סיווג חומרים מגנטיים

1.1.1. סיווג לפי המבנה הפנימי ותכונותיו בשדה המגנטי החיצוני

בהתאם לעוצמת התכונות המגנטיות של החומר בשדה המגנטי החיצוני, הוא מחולק לחומרים דיאמגנטיים, חומרים פרמגנטיים, חומרים פרומגנטיים, חומרים אנטיפרומגנטיים וחומרים תת-פרומגנטיים. רוב החומרים הם דיאמגנטיים ופרמגנטיים, ומגיבים חלש לשדות מגנטיים חיצוניים; חומרים פרומגנטיים ופרומגנטים הם חומרים מגנטיים חזקים, וחומרים מגנטיים נקראים בדרך כלל חומרים פרומגנטיים.

(1) חומרים פרומגנטיים

חומרים פרומגנטיים מתייחסים לחומרים בעלי חוזק מגנטיזציה ברור וכיוון מגנטיזציה תחת הפעולה של שדות מגנטיים חיצוניים. חומרים פרומגנטיים כוללים מתכות כמו ברזל, קובלט, ניקל, וחומרים סינתטיים כמו פריט ונאודימיום-ברזל-בורון.

(2) חומרים דיאמגנטיים

חומרים דיאמגנטיים מתייחסים לחומרים שאין להם חוזק מגנטיזציה ברור וכיוון מגנטיזציה תחת הפעולה של שדות מגנטיים חיצוניים. חומרים דיאמגנטיים כוללים נחושת, כסף, זהב ומתכות נוספות, וכן אלומיניום, ברזל, מגנזיום וסגסוגות נוספות.

(3) חומרים פרמגנטיים

חומרים פרמגנטיים כוללים ברזל, ניקל, כרום ומתכות נוספות, וכן תחמוצת ברזל, תחמוצת כרום וחומרים סינתטיים נוספים. חומרים פרמגנטיים הם בעלי מגנטיות חזקה אך יציבות נמוכה, והם מושפעים בקלות מטמפרטורה ושדה מגנטי

1.1.2. מסווג לפי תכונות מגנטיות

לפי תכונות מגנטיות, ניתן לחלקו לחומרים מגנטיים רכים, חומרים מגנטיים קשים וחומרים מגנטיים מומנטיים.

(1) חומרים מגנטיים קשים

חומרים מגנטיים קשים, הידועים גם כחומרים מגנטיים קבועים, מתייחסים לחומרים שיכולים לשמור על מגנטיות שאריתית חזקה לאחר שהשדה המגנטי החיצוני ממוגנט והשדה המגנטי החיצוני הוסר. יש לו כפייתיות חזקה, חוזק מגנטיזציה שאריתי גבוה, נפח מגנטי גדול, לולאת היסטרזיס רחבה, צפיפות שטף מגנטי שאריתי גבוהה ויציבות גבוהה. חומרים מגנטיים קשים כוללים בעיקר חומרים מגנטיים קשים מאדמה נדירה, חומרים מגנטיים קשים ממתכת, חומרים מגנטיים קשים לפריט, והנפוצים ביותר הם מגנטים חזקים עם בורון ניאודימיום ומגנטים פריט. חומר מגנטי NdFeB הוא סגסוגת של ניאודימיום, תחמוצת ברזל ועוד, הידועה גם כמגנט, שהיא התוצאה האחרונה של פיתוח חומרים מגנטיים קבועים נדירים מהארץ נדירה. מגנטים של פריט מיוצרים בשיטת מתכת אבקה, עם שארית נמוכה וחדירות התאוששות נמוכה. יש לו כוח כפייה גבוה ויכולת אנטי-מגנטיזציה חזקה.

(2) חומרים מגנטיים רכים

הפונקציה העיקרית של חומרים מגנטיים רכים היא המרה והעברת מוליכות מגנטית ואנרגיה אלקטרומגנטית, מה שדורש חדירות מגנטית גבוהה, חוזק השראה מגנטי גבוה, לולאת היסטרזיס צרה ואובדן מגנטי קטן. בהשוואה לחומרים מגנטיים קשים, יש לו פחות כפייה ולולאת היסטרזיס צרה יותר. חומרים מגנטיים רכים כוללים בעיקר ברזל טהור ופלדת פחמן, סגסוגות ניקל-ברזל, חומרים קרמיים מגנטיים, סגסוגות אמורפיות, חומרים מגנטיים רכים ננו-גבישיים, והנפוצים ביותר הם ליבות אבקה מגנטית וליבות ברזל לא מלופפות. ביניהם, ליבת אבקת הברזל כוללת ליבת אבקת ברזל, ליבת אבקת אלומיניום מברזל-סיליקון, ליבת אבקת אבקת זרם מגנטי גבוה, ליבת אבקת סגסוגת פומו, ליבת פרייט; ליבת הסליל כוללת בעיקר לוחות פלדת סיליקון, סגסוגות פומו, סגסוגות אמורפיות וננו-גבישיות.

1.1.3. מבוא לסיווג ליבות חלקיקים מגנטיות

ליבת אבקת מגנטית היא חומר מגנטי רך העשוי מאבקה פרומגנטית המעורבת ולחוצה עם מדיום מבודד. מכיוון שהחלקיקים הפרומגנטיים קטנים מאוד ומופרדים על ידי חומרים מבודדים חשמליים שאינם מגנטיים, מצד אחד הם יכולים לבודד זרמי מערבולת, והחומר מתאים לתדרים גבוהים יותר. מצד שני, בשל אפקט המרווח בין החלקיקים, לחומר יש חדירות נמוכה ומוליכות מגנטית קבועה, ובגלל גודל החלקיקים הקטן כמעט ואין אפקט הצטברות של העור, והשינוי בחדירות עם התדירות הוא יציב יחסית. תכונות המגנטו-אלקטריות של ליבת החלקיקים המגנטית תלויות בעיקר בחדירות חומר האבקה, בגודל וצורת חלקיקי האבקה, במקדם המילוי, בתכולת החומר המבודד, בלחץ העיצוב, בתהליך הטיפול בחום ועוד. ישנן שלוש ליבות אבקה מגנטית נפוצות: ליבת אבקת ברזל, אבקת סגסוגת פומו, וליבת אבקת אלומיניום מברזל-סיליקון.

(1) ליבת אבקת ברזל

ליבת אבקת הברזל הנפוצה מורכבת מאבקה פרומגנטית מבוססת פחמן ושרף מבוססת פחמן, שהיא המחיר הנמוך ביותר מבין ליבות האבקה. ערך עוצמת האינדוקציה המגנטית הרוויה הוא כ-1.4T, והחדירות נעה בין 22 ל-100. החדירות ההתחלתית יציבה עם תדירות. ביצועי סופרפוזיציה DC טובים; עם זאת, האובדן גדול בתדרים גבוהים.

(2) ליבת אבקת סגסוגת פומו

ליבות אבקת סגסוגת פומו כוללות בעיקר ליבת אבקה מסגסוגת פומו מאלומיניום (MPP) וליבת אבקת פלקס מגנטי גבוה. ערך חוזק ההשראה המגנטית הרוויה של MPP הוא כ-7500GS; טווח חדירות של 14-550, הפסדים נמוכים ביותר בין ליבות אבקה, ויציבות טמפרטורה מצוינת. ערך חוזק ההשראה המגנטית הרוויה של ליבת אבקת הזרם הגבוה הוא כ-15000GS; טווח חדירות 14-160, חוזק השראה מגנטית גבוה ביותר, יכולת הטיית DC הגבוהה ביותר בין ליבות אבקה, וגודל ליבה קטן.

(3) ליבת אבקת אלומיניום מברזל-סיליקון

ליבת אבקת אלומיניום מברזל-סיליקון היא בעיקר תחליף לליבת אבקת ברזל, האובדן נמוך ב-80% מזו של ליבת אבקת ברזל, ניתן להשתמש בו בתדרים מעל 8KHz, השראות המגנטית הרוויה היא כ-1.05T, טווח החדירות המגנטית הוא 26-125, מקדם המגנטוסטריקטיב קרוב לאפס, ואין יצירת רעש בעבודה בתדרים שונים. יכולת הטיית DC גבוהה יותר מ-MPP ליחס מחיר לביצועים הטוב ביותר.