (Nd) ve

demir (Fe)’e dayanan ikinci jenerasyon nadir toprak kalıcı mıknatısın demir (Fe)’e dayanan ikinci jenerasyon nadir toprak kalıcı mıknatısın

keşfedilmesi ile malzeme maliyetinin düşürülmesinde önemli bir keşfedilmesi ile malzeme maliyetinin düşürülmesinde önemli bir

adım atılmıştır. Günümüzde artan miktarda üretilen NdFeB adım atılmıştır. Günümüzde artan miktarda üretilen NdFeB

mıknatıslar SmCo mıknatıslardan sadece oda sıcaklığı şartında mıknatıslar SmCo mıknatıslardan sadece oda sıcaklığı şartında

daha iyi manyetik özelliklere sahiptir.

(12)

Samaryum-Kobalt Samaryum-Kobalt



Bunların anizotropisi Fe-Ni ‘lilere göre Bunların anizotropisi Fe-Ni ‘lilere göre daha yüksektir.

daha yüksektir.



Doyma mıknatıslanması yüksektir. Doyma mıknatıslanması yüksektir.



SmCo SmCo

₅₅

Ms=780kA/m Bc=760kA/m Ms=780kA/m Bc=760kA/m

BH=150-200kJ/m BH=150-200kJ/m

³³



Sm Sm

₂₂

Co Co

₁₇₁₇

Bc=800kA/m BH=260kJ/m Bc=800kA/m BH=260kJ/m

³³

Hücre Yapısı

(13)

 Yapıdaki nadir toprak elementi Yapıdaki nadir toprak elementi anizotropi, geçiş metali ise

anizotropi, geçiş metali ise yüksek Curie sıcaklığı (720 C) yüksek Curie sıcaklığı (720 C)

ve yüksek mıknatıslanma ve yüksek mıknatıslanma

sağlamaktadır.

 Mıknatıs toz halde 1100 C de Mıknatıs toz halde 1100 C de ısıtılarak tek fazlı homojen hale ısıtılarak tek fazlı homojen hale

getirilir.Mikro yapının getirilir.Mikro yapının

düzenlenimi için düşük düzenlenimi için düşük

sıcaklıklarda bekletilir. Fe ile sıcaklıklarda bekletilir. Fe ile

zenginleştirilir.

(14)

NdFeB NdFeB



Yüksek coercivity ve enerji çarpanına Yüksek coercivity ve enerji çarpanına sahiptirler.

sahiptirler.



İki şekilde üretilirler: İki şekilde üretilirler:

1)Toz haline getirilip ısıyla şekillenim 1)Toz haline getirilip ısıyla şekillenim

2)Erittikten sonra hızlı soğutma

(15)

1)Bileşenler Ar atmosferinde alüminyum kapta 1)Bileşenler Ar atmosferinde alüminyum kapta

indüksiyon yoluyla eritilirler. Sonra değirmende indüksiyon yoluyla eritilirler. Sonra değirmende

toz haline getirilirler.

toz haline getirilirler. Manyetik alan ve basınç Manyetik alan ve basınç altında tavlanır. Ar atmosferinde 1000-1150 altında tavlanır. Ar atmosferinde 1000-1150

oo

C’de şekillendirilir. C’de şekillendirilir.

2)Ark fırınında eritilen malzemeler melt spinner 2)Ark fırınında eritilen malzemeler melt spinner

kullanılarak 20-80 nm büyüklüğünde homojen kullanılarak 20-80 nm büyüklüğünde homojen

parçalar elde edilir. Birbirlerine bağlanarak parçalar elde edilir. Birbirlerine bağlanarak

kullanılırlar.

BH=72kJ/m BH=72kJ/m

³³

BH=320kJ/m

³³

(16)

(17)



Sm-Co’ lı mıknatıslara göre daha ucuz Sm-Co’ lı mıknatıslara göre daha ucuz bileşenlere sahiptir.

bileşenlere sahiptir.



Curie sıcaklığı düşüktür (300 – 500 C) bu Curie sıcaklığı düşüktür (300 – 500 C) bu sebeple yüksek sıcaklıklarda

sebeple yüksek sıcaklıklarda kullanılamazlar.

kullanılamazlar.



Bc=1100kA/m Bc=1100kA/m



(BH)max=300-350kJ/m (BH)max=300-350kJ/m

³³

(18)

MANYETOSTRİKSİYON MANYETOSTRİKSİYON



Manyetik malzemelerle ilgili bir olgudur. Manyetik malzemelerle ilgili bir olgudur.

Manyetik malzemeler manyetize Manyetik malzemeler manyetize

edildiğinde, uzunluğunda küçük bir edildiğinde, uzunluğunda küçük bir

değişme (mıknatıslanma doğrultusunda) değişme (mıknatıslanma doğrultusunda)

olması özelliğidir. Bir manyetik malzemenin olması özelliğidir. Bir manyetik malzemenin boyutlarını düşürmek ve yükseltmek için bir boyutlarını düşürmek ve yükseltmek için bir

gerilim uygulandığı zaman manyetik gerilim uygulandığı zaman manyetik

malzemenin bir manyetik akım malzemenin bir manyetik akım

üretmesinde de bunun tersi olay oluşur.

(19)



Manyetostriksiyon olayı bilgisayar işinde büyük Manyetostriksiyon olayı bilgisayar işinde büyük önem taşır, çünkü işletimsel kullanımda

önem taşır, çünkü işletimsel kullanımda

manyetik malzemeye uygulanacak gerilimler ve manyetik malzemeye uygulanacak gerilimler ve etkiler, histeresis eğrisini bozacak derecede bir etkiler, histeresis eğrisini bozacak derecede bir

değişime neden olabilir.

