Каков химический состав постоянных магнитов. Какие элементы входят в состав современных магнитных материалов. Какие типы магнитов существуют по химическому составу. Как определить состав магнита.
Основные типы магнитов по химическому составу
Магниты можно разделить на несколько основных типов в зависимости от их химического состава:
- Ферритовые магниты
- Магниты из сплавов металлов
- Магниты на основе редкоземельных элементов
- Композитные магниты
Каждый тип магнитов имеет свой уникальный химический состав, определяющий их магнитные свойства и области применения. Рассмотрим подробнее состав основных видов постоянных магнитов.
Химический состав ферритовых магнитов
Ферритовые магниты состоят из оксидов железа в сочетании с другими металлами. Наиболее распространены следующие составы:
- Бариевый феррит (BaFe12O19)
- Стронциевый феррит (SrFe12O19)
- Кобальтовый феррит (CoFe2O4)
Ферриты обладают высоким электрическим сопротивлением и относительно невысокой стоимостью. Какие преимущества дает такой состав? Ферритовые магниты устойчивы к размагничиванию и коррозии, что делает их подходящими для использования в электродвигателях, громкоговорителях и других устройствах.
Из каких элементов состоят магниты на основе металлических сплавов
Магниты из металлических сплавов включают в себя следующие основные группы:
- Альнико — сплавы алюминия, никеля, кобальта и железа
- Викаллой — сплав железа, кобальта и ванадия
- Кунифе — сплав меди, никеля и железа
Эти магниты отличаются высокой остаточной намагниченностью. Почему это важно? Высокая остаточная намагниченность позволяет создавать компактные и мощные магниты для применения в электронике, измерительных приборах и других областях, где требуются сильные постоянные магниты небольшого размера.
Химический состав магнитов Альнико
Типичный состав магнитов Альнико включает следующие элементы:
- Алюминий — 8-12%
- Никель — 15-26%
- Кобальт — 5-24%
- Медь — 3-6%
- Титан — 1-8%
- Железо — остальное
Такой сложный состав обеспечивает уникальное сочетание магнитных свойств. Как это влияет на характеристики? Магниты Альнико обладают высокой остаточной индукцией и температурной стабильностью, сохраняя свои свойства при нагреве до 550°C.
Редкоземельные магниты и их химический состав
Редкоземельные магниты являются самыми мощными из существующих постоянных магнитов. Основные типы включают:
- Неодимовые магниты (Nd2Fe14B)
- Самарий-кобальтовые магниты (SmCo5 или Sm2Co17)
Неодимовые магниты состоят из сплава неодима, железа и бора. Их типичный состав:
- Неодим — 29-32%
- Железо — 64-68%
- Бор — 1-1.2%
- Другие редкоземельные элементы (празеодим, диспрозий) — до 5%
Самарий-кобальтовые магниты содержат:
- Самарий — 15-35%
- Кобальт — 60-65%
- Железо, медь, цирконий — 5-10%
Почему редкоземельные магниты так сильны? Уникальная кристаллическая структура и высокая анизотропия сплавов редкоземельных элементов обеспечивают исключительно высокую коэрцитивную силу и энергетическое произведение этих магнитов.
Композитные магнитные материалы: состав и свойства
Композитные магниты представляют собой смесь магнитного порошка и связующего материала. Типичный состав включает:
- Магнитный порошок (неодим-железо-бор, самарий-кобальт или феррит) — 75-95%
- Полимерное связующее (эпоксидная смола, нейлон, полифениленсульфид) — 5-25%
Какие преимущества дает такой состав? Композитные магниты сочетают высокие магнитные свойства с возможностью изготовления сложных форм методом литья под давлением или экструзии. Это позволяет создавать магниты с оптимизированной геометрией для конкретных применений.
Методы определения химического состава магнитов
Для анализа состава магнитов используются различные методы:
- Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF)
- Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES)
- Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS)
- Сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионным рентгеновским анализом (SEM-EDX)
Как выбрать подходящий метод анализа? Выбор метода зависит от требуемой точности, типа анализируемого магнита и наличия оборудования. Например, XRF подходит для быстрого неразрушающего анализа, а ICP-MS обеспечивает наиболее точные результаты, особенно для редкоземельных элементов.
Влияние химического состава на магнитные свойства
Химический состав магнита напрямую влияет на его ключевые характеристики:
- Остаточная индукция (Br)
- Коэрцитивная сила (Hc)
- Максимальное энергетическое произведение (BHmax)
- Температура Кюри
- Температурная стабильность
Как состав определяет свойства магнита? Например, добавление диспрозия в неодимовые магниты повышает их коэрцитивную силу и температурную стабильность, но снижает остаточную индукцию. Понимание этих взаимосвязей позволяет разрабатывать магниты с оптимальными характеристиками для конкретных применений.
Перспективные направления в разработке новых магнитных материалов
Исследователи активно работают над созданием новых магнитных материалов с улучшенными свойствами. Некоторые перспективные направления включают:
- Магниты без редкоземельных элементов на основе железо-нитридных соединений
- Высокотемпературные постоянные магниты для электродвигателей
- Наноструктурированные магнитные материалы
- Магнитокалорические материалы для магнитного охлаждения
Какие преимущества могут дать новые магнитные материалы? Разработка более дешевых и экологичных альтернатив редкоземельным магнитам может снизить зависимость от ограниченных ресурсов. Создание магнитов, сохраняющих высокие характеристики при экстремальных температурах, откроет новые возможности для их применения в авиакосмической и автомобильной промышленности.
Экологические аспекты производства и утилизации магнитов
Производство и утилизация магнитов, особенно содержащих редкоземельные элементы, связаны с рядом экологических проблем:
- Добыча редкоземельных элементов часто сопровождается значительным воздействием на окружающую среду
- Процессы разделения и очистки редкоземельных элементов энергоемки и могут приводить к образованию токсичных отходов
- Утилизация магнитов требует специальных технологий для извлечения ценных компонентов и предотвращения загрязнения окружающей среды
Как решаются эти проблемы? Разрабатываются более экологичные методы добычи и переработки редкоземельных элементов, а также технологии рециклинга магнитов. Исследуются альтернативные магнитные материалы с меньшим воздействием на окружающую среду. Важную роль играет разработка эффективных методов сбора и переработки отработавших магнитов для создания замкнутого цикла производства.
Содержание Об измерениях Определение состава магнита Простой тесламетр Реклама:
|
Замечания по поводу статьи на сервере WWW.VOLGA.RU
о возможном, но непроверенном способе как идентифицировать бариевый ферритовый магнит с помощью пламени горелки.
Вообще узнать состав магнита таким примитивным способом сложно, практически невозможно… Однако зная некоторые данные о магнитах можно по совокупности нескольких свойств с некоторой долей уверенности определить что это за магнит.  Чаще используя данные о его эл. проводности, силе (Br) и насколько легко его перемагнитить (Hc).
Использующиеся в качестве постоянных магнитов материалы можно разделить УСЛОВНО на 3 группы (с точки зрения химического состава) 2) Ферриты — бариевый (BaFe12O19), стронциевый (SrFe12O19) и кобальтовый (CoFe2O4). Имеют высокое удельное эл.  сопротивление. Твердые и хрупкие. Br 0.19-0.42 Тл, Hc 130-350 кА/м. 3) Интерметаллические соединения металлов группы железа (Fe, Co, Ni) с редкоземельными элементами. Твердые и хрупкие. Br 0.77-1.0 Тл, Hc 640-1300 кА/м !!!!! (попробуйте перемагнитить :-))). Наиболее известен кобальт-самариевый магнит (Co 5Sm). Теперь химический анализ с использованием фотометрии пламени (окраска пламени). Если у вас есть прибор, то вам нужна лишь таблица спектральных линий: :-)))))
Таблица спектральных линий некоторых элементов. Длина волны нейтральных атомов и их ионов указаны в нанометрах.
Другой метод (более общий) анализа с использованием горелки это
образование перла (стеклышка).
Тем, кто захочет более подробно узнать о методах анализа, можно прочитать в любом учебнике качественного химического анализа (для вузов). Например, В. |
5
При работе с пламенем горелки учтите, что окрашивание дают исключительно летучие соединения металлов.
Поэтому главная задача при исследовании образца — получить летучее соединение, которое собственно и будет давать окрашивание.
Для этого идеально на отколотые опилки сначала капнуть каплю любой кислоты (соляной из аптеки или азотной), либо сплавить в пламени с аммиачной селитрой (удобрение из хоз. магазина), которая выделяет азотную кислоту при нагревании. Затем можно приступать к анализу в пламени. Кроме того, поскольку ВСЕ используемые магниты представляют собой смесь, содержащую несколько металлов, то задача будет непростой, поскольку окраска разных металлов будет налагаться и они могут мешать определению друг друга.
Подойдет любая газовая горелка с синим, не коптящим пламенем, например, Pencil Torch на газе от зажигалок.
Для работы с пламенем нужен держатель — проволочка, сделанная из нихрома или молибдена (держатели спирали внутри обычной лампы накаливания) и которая сама не окрашивает это пламя.
Захватывают нихромовой проволочкой немного исследуемого вещества и, внеся в пламя, наблюдают появившееся окрашивание. Чтобы различные составные части исследуемого образца соответственно своей различной летучести испарялись в разное время и возможно меньше мешали обнаружению друг друга, опыт ведут в следующей последовательности. Сначала помещают проволоку в область 5 у основания пламени, область с самой низкой температурой. Затем, через некоторое время, переносят ее в область 6 с наиболее высокой температурой. Различные катионы металлов окрашивают пламя в соответствии с таблицей.
Делают миниатюрное бесцветное стеклышко (для этого обычно используется простая бура — паяльный флюс), в которое вводят частичку исследуемого образца, который его может окрашивать.
Для работы с пламенем также нужен держатель — проволочка, конец которой согнут в колечко (ушко), сделанная из нихрома или молибдена (держатели спирали внутри обычной лампы накаливания).
Накалив ушко проволочки докрасна, прикасаются им к твердой буре (или борной кислоте из аптеки) или гидрофосфату натрия (или калия) и аммония (удобрение). Прилипшие кристаллы прокаливают в пламени до тех пор, пока масса не перестанет вспучиваться. Проволочку вынимают из пламени и охлаждают полученное стеклышко (перл).
Отколотые мелкие кусочки магнита сначала отжигают несколько минут в окислительном пламени. При этом металлы частично окисляются. (Конечно, лучше если на эти крошки магнита капнуть каплю любой кислоты — азотной, соляной). Берут проволочку с перлом и захватывают перлом немного частиц отожженного магнита и снова прокаливают (стеклышко снова плавиться).
После охлаждения полученного перла рассматривают его в проходящем свете.
Окраску смотрят в соответствии с таблицей.
Н.Алексеев. Курс качественного химического полумикроанализа. Химия, Москва, 1973
Миниатюрные постоянные магниты можно будет печатать на 3D-принтере
6 октября, 2022 12:46
Источник: пресс-служба УрФУ
Ученые УрФУ и УрО РАН определяют оптимальные условия 3D-печати постоянных магнитов из магнитотвердых соединений на основе редкоземельных металлов. Это позволит запустить мелкосерийное производство магнитов, придавать им любые формы в процессе изготовления и создавать сложные конфигурации магнитов. Такие магниты подойдут для миниатюрных электродвигателей и электрогенераторов, на которых работают кардиостимуляторы. Кроме того, данная технология минимизирует производственные отходы и имеет более короткий производственный цикл.
Описание метода и результаты эксперимента представлены в журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Технология 3D-печати на 30 % сокращает время производства магнитов. Фото: Оксана Мелещук, пресс-служба УрФУ
Создание сложных и мелких магнитов является непростой научной и технической задачей, однако они востребованы в различных специализированных приложениях, в первую очередь, медицинских. Одним из наиболее перспективных способов создания деталей сложной формы из магнитотвердых материалов является 3D-печать. Уральским ученым удалось определить оптимальные параметры 3D-печати постоянных магнитов методом селективного лазерного спекания. Это метод аддитивного производства, в котором магнитный материал в виде порошка послойно спекается в объемное изделие заданной формы по заранее созданной 3D-модели.
Такая технология позволяет изменять внутренние свойства магнита почти на всех этапах производства. Например, изменять химический состав соединения, степень пространственной ориентации кристаллитов и кристаллографической текстуры, влиять на коэрцитивную силу (устойчивость к размагничиванию).
«Производство маленьких магнитов — сложная задача. Сейчас их создают только путем разрезания большого магнита на части, из-за механической обработки около половины использованного материала превращается в мусор. Также при резке вносится большое количество дефектов в приповерхностный слой, из-за чего свойства магнита экстремально ухудшаются. Аддитивные технологии позволяют избежать этого и делать сложные магниты, например, с одним северным полюсом и двумя пространственно разнесенными южными или магнит с пятью южными и пятью северными полюсами сразу. Подобные конфигурации необходимы для кардиостимуляторов, в которых собрать ротор для электродвигателя из отдельных магнитов можно разве что под микроскопом», — поясняет доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Дмитрий Незнахин.
Сейчас ученым удалось изготовить тонкие, порядка одного миллиметра, постоянные магниты, свойства которых были схожи с промышленно выпускаемыми магнитами. Основой послужил порошок, содержащий самарий, цирконий, железо и титан. Соединение обладает подходящими характеристиками для постоянных магнитов, однако традиционные способы изготовления лишают соединение большей части свойств. Поэтому ученые решили проверить, удастся ли сохранить свойства с помощью новой технологии.
«При создании постоянных магнитов на основе данных соединений традиционными способами свойства готовых изделий далеки от теоретически предсказываемых. Мы выяснили, что при спекании образца добавление легкоплавкого порошка из сплава самария, меди и кобальта позволяет сохранить магнитные характеристики основного магнитного порошка. Этот сплав плавится при температурах более низких, чем изменяются свойства основного сплава, поэтому итоговый материал сохраняет коэрцитивную силу и плотность», — добавляет Дмитрий Незнахин.
В настоящий момент ученые устанавливают основные закономерности формирования микроструктуры и магнитных свойств магнитотвердых материалов, определяют, какие из магнитных материалов могут быть использованы для изготовления постоянных магнитов с использованием метода лазерного спекания. В том числе проверяют, как метод спекания влияет на свойства другой известной основы для магнитов — сплава неодима, железа и бора. Следующим этапом работы будет изготовление объемных постоянных магнитов, пригодных для практического приложения. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Теги
Президентская программа, Физика и космос, Молодежные группы
Укажите химическую формулу магнита.
Последняя обновленная дата: 27 января 2023
•
Общее представление: 166,5K
•
Просмотр сегодня: 4,60K
Ответ
Проверено
166,5K+ виды
HINT: 202020202 166K+
HINT: 20202020202 предмет или вещество, создающее магнитное поле.
Это магнитное поле невидимо, но оно отвечает за самое замечательное свойство магнита: силу, которая притягивает или отталкивает другие ферромагнитные элементы, такие как железо, сталь, никель, кобальт и другие. Постоянный магнит — это предмет, изготовленный из намагниченного материала, который создает собственное постоянное магнитное поле.
Полный ответ:
Магнетит — это минерал и одна из наиболее важных железных руд с химической формулой $ F{{e}_{3}}{{O}_{4}} $ . Это ферримагнитный оксид железа, который притягивается к магнитам и может намагничиваться, образуя постоянный магнит. С химической формулой $ F{{e}_{3}}{{O}_{4}} $ магнетит является минералом и одной из самых важных железных руд. Это ферримагнетик и один из оксидов железа; он притягивается к магнитам и может быть намагничен для создания постоянного магнита. Он обладает самыми сильными магнитными свойствами среди всех встречающихся в природе минералов на планете. Свойство магнетизма было первоначально признано древними людьми, когда естественные магнитные частицы магнетита, известного как магнитный камень, притягивали крошечные кусочки железа.
Магнетит имеет металлический блеск, черный или коричневато-черный цвет, имеет твердость по шкале Мооса 5–6 и оставляет черную полосу. В магматических и метаморфических породах преобладают мелкие зерна магнетита. Оксид железа (II, III) — это обозначение ИЮПАК, а оксид железа — это обычное химическое название. Магнетит можно найти в осадочных породах, таких как полосчатые образования железа, а также в озерных и морских отложениях в виде обломочных зерен и магнитофоссилий, помимо магматических пород. Предполагается, что наночастицы магнетита развиваются в почвах, где они быстро окисляются до маггемита.
Примечание:
Магнитный компас впервые был выполнен с магнитным магнитом. Палеомагнетизм, исследование, имеющее решающее значение для понимания тектоники плит и предоставления исторических данных для магнитогидродинамики и других научных областей, в значительной степени опирается на магнетит. Взаимодействие магнетита с другими минералами оксида железа, включая ильменит, гематит и ульвошпинель, было тщательно исследовано; реакции этих минералов с кислородом влияют на то, как и когда магнетит регистрирует магнитное поле Земли.
Недавно обновленные страницы
В Индии по случаю бракосочетания фейерверк 12 класса химии JEE_Main
Щелочноземельные металлы Ba Sr Ca и Mg могут быть организованы 12 класса химии JEE_Main
Что из следующего имеет самый высокий электродный потенциал Химический класс 12 JEE_Main
Что из следующего является истинным пероксидом A rmSrmOrm2 Химический класс 12 JEE_Main
Какой элемент обладает наибольшим радиусом атомов Химический класс 11 JEE_Main
Фосфин получают из следующей руды А Кальций класса 12 по химии JEE_Main
В Индии по случаю бракосочетания фейерверков класс 12 по химии JEE_Main
Щелочноземельные металлы Ba Sr Ca и Mg могут быть отнесены к классу 12 по химии JEE_Main
Что из следующего имеет самый высокий электродный потенциал 12 класса химии JEE_Main
Что из перечисленного является истинным пероксидом A rmSrmOrm2 12 класса химии JEE_Main
Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом А класса 11 химии JEE_Main
Фосфин получают из следующей руды А Кальций класса 12 химический JEE_Main
Тенденции сомнений
Магнит — CAMEO
Описание
Материал или объект, создающий магнитное поле.
Это магнитное поле невидимо, но оно отвечает за наиболее заметное свойство магнита: силу, которая притягивает другие ферромагнитные материалы, такие как железо, и притягивает или отталкивает другие магниты (Википедия, 2019 г.).). Магниты могут включать железо, никель и кобальт и их сплавы, некоторые сплавы редкоземельных металлов и некоторые природные минералы, такие как магниты. Ферромагниты различной силы могут быть полезны для хранения и поддержки. Редкоземельные магниты, такие как неодим-железо или самарий-кобальт, представляют собой сверхпрочные материалы, использование которых исследуется для временного, но все же прикрепления произведений искусства, рам, креплений и опор.
Применения
- Магнитные крепления: Подробная информация на AIC Wiki.
- Материалы для магнитной записи (диски и ленты)
- Магнитные идентификационные полоски
Риски
- Магниты из редкоземельных металлов чрезвычайно сильны. Обращайтесь с ними осторожно, так как они могут летать вместе и прищемить пальцы и предметы искусства (AIC Wiki).
