Uyarılma ihtiyacı olmadan manyetik alan üreten malzemelere kalıcı mıknatıs veya sürekli mıknatıs denir. Kalıcı mıknatıslar genelde demir, nikel ve kobalt gibi elementlerin alaşımlarından oluşturulmaktadırlar. Büyük B-H eğrilerine, yüksek kalıcı akı yoğunluğu ve yüksek mıknatıslanmayı giderici kuvvete sahiptirler. Kalıcı akı yoğunluğunun yüksek olması sebebiyle mıknatıslar, manyetik devrenin hava aralığından daha yüksek seviyede olan manyetik alanı desteklemesini sağlamaktadır.
Rüzgar türbinleri, elektrik motorları, sensörler ve manyetik anahtarlama sistemlerine kadar, kalıcı mıknatısların birçok elektrik uygulaması vardır. Kalıcı mıktanıslar mekatronik cihazların önemli bileşenleridir. Kalıcı mıknatıs üretimi genellikle sinterleme veya enjeksiyon kalıplama yöntemleri ile yapılmaktadır. Ancak, elektroniklerin artan minyatürizasyonu ve titizlik gerektiren özellikleri nedeniyle bu geleneksel üretim yöntemleri düşüşe geçiyor. Bununla birlikte, 3-D yazıcılar olarak adlandırılan katkı üretim teknolojileri gerekli şekil esnekliğini sunarak, söz konusu uygulamanın taleplerine göre uyarlanmış mıknatısların üretimini sağlamaktadır.
3 Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Kalıcı Mıknatıs
Nürnberg Üniversitesi’nde yer alan bir araştırma ekibi, Graz Teknoloji Üniversitesi, Viyana Üniversitesi ve Joanneum Araştırma Kurumu araştırmacılarıyla birlikte 3 boyutlu bir yazıcı kullanarak özel olarak tasarlanmış mıknatıslar üretmek için çalışmalar gerçekleştirdi. 3 boyutlu yazıcı teknolojisi ile üretilen kalıcı mıknatısların daha kolay tasarlanabilmesi ve daha uygun tasarımlara sahip olabilmesi ekipleri bu çalışmaya iten en önemli sebeptir.
Araştırma ekibi lazer tabanlı 3 boyutlu baskı teknolojisi yardımıyla kalıcı mıknatıslar üretmeyi başardı. Yöntem, katmanlara uygulanan ve parçacıkları bağlamak için eritilen ve tamamen metalden yapılmış bileşenlere neden olan manyetik malzemenin toz haline getirilmiş bir formunu kullanarak gerçekleştirildi. Ekip mıknatısların mikro yapılarını kontrol etmeyi başarırken, yüksek bağıl yoğunluğa sahip mıknatısları 3-D yazıcılar ile üretebileceklerini de belirtti.
Araştırma grubunun ilk odak noktası neodyum mıknatıslarının üretilmesiydi. Bu mıknatıslar kimyasal özellikleri nedeniyle, bilgisayarlar ve akıllı telefonlar da dahil olmak üzere birçok uygulama da önemli bileşenlerdir. Ayrıca birçok güçlü kalıcı mıknatıs için temel olarak kullanılır. Elektrikli frenler, manyetik anahtarlar ve bazı elektrik motor sistemleri gibi diğer uygulamalarda, neodyum mıknatısları çok güçlü oldukları için kimi zaman tercih de edilmemektedir.
Demir ve Kobalt Mıknatısları
TU Graz Malzeme Bilimi Enstitüsü’nde doktora öğrencisi olan Siegfried Arneitz ise , şimdiye kadar elde edilen sonuçlara dayanarak 3-D baskılı mıknatıslara yönelik araştırmalarına devam etmektedir. Demir ve kobalt mıknatısları üzerine çalışmalar yapan Arneitz, bu malzemelerin neodyum mıknatıslara karşı daha iyi bir alternatif olduğunu savunmaktadır. Neodyum mıknatısları geri dönüştürülebilirlik açısından demir ve kobalt kadar iyi değildir. Bu sebepten dolayı demir ve kobalt mıknatısları çevreye daha az zarar verecektir.
Ayrıca neodyum gibi nadir toprak metalleri, manyetik özelliklerini daha yüksek sıcaklıklarda kaybederken, özel Fe-Co (Demir-Kobalt) alaşımları manyetik performansını 200 ° ile 400 °C sıcaklıklarında korur ve iyi sıcaklık kararlılığı gösterir. Arneitz, teorik hesaplamaların, bu malzemelerin manyetik özelliklerinin iki veya üç faktörle geliştirilebileceğini gösterdiğini belirmiştir. Konu hakkında diğer üniversiteler ile çalışmaya devam edeceklerini belirten Arneitz, çok güçlü olmasından dolayı bazı uygulamalarda tercih edilmeyen neodyum mıknatıslarının yerine 3-D yazıcıların da katkısıyla farklı alaşımlar üzerinde çalışmalar yapacaklarını da belirtmiştir.
Kaynak
https://phys.org/news/2020-01-sustainable-3d-printed-super-magnets.html
Yorumlar