Materiale Avansate

Al met cu prop mag spec. Funct de nivelul si de semnul susceptibilitatii mag, mat sunt: diamagnetice, paramag si feromag. Mat diamag au o susceptibilitate mag negativa. Ele se mag invers decat campul magnetic aplicat .materialele diamagnetice au o susceptibilitate magnetica negativa. Ele se magnetizeaza invers decat campul magnetic aplicat slabindu-1 pe acesta din urma, Dim categoria diamagneticelor fac parte materialele semicoductoare (Si, Ge), dielectricele (polimerii), precum si o serie de metale cum ar fi Be, CU Ag, Pb.

Materialele paramagnetice sunt caracterizate de o magnetizare slaba sub influenta unui câmp exterior. Din aceasta categorie parte K, Na, M, precara si o serie de metale de tranziţie cum ar fi W,Ti. Feromagmticele prezintă o susceptibilitate magnetica ridicata. Dintre toate metalele doar patru Fe Co. Ni, Gd au proprietati magnetice ridicate. Principalele caracteristici ale materialelor feromagnetice sunt:

Inductia remanenta, Br ; forta coercitiva H.c; permeabilitatea magnetica. Inducţia remanenta se măsoară in Tesla si se numeste inductie magnetica care ramane in proba dupa magnetizare si indepartarea campului mag. Forţa coercitiva se masoara in A/m si masoara intensitatea câmpului magnetic de semn opus care trebuie aplicat probei pt demagnetizarea acestuia. Permeabilitatea magnetica, măsurata în H/n caracterizeaza intensitatea magnetizarii si se stabileşte prin unghiul tangentei la curba de magnetizare primara B = f(H). In funcţie de forma curbei histerezis si de valorile caracteristicilor magnetice principale, se deosebesc aliaje magnetice dure si magnetice moi. Aliajele magnetice dure se caracterizează printr-o curba histerezis larga, printr-o vaioa ridicata a forţei coercitive Hc, fiind utilizate pentru fabricarea magneţilor permanenţi.

Materiale magnetice dure Aceasta grupa de materiale trebuie sa prezinte valori ridicate ale

forţei coercitive si inducţiei remanente si sa păstreze timp indelungat un nivel ridicat al acestor forte. Pt mag perm se util OL cu cont ridicat de carbon ( - 1% C), cu structura martensitica aliate suplimentar cu crom (3% Cr), sau crom si cobalt . Elementele de aliere ridica caracteristicile magnetice, îmbunătăţind in aceiaşi timp stabilitatea mecanica termica a magneţilor permanenţi. Aceste oteluri sunt supuse normalizării, calirii si revenirii joase, Materiale magnetice moi. Principalele caracteristici cerute materialelor magnetice moi sunt valori scăzute ale forţei coercitive si permeabilitate magnetica ridicata, pierderi scăzute prin remagnetizare sau sub curenţi inducţie. Pentru îndeplinirea acestor cerinţe, metalul trebuie sa aibă o structura omogena, sa nu prezinte impurităţi, sau incluziuni, granulatia sa fie mare, fara tensiuni interne care ar putea produce ecruisare. Ca material magnetic moale se utilizează fierul, pur, în care toate impurităţile, inclusiv carbonul, trebuiesc îndepărtate. Astfel, conţinutul de carbon nu trebuie sa depăşească. '0,025%, Pentru îndepărtarea ecruisarii si pentru obţinerea unei granulaţii mari, metalul sub formă de tabla este supus unei recoaceri de tempera inalta in atmosfera neoxidanta. Fierul tehnic pur se utilizează pentru confecţionarea releelor, miezurilor si electromagnetilor de curent continuu.

O rezistenta electrica mai. ridicata au otelurile electrotehnice cu carbon scăzut, aliate suplimentar cu Si. Datorita unei rezistente electrice ridicate, scad pierderile prin curenţi prin inducţie.

Aliaje electrotehnice Otelurile si aliajele de acest tip se utilizeaza pt transf energ elect in energ termica sau invers ca materiale cu rezis el minima. Se utilizeaza pt confec reostatelor sau a elem el de incalzire. Temp de lucru max pt evitarea arderii nu trebuie sa dep 500grd C. Pt confect de termocuple este nec o sarma cu refractaritate ridicata si de o variatie liniara a temp cu puterea elect. Ca mat conduct se utiliz met pure si nu aliaje. Met cond trebuie sa contina o cantitate minima de impuritati deoarece prezenta acestora creste rez electrica.

Al met supraconductoare.

Rezist elect a unui mat scade monoton odată cu scăderea temperaturii. In jurul lui zero absolut multe met şi aliaje suferă o scădere bruscă a rez el, devenind supraconductoare. Supraconductibilitatea rep capacitatea mat de a nu opune rez curentului el la temp mai scăzute decât temp lor critică – Tk. Acest fenomen a fost descoperit în 1911 de un cercetător olandez care studia dispariţia rez el a mercurului la temp de 4,2 K. Supraconductibilitatea s-a pus în evidenţă la maj met pure, fiind o stare care apare mult mai uşor în metalele cu o conductibilitate scăzută. Se cunosc în jur de 3000 de al supraconductoare şi compuşi intermetalici. Met pure sunt consid supraconductoare de ord I, iar aliajele şi compuşii chimici - supraconductoare de ord II. Câmpul mag din volumul supraconductor este nul la temp < Tk. Met devine diamagnetic - un mat ce se încarcă cu un mom magn într-un câmp magn ext, orientat împotriva câmpului de magnetizare. De aceea, la trecerea mat în starea supraconductoare, câmpul mag interior este respins din volumul mat şi rămâne doar într-un strat subţire exterior. Acest fenomen se num. efectul Meissner. Supraconductibilitatea este fen ce apare in anumite mat la temp f scazute, fiind caract de : 1 – rez elect ZERO 2 – respingerea campului magn interior. Intr-un conductor obisnuit, cum este Cu sau Ag, rez el nu poate atinge val 0, ci doar o limita min. f. scazuta, data impuritatilor sau a defectelor de retea. Chiar si in jurul val de 0 absolut, o proba de Cu nu indica o rezist el nula. Intr-un supraconductor, chiar daca are impuritati sau defecte, are o rezistenta electrica nula daca este racit < Tk. Curentul el dintr-un fir supraconductor poate fi permanent fara nici o sursa de putere. Intr-un conductor obisnuit, curentul el repr un flux de electroni ce se deplaseaza prin reteaua de ioni. Electronii se ciocnesc constant cu ionii din retea; prin fiecare coliziune o parte din energia curentului de electroni este absorbita de reteaua de ioni si transf in caldura, care reprezinta de fapt energia de vibratie a ionilor din retea. Astfel, energia curentului de electroni este disipata constant, fenomen ce repr de fapt rezist elect. Intr-un supraconductor sit este complet diferita. Fluxul de electroni nu poate fi judecat ca electroni individuali, ci ca perechi de electroni, numite perechi “Cooper”. ( Electronii liberi inceteaza sa interactioneze cu ionii retelei cristaline incepand sa interactioneze intre ei: electronii cu spini opusi se unesc in perechi rezultand un moment de spin nul) Perechile de electroni cu spin nul nu isi disipeaza energia, deoarece energia fononilor pe care aceste perechi o pot primi in urma interactiunii cu acestia, sau cu defectele de retea la temperaturi criogenice, este prea mica. Fara disipare de energie, perechile de electroni cu spin nul se deplaseaza liber de-a lungul retelei cristaline, ceea ce duce de fapt la aparitia supraconductibilitatii. Astfel, fluidul de perechi “Cooper” reprezinta un “superfluid”, care poate curge fara disipare de energie. Supraconductivitatea nu apare in met nobile precum Au si Ag, sau in probe pure ale met feromagnetice. Element – Tc [K]:Al – 1.20 K Ta – 4.48 K Hg – 4.15 K Ti – 0.39 K Mo – 0.92 K V – 5.30 K Nb – 9.26 K Zn – 0.88 K Pb – 7.19 K

Val temp critice Tc variaza de la mat la mat. Supraconductorii conventionali au Tc intre 1–20K. Mercurul solid are Tc = 4,2 K. In anul 2001 a fost descoperit primul compus chimic supraconductor conventional MgB2 – diborid de magneziu, cu Tc = 39 K , cea mai mare temp cunoscuta la acea vreme. Supraconductorii pe baza de cuprati (anii 2000) se pare ca au cele mai mari Tc: YBa2Cu3O7 - Primul supraconductor descoperit din aceasta categorie are Tc = 92 K (cunoscut sub den de supraconductor ceramic YBCO – ytriu-bariu-cupru-oxid)

Clasificarea supraconductorilor:

Dupa Tc – temperatura critica: Supraconductori de temperatura inalta–se considera acele mat care au Tc > 77 K (temp de lichefiere a azotului) si care ating starea de supraconductibilitate prin racirea cu azot lichid ; Supraconductori de temp joasa–acele mat care necesita medii de racire mai puternice decat azotul lichid. Dupa mat: Elemente chimice (mercur, plumb, etc.) Aliaje - Nb-Ti (Tc = 11 K), Ge-Nb, etc; Ceramice (MgB2, YBCO, etc.) superconductori organici (fulerene, nanotuburi de carbon, care pot fi incluse la categoria de elem pure pt ca sunt de fapt din carbon) Dupa proprietati fizice: Supraconductori de tip I – elem chimice; Supraconductori de tip II – aliaje, ceramice, Nb,V. Supraconductori de tip I – prezinta o singura temp critica la care mat devine supraconductor; se manifesta efectul Meissner. Sunt de regula elem chimice pure, precum Al, Pb, Hg. Supraconductori de tip II – prezinta o tranzitie graduala de la supraconductibilitate la starea normala intr-un camp mag crescator. In general, acestia prezinta supraconductibilitate la temp si campuri mag mai mari decat supraconductorii de tip I. Sunt de regula aliaje sau ceramice . Desi majoritatea elem chimice sunt supraconductori de tip I, Niobiul, Vanadiul si Technetium sunt supraconductori de tip II.

Alte ex.: Nb – Ti, Nb – Sn, YBCO (Ytriu – Bariu – Cupru – Oxid) – primul supraconductor descoperit cu temperatura mai mare decat cea a azotului lichid, supraconductorul cu temperatura cea mai ridicata cunoscuta 139 K–Mercur – Thalium – Bariu – Calciu – Cupru – Oxid.