دنیای آهنربا ها

آهنربا ها اشیای جذابی هستند که قرن ها مورد استفاده انسان ها بوده است. آنها دارای توانایی منحصر به فرد برای جذب مواد خاصی مانند آهن، نیکل و کبالت هستند. در حالی که آهنربا ها معمولاً در زندگی روزمره ما یافت می شوند، تعداد کمی از مردم روش های ساخت آنها را می دانند. این مقاله روش‌های مختلف مورد استفاده برای ساخت آهنربا را بررسی می ‌کند، از استفاده مواد طبیعی تا ترکیب فرآیندهای صنعتی پیشرفته.

منشاء آهنربا ها

• سنگ های طبیعی

یکی از اولین روش‌ های ساخت آهنربا ، استفاده از کانی‌ های مغناطیسی طبیعی بود. تمدن‌ های باستان سنگ‌ هایی مانند لودستون را جمع‌ آوری می‌ کردند که شکل طبیعی مغناطیسی مگنتیت است. این سنگ‌ ها در مجاورت با سنگ‌ های دیگر یا قطعات آهن مغناطیسی می‌ شدند که منجر به ایجاد قطب‌ نماهای ساده برای اهداف ناوبری شد.

• روش القایی

در اواخر قرن 18، کشف الکترومغناطیس انقلابی در زمینه مغناطیس ایجاد کرد. دانشمندان دریافتند که با عبور جریان الکتریکی از طریق سیمی که به دور یک هسته آهنی پیچیده شده است، می توان یک آهنربای موقت ایجاد کرد. این روش که به عنوان القای الکترومغناطیسی شناخته می شود، اکنون به طور گسترده برای ساخت آهنرباهای موقتی استفاده می شود که می توانند با استفاده از جریان الکتریکی روشن یا خاموش شوند.

اختراع ژنراتور الکتریکی در قرن 19 روش‌های ساخت آهنربا را بیشتر کرد. ژنراتورها از مجموعه ای دوار از آهنربا های قدرتمند تشکیل شده اند که توسط سیم پیچ هایی از سیم احاطه شده اند. همانطور که آهنربا ها می چرخند، جریان الکتریکی را در سیم القا می کنند و میدان الکترومغناطیسی تولید می کنند. از این میدان می توان برای ایجاد آهنرباهای قوی تر، مانند آهنرباهای موجود در بلندگوها و موتورهای الکتریکی استفاده کرد.

• تَف جوشی

روش دیگری که برای ساخت آهنربا استفاده می شود از طریق فرآیندی به نام تف جوشی است. این روش صنعتی شامل مواد مغناطیسی پودری است که به شکل دلخواه فشرده می شوند و سپس تا دمای بالا گرم می شوند. هنگامی که ذرات به یکدیگر متصل می شوند، یک آهنربای جامد با خواص مغناطیسی قوی تشکیل می دهند. تف جوشی (Sintering) معمولاً برای ساخت آهنربا های دائمی موجود در دستگاه ها و ماشین آلات الکترونیکی مختلف استفاده می شود.

•  ریخته گری

فرآیند ریخته‌ گری می ‌تواند برای تولید آهنربا استفاده شود. در این روش مواد مغناطیسی مذاب را در قالب ریخته و اجازه می دهند سرد و جامد شود. پس از سرد شدن، مواد جامد شده شکل آهنربای مورد نظر را به خود می گیرند. ریخته گری معمولاً برای تولید آهنربا هایی با اشکال و اندازه های پیچیده، از جمله آهنربا هایی که در دستگاه های تصویربرداری پزشکی مانند دستگاه های MRI استفاده می شود، استفاده می شود.

• فرایند مغناطیسی

آهنربا ها را می توان از طریق فرآیندی به نام مغناطیسی ایجاد کرد. در این روش ماده ای با خواص مغناطیسی مانند آهن یا فولاد در معرض میدان مغناطیسی خارجی قوی قرار می گیرد. میدان مغناطیسی حوزه های مغناطیسی درون ماده را تراز می کند و آن را مغناطیسی می کند. فرایند مغناطیسی را می توان بر روی اشیاء مختلف انجام داد، از میخ های آهنی کوچک گرفته تا اجزای بزرگتر ماشین آلات.

• پوشش اسپین

یکی دیگر از روش های جذاب ساخت آهنربا، استفاده از فناوری پوشش اسپین است. این تکنیک شامل حل کردن یک ماده مغناطیسی در یک محلول و چرخاندن آن روی یک بستر با سرعت بالا است. همانطور که محلول خشک می شود، یک لایه نازک از مواد مغناطیسی بر روی بستر باقی می ماند و یک آهنربا ایجاد می کند. پوشش اسپین اغلب در تولید آهنربا های کوچک مورد استفاده در الکترونیک و دستگاه های میکرو استفاده می شود.

• چاپ سه بعدی

علاوه بر این، روش‌های مدرن‌ تر ساخت آهنربا شامل ساخت افزودنی است که معمولاً به عنوان چاپ سه بعدی شناخته می‌شود. این تکنیک امکان ایجاد هندسه های پیچیده آهنربایی را فراهم می کند که قبلاً غیرقابل دستیابی بودند. با قرار دادن لایه‌ های مواد مغناطیسی در یک زمان، پرینت سه بعدی امکان تولید آهنربا های سفارشی با خواص مغناطیسی متفاوت را فراهم می‌کند.

در سال های اخیر، پیشرفت در فناوری و مواد منجر به توسعه آهنربا های کمیاب شده است. این آهنربا ها، از جمله آهنربا های نئودیمیوم و ساماریوم-کبالت، از عناصر کمیاب خاکی ساخته شده اند و دارای خواص مغناطیسی بسیار قوی تری هستند. فرآیند تولید آهنربا های خاکی کمیاب شامل خرد کردن مواد خام به پودر ریز، مخلوط کردن آنها و سپس قرار دادن آنها در معرض فرآیند تف جوشی در دمای بالا است.

نتیجه

در طول زمان به طور قابل توجهی روش های ساخت آهنربا تکامل یافته اند , از استفاده از کانی‌های مغناطیسی طبیعی گرفته تا فرآیندهای صنعتی پیشرفته مانند پخت، ریخته‌گری و چاپ سه بعدی، بسته به خواص و کاربرد آهنربای مورد نظر، تکنیک‌های متعددی برای دسترسی به آهنربا ها وجود دارد. آهنرباها نقش مهمی در زندگی روزمره ما دارند و درک روش های مختلف مورد استفاده برای ایجاد آنها به ما این امکان را می دهد تا اهمیت آنها را بیشتر درک کنیم.