نرم مقناطیسی مواد کی مختصر تاریخ

جب سے مائیکل فیراڈے نے 1831 میں برقی مقناطیسی انڈکشن کا مظاہرہ کیا، نرم مقناطیسی مواد کا مسلسل ارتقاء جاری ہے۔ فیراڈے کا بنیادی مواد کا قدرتی انتخاب لوہا تھا، جس میں کمرے کا سب سے زیادہ درجہ حرارت M ہے۔_sبڑے μ کے علاوہ کسی بھی عنصر کا_r، اور کافی کم H_c. تاہم، ایک عنصر پر مشتمل ایک سادہ مواد میں بھی کافی بہتری کی گنجائش تھی۔

یہ دریافت کیا گیا کہ اینیلنگ آئرن نے نہ صرف اس کی میکانکی خصوصیات کو بہتر بنایا بلکہ تناؤ سے نجات کے ذریعے اس کی جبر میں بھی کمی لائی، جس سے یہ انڈکٹیو ایپلی کیشنز میں استعمال کے لیے بہتر ہے۔ اس سے بھی بہتر کارکردگی کی تلاش میں، سائنسدانوں اور انجینئروں نے نرم لوہے کی خصوصیات کو بہتر بنانے کے طریقے تلاش کیے۔

1900 میں، انگلینڈ سے تعلق رکھنے والے ایک میٹالرجسٹ رابرٹ ہیڈفیلڈ نے آئرن میں 3 فیصد تک سلکان شامل کرکے اور اس کی برقی مزاحمت (p) کو بڑھا کر غیر متزلزل سلیکون اسٹیل ایجاد کیا جبکہ μ میں بھی اضافہ کیا۔_r. امریکن میٹالرجسٹ نارمن گوس نے 1933 میں کم انیسوٹروپی کی کرسٹل لائن سمت کے ساتھ اناج کی افزائش کو فروغ دے کر، μ میں اضافہ کرتے ہوئے دانے دار سلیکون سٹیل ایجاد کیا۔_r، آگے مزید . آج بھی، سلیکون (یا الیکٹریکل) اسٹیلز عالمی نرم مقناطیس مارکیٹ کا ایک بڑا حصہ بناتے ہیں کیونکہ ان کی اعلی M_sاور نسبتاً کم قیمت۔

سلکان اسٹیل کے لیے سب سے زیادہ عام ایپلی کیشنز بڑے پیمانے پر ٹرانسفارمرز (دانے پر مبنی سلکان اسٹیل) اور برقی مشینیں ہیں (آسوٹروپک غیر جانبی سلکان اسٹیل کو گھومنے والی مشینوں کے لیے ترجیح دی جاتی ہے)، جہاں اس کی اقتصادی قیمت ایک بہت بڑا فائدہ ہے۔

تاہم، ایک کم(-، 0.5 μohm.m) اعلی تعدد پر سلکان اسٹیلز کو نقصان پہنچاتا ہے۔ حال ہی میں، الیکٹریکل اسٹیل مینوفیکچررز نے کیمیائی بخارات جمع کرنے (CVD) کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے اپنے اسٹیل کے سلکان مواد کو 6.5 فیصد تک بڑھانے کا راستہ تیار کیا ہے۔ یہ نقطہ نظر بڑھتا ہے0.82 μΩ.m تک لیکن پھر بھی دیگر مواد کو ہائی فریکوئنسی پاور الیکٹرانکس اور ہائی گردشی رفتار برقی مشینوں کے لیے بہتر انتخاب کے طور پر چھوڑتا ہے۔

1910 کی دہائی میں، بیل لیبارٹریز میں گستاو ایلمین نے نکل آئرن مرکبات کے ساتھ تجربہ کیا اور نکل سے بھرپور (78%) پرمالائے مرکب دریافت کیا۔ permalloy کا ایک بڑا فائدہ اس کا اعلی μ ہے۔_r، (100 تک،000)۔ نکل لوہے کے مرکب آج بھی کچھ خاص انڈکٹیو ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں لیکن پاور الیکٹرانکس اور الیکٹریکل مشینوں میں عام نہیں ہیں کیونکہ ان میں ایڈی کرنٹ کے زیادہ نقصانات ہوتے ہیں، اور نکل کے اضافے سے ایم_s. پرماللائے میں تھوڑی مقدار میں مولیبڈینم (2%) کے اضافے کے ساتھ، molypermalloy پاؤڈر (MPP) تیار کیا جا سکتا ہے۔ MPP کا استعمال سب سے کم نقصان پاؤڈر کور بنانے کے لیے کیا جاتا ہے۔

1940 کی دہائی کے آخر میں JL Snoek نے مقناطیسی طور پر نرم فیرائٹس ایجاد کی تھیں۔ یہ مواد مسابقتی ہیں کیونکہ ان کی بہت زیادہ برقی مزاحمت (10 - 10⁸μohm.m)، جو انہیں ایڈی کرنٹ کے نقصانات کو دبانے میں موثر بناتا ہے۔

مزید برآں، کیونکہ وہ سیرامک ​​پروسیسنگ تکنیک اور وافر مواد کے ساتھ تیار کیے جاتے ہیں، فیرائٹ پرزے بہت کم قیمت پر تیار کیے جا سکتے ہیں۔ اونچا

اور نرم فیرائٹس کی قابل استطاعت ان مواد کو انڈکٹیو ایپلی کیشنز کے لیے زیادہ مانگ میں رکھتی ہے، بشمول اعلی تعدد والے۔ درحقیقت، نرم میگنےٹ میں عالمی مارکیٹ میں ان کا حصہ سلیکون اسٹیل کے بعد دوسرے نمبر پر ہے۔ وہ نسبتاً کم ایم کا شکار ہیں۔_s. (سلیکون اسٹیل کا تقریباً ایک چوتھائی)، جو فیرائٹ کور پر مشتمل آنے والے عناصر کی توانائی کی کثافت کو محدود کرتا ہے۔

1967 میں، مواد کی ایک نئی کلاس، بے ساختہ مرکب، ایجاد کی گئی تھی. 1970 کی دہائی کے وسط تک، لوہے اور کوبالٹ پر مبنی بے ساختہ مرکبات میں دلچسپی بڑھ رہی تھی اور انہوں نے ایپلی کیشنز میں اپنا راستہ تلاش کرنا شروع کیا۔ کسی بھی لانگ رینج آرڈر کے خاتمے کے ذریعے، ان مرکب دھاتوں میں زبردستی کافی حد تک کم ہو جاتی ہے۔

1988 میں، ہٹاچی کے محققین نے Nb اور Cu additives کو شامل کیا اور بے ترتیب مواد کے میٹرکس کے اندر آئرن یا کوبالٹ کے چھوٹے اور قریب سے فاصلے والے کرسٹلائٹس (قطر میں 10 nm کے آرڈر پر) پیدا کرنے کے لیے بے ترتیب مرکبات کی تیاری میں ایک اینیلنگ مرحلہ شامل کیا۔ یہ نانو کرسٹل لائن نرم مقناطیسی مرکب کا آغاز تھا۔ الگ تھلگ ٹرانزیشن میٹل کرسٹلائٹس کی تشکیل نے بے ساختہ مرکب دھاتوں کے مقابلے میں ان مواد کے ایڈی کرنٹ نقصانات کو کم کیا۔ بے ساختہ اور نانو کرسٹل لائن دونوں الائے آج ہائی فریکوئنسی پاور الیکٹرانکس اور الیکٹریکل مشینوں میں مارکیٹ شیئر حاصل کر رہے ہیں کیونکہ ان کے کم نقصانات اور مسابقتی M_s.

سلیکون سٹیل سے زیادہ ابتدائی لاگت کے باوجود، یہ جدید اللوائیز پاور الیکٹرانکس اور برقی مشینوں کی کل زندگی بھر کی لاگت کو کم کر سکتے ہیں، نقصانات کو کم کرنے کی بدولت۔

1990 کی دہائی کے اوائل میں، پاؤڈر کور (جسے نرم مقناطیسی مرکبات یا SMCs بھی کہا جاتا ہے) نے کچھ نرم مقناطیسی ایپلی کیشنز میں قبولیت حاصل کی۔ یہ مواد تقریباً 1 سے 500 گرام قطر کے درمیان کہیں بھی مقناطیسی ذرات کو یکجا کرتے ہیں، اور زیادہ دباؤ (MPa سے لے کر جی پی اے کے دباؤ تک) کے ساتھ مضبوط ہونے سے پہلے ان کو کسی موصل مواد کے ساتھ کوٹ یا مکس کر دیتے ہیں۔

مقناطیسی خصوصیات کو بہتر بنانے کے لیے کثافت کے دوران یا اس کے بعد بھی حرارت کا اطلاق کیا جا سکتا ہے۔ مقناطیسی ذرات اکثر Fe پاؤڈر ہوتے ہیں لیکن یہ مرکب مرکبات پر مشتمل ہو سکتے ہیں جیسے MPP (پہلے ذکر کیا گیا ہے)، Fe-P، Fe-Si، یا Fe-Co۔ موصلیت اور غیر مقناطیسی میٹرکس مرحلے کی وجہ سے، ان مواد میں تقسیم شدہ ہوا کا فرق ہوتا ہے جو ان کے μ کو محدود کرتا ہے۔_r100 سے 500 کی حد تک۔ تاہم، انسولیٹنگ میٹرکس بھی ان کو بڑھاتا ہے۔

(10^-310 تک^-1µohm•m)، ایڈی کرنٹ کے نقصانات کو کم کرنا۔

SMCs کو کسی مشینی (نیٹ شیپنگ) کی ضرورت کے بغیر مزید پیچیدہ حتمی جیومیٹریوں میں بھی دبایا جا سکتا ہے، جس سے مینوفیکچرنگ لاگت میں خاطر خواہ کمی ہو سکتی ہے۔ ان کی آئسوٹروپک نوعیت، کم قیمت، اور پیچیدہ حصوں کو خالص شکل دینے کی صلاحیت نے SMCs کو برقی مشینوں کو گھومنے میں کافی حد تک کامیاب بنا دیا ہے۔

اوپر بیان کردہ نرم مقناطیسی مواد کی مختصر تاریخ کسی بھی طرح سے مکمل نہیں ہے۔ اس کے بجائے، ہمارا ارادہ ایسے مواد پر توجہ مرکوز کرنا ہے جو اعلی تعدد پاور الیکٹرانکس اور برقی مشینوں میں نرم مقناطیسی اجزاء کی تیاری کے لیے مسابقتی رہے ہیں اور رہیں گے۔ کارکردگی میٹرکس جیسے ایم_sاور بنیادی نقصان انتہائی اہم ہیں۔ تاہم، کیونکہ نرم مقناطیسی حصوں کو بڑی مقدار میں استعمال کرنے کی ضرورت ہوگی، قیمت کی اہمیت کو نظر انداز نہیں کیا جا سکتا. اس وجہ سے، نرم فیرائٹس اب بھی اعلی تعدد پر مسابقتی بنیادی مواد بنی ہوئی ہیں۔ اعلی تعدد پر ان کی عمدہ کارکردگی کی وجہ سے، بے ساختہ اور نانو کرسٹل لائن مرکب یقینی طور پر کلیدی مواد بنتے رہیں گے۔ اگرچہ سلکان اسٹیلز اب بھی نرم مقناطیسی مواد کے لیے عالمی مارکیٹ کی اکثریت پر مشتمل ہیں، لیکن ان کی بنیادی ایپلی کیشنز 50 یا 60 ہرٹز پر چلنے والے بڑے ٹرانسفارمرز اور سست گردشی رفتار برقی مشینوں میں ہیں۔