Постоянный магнит

Слабые постоянные магниты часто встречаются в природе в железной руде (магнетит, оксид железа ${\displaystyle {\text{Fe}}_{3}{\text{O}}_{4}}$, который на поверхности может быть намагничен, например электрическими токами при ударах молнии). Образец магнитного железняка показан на рис. 2.

Открытие плавления железа привело к созданию 1-го искусственного постоянного магнита – стальной иглы. В настоящее время размеры, форма, цена, тип покрытия, количество пар полюсов, важнейшие энергетические характеристики [максимальное энергетическое произведение ${\displaystyle (BH)_{\text{max}}}$ (${\displaystyle B}$ и ${\displaystyle H}$ – индукция и напряжённость магнитного поля соответственно; чем больше эта величина, тем более мощным является магнит)], устойчивость к размагничиванию (коэрцитивная сила) и направление намагниченности могут существенно отличаться и в значительной степени зависят от марки МТМ и решаемой технической задачи. Бурное развитие технологии производства МТМ только за последнее столетие привело к увеличению ${\displaystyle (BH)_{\text{max}}}$ в 100 раз – до 54 МГс∙Э (рис. 3). Это позволило пропорционально уменьшить размер и массу самих постоянных магнитов и устройств на их основе.

Современные технологии производства МТМ направлены не только на улучшение энергетических характеристик МТМ (например, за счёт уменьшения размера зерна), но и на снижение весового содержания дорогостоящих элементов (как за счёт изменения технологии производства, например применения поверхностной диффузии диспрозия в постоянных магнитах марки ${\displaystyle {\text{NdFeB}}}$, так и за счёт замещения неодима более дешёвым церием). Теоретические расчёты показывают, что в будущем нанокомпозитные постоянные магниты могут как целиком состоять из МТМ, так и иметь включения из магнитомягких материалов, позволяя достичь величины ${\displaystyle (BH)_{\text{max}}=120}$ МГс∙Э (Skomski. 1993).

Традиционные технологии производства основных МТМ (самарий – кобальт, альнико, ферриты и др.) хорошо отработаны (см., например, Strnat. 1988^[3]). Однако следует различать технологии производства МТМ и самих постоянных магнитов. Так, современное производство МТМ марки ${\displaystyle {\text{NdFeB}}}$ включает, помимо традиционных переделов (стадий получения), такие новые переделы, как стрип-каст и водородное охрупчивание, в то время как массовое производство постоянных магнитов невозможно без высокопроизводительных автоматизированных линий по шлифованию (до 10 магнитов в минуту), нанесению многослойного покрытия (до 5 различных слоёв) для защиты от коррозии и намагничивания.

Постоянные магниты используются в составе источников магнитного поля и магнитных систем, которыми могут создаваться не только постоянные, но и переменные магнитные поля (например, генераторы магнитного поля, работающие на принципе вращающихся магнитных сборок Хальбаха с амплитудой до 2 Тл и частотой до 7 Гц) (Патент №–2466491). Поскольку промышленность производит не только двухполюсные, но и многополюсные (включая спечённые постоянные магниты и магнитопласты), то характер создаваемых ими распределений магнитных полей и их градиентов, например в магнитопроводах или воздушных зазорах, может иметь чрезвычайно сложный вид.

В настоящее время без постоянных магнитов невозможно производство таких устройств, как электрогенераторы и электроприводы с предельными удельными и массогабаритными характеристиками (например, ветрогенератор, выпускаемый компанией «Red Wind» на заводе в г. Волгодонск, содержит более 3 т постоянных магнитов марки ${\displaystyle {\text{NdFeB}}}$), мобильные телефоны, роботы, устройства автоматики, низкополевые магнитные томографы и др. Спектр областей применения и объёмы выпуска постоянных магнитов увеличиваются до 10 % ежегодно.