Бариевые магниты « Попаданцев.нет

Бариевые магниты

Тут проскакивало мнение, что так как попаданцу не светит получить материал для хорошего стального магнита, то пусть он делает феррито-бариевые постоянные магниты.

Ну что же, давайте одним глазком посмотрим на технологию их изготовления…

Вообще, идея использовать оксиды того же железа как магнитный материал висит в воздухе.
Магниты из оксидов, во-первых много дешевле — не нужны дорогие вольфрам, молибден или же никель. Кроме того, оксиды имеют слабую электропроводность, что дает магниту много плюсов (особенно для высокочастотных применений, хотя не понятно, насколько попаданцу это надо). Главный минус — они как магниты будут послабее стальных, но при их цене можно взять количеством.

На практике из всех оксидов железа применяется только гексаферрит бария BaFe12O19.
Судя по формуле, дефицитом для попаданца может оказаться только сам барий, как химический элемент.
Но получение бария не настолько сложно (по крайней мере оксида бария). Главная задача — найти бариевую руду, барит или «тяжелый шпат». Барий это относительно недорогой материал, порядка $30 за кг , из него делают даже утяжелители буровых растворов. Соединения металла ядовиты, смертельная доза 0.9 г. Но до токсичность той же ртути барию далеко (да и кумулятивного эффекта нет).
К тому же — нам не нужен чистый барий (что необходимо, к примеру, для геттера), достаточно, к примеру, карбоната бария BaCO3 или пероксида бария BaO2.

Итак, поехали.
Главный процесс тут — ферритизация, то есть не столько получение самого гексаферрита, сколько выращивание в расплаве микроскопических кристаллов гексаферрита, которые и являются основой магнитных доменов.
Шихта для ферритизации — смесь карбоната бария, пероксида бария, борной кислоты, и в небольших количествах каолина (от 0.5 до 1.5%). Каолин препятствует нежелательному росту зерен.

Сама ферритизация проводится при температуры 1100-1200oC в течении шести часов. Но желательно это делать при 1300-1400oC, чтобы остаточная магнитная индукция была выше.

Могу напомнить, что при этих температурах железо выгорает (про барий молчу). Поэтому методов нагрева куча и все они весьма непростые. Вот как вам — нагрев шихты путем облучения пучком электронов? Зато можно обойтись температурой 980oC!

Итак, мы получили брикеты гексаферрита бария. Это еще далеко не магниты. Сначала из разбивают и в шаровых мельница измельчают до сверхтонкого состояния. Последний этап — мокрый помол производят в аттриторах в течении 6-8 часов. Цель — получение частиц размером 0.3 — 0.5 микрометра. А так как у нас в мокром помоле 40 литров воды на 60 кг порошка, то получаем такой себе шликер, который должен отстояться несколько суток. Воду сливаем и получить пасту с 30-40% воды.

Ну что же — из этой пасты можно прессовать магнит.
Вроде бы — последняя стадия и не слишком сложная, всего лишь прессование. Но тут мы имеем самый основной менингит для попаданца. Хотя к давлению пресса требования невысокие — всего порядка 1-2 тонн на сантиметр, тут даже без гидравлики легко можно обойтись, при небольших магнитах достаточно ручного рычажного пресса.

Проблема в другом — пресс должен иметь подмагничивающую систему, потому что прессование должно идти в магнитном поле.
Для этого пресс имеет катушки, по которым в момент прессования пускают постоянный ток. Эти катушки вместе пуансонами и пресспорошком образовывают замкнутую магнитную цепь, поэтому верхний и нижний пуансон делают из магнитомягкой стали (что само по себе интересная задача), а матрицу пресс-формы из неферромагнитной стали (задача еще интереснее).

В момент прессования по катушкам пропускают ток порядка 10А, что дает магнитное поле 2 — 3 тысячи эрстед. В этот момент частицы феррита поворачиваются вдоль поля осями легкого намагничивания. Затем давление увеличивается и вместе с ним увеличивается ток — чтобы к концу прессования магнитное поле было порядка 6-10 тысяч эрстед.

При этом технология прессования очень неустойчивая. От плотности результата прессовки зависят все основные свойства магнитов — и манитная проницаемость, и коэрцитивная сила, и намагниченность насыщения.
А прессуем мы не просто порошок, а суспензию с водой.
Поэтому в реальной жизни там стоит компьютер, который все рассчитывает. Он отмеряет суспензию по объему и весу и постоянно ее перемешивает. Тут важна каждая мелочь и я плохо представляю, сколько лет потребуется попаданцу для доведения этой одной-единственной технологии.

В общем — оксидно-бариевые магниты это плохая идея.
Они будут доступны только тогда, когда разовьется металлургия (паровозы уже будут быстро бегать) и электротехника (генераторы на электромагнитах будут освещать улицы). Поэтому такие магниты могут пригодится попаданцу только для того, для чего и используются в настоящем мире — например, при магнитной звукозаписи…

4 комментария Бариевые магниты

  • slav

    М-да, электромагнит будет забодяжить проще, дешевле и быстрее.

  • dan14444

    Тут описаны хайтечные технологии. Явно можно проще и грубее. Но сама идея поиска бария — не попаданческая, логистической инфраструктуры нет.

    Копать надо на спекание Fe3O4, на мой взгляд. С магнитными свойствами раза в 2-3 хуже бариевых.

  • Taras

    А нафига на электростанции барий? Проблема качества магнитов снимается вспомогательным генератором. Он маломощный и к качеству магнитов не требователен. А если ещё и ему намотать обмотки возбуждения и запитать их от него же, то лишь бы полностью не размагнитился. От остаточного поля запускать, а дальше питать обмотки возбуждения его же током до насыщения сердечников. Ну а если размагнитится, то повторно намагнитить, запитав эти же обмотки от свинцового аккумулятора, потом запустить и от этого же генератора зарядить аккумулятор. Ток он потребляет не большой, так что стартовый аккумулятор у него тоже маленький и большая мощность для его заряда не нужна. А при первом запуске обмотки возбуждения запитать от багдадской батареи и после запуска переключиться с неё на свинцовый аккумулятор, чтоб первый раз его зарядить. Вот в аналоговых измерительных приборах нужны качественные магниты со стабильным полем и не боящиеся вибраций.

  • Taras

    Хорошие постоянные магниты по-настоящему нужны только в основанных на взаимодействии тока с магнитными полем электроизмерительных приборах, магнитных подвесах, поляризованных реле, магнитных компасах и магнитном зацеплении. В любом другом применении они отлично заменяются электромагнитами. Даже генераторы на электростанциях имеют обмотки возбуждения, питаемые от вспомогательных генераторов, которым хорошие магниты нафиг не нужны. Во-первых их скромную мощность да ещё при их внушительных размерах можно выжать и из дряных магнитов. А во-вторых можно поверх постоянных намотать обмотки возбуждения, запитав их от тех же самых генераторов и тогда им лишь бы запуститься: как генератор на постоянных магнитах вспомогательный генератор только начинает вырабатывать ток и сразу переходит в режим генератора с самовозбуждением что ли и этими же обмотками ещё и подмагничивает использованные в качестве сердечников обмоток постоянные магнмиты, чем больше напряжение, тем больше ток обмоток, чем больше ток возбуждения, тем сильней поле, чем сильней поле, тем опять больше напряжение. И так до насыщения статора. При простое размагнится? Плевать, не до ноля же. Вот если в амперметре размагничивающийся магнит, тогда беда, его показанием просто нельзя будет доверять. Магнитное зацепление — редкость. Магнитные подвесы? Пассивные магнитные подшипники даже сейчас только разрабатываются, то есть технология точно не попаданческая даже при наличии магнитов, а в активных юзаются всё те же электромагниты. Измерительному же прибору не нужно сильное поле, ему нужно стабильное поле. Поэтому качество магнитов следует оценивать по единственному критерию — на сколько стабильно их поле. Не размагничивается от вибраций и просто с течением времени — уже хорош.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>