نرم مقناطیسی مواد

نرم مقناطیسی مواد کی کئی قسمیں ہیں۔

آئرن اور کم کاربن اسٹیل

آئرن اور کم کاربن اسٹیل سب سے زیادہ عام اور سستا نرم مقناطیسی مواد ہوسکتے ہیں۔ ان کی قیمت BS ~ 2.15 T ہے، جو صرف مہنگے Fe-Co مرکب سے کمتر ہے۔ لیکن ان کی مزاحمت بہت کم ہے، جو متحرک ایپلی کیشنز میں ان کے استعمال کو محدود کرتی ہے۔ آئرن اور کم کاربن اسٹیل عام طور پر جامد/کم فریکوئنسی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں، جیسے برقی مقناطیس، ریلے، اور کچھ کم طاقت والی موٹریں جن کے لیے مواد کی قیمت سب سے بڑی تشویش ہے۔

آئرن-سلیکون مرکب

آئرن میں چند سلیکان کا اضافہ اس کی مزاحمتی صلاحیت کو خاص طور پر بڑھا دے گا، اس لیے یہ ایڈی کرنٹ کے نقصان کو روکنے کے لیے بہت فائدہ مند ہے۔ سیچوریشن میگنیٹائزیشن اور کیوری درجہ حرارت میں قدرے کمی کے باوجود، Fe-Si مرکبات 50 ہرٹز سے لے کر کئی سو ہرٹز تک چلنے والی برقی مشینوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ ایڈی کرنٹ کے نقصان کو مزید کم کرنے کے لیے، Fe-Si کے مرکب کو اکثر پتلی پٹیوں کی شکل میں گھمایا جاتا ہے۔ سب سے عام Fe-Si الائے کی موٹائی 0.35mm کے برابر یا اس سے کم ہے۔ رولنگ اور ہیٹ ٹریٹمنٹ کی شرائط پر منحصر ہے، Fe-Si الائے کو گرین اورینٹڈ (GO) اور نان اورینٹڈ (NO) کے طور پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ GO Fe-Si کا استعمال ٹرانسفارمرز کے لیے کیا جاتا ہے، جب کہ NO Fe-Si الیکٹرک موٹروں کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

لوہے نکل کے مرکب

35 wt کی وسیع کمپوزیشن رینج میں یکساں ٹھوس محلول بنانے کے لیے نکل کو لوہے میں شامل کیا جا سکتا ہے۔ % سے 80 wt. % Ni Fe20Ni80 کے قریب مرکب مرکبات کو Permalloy کا نام دیا گیا تھا (آج کل لوگ نکل کی مقدار 35 wt سے زیادہ والے تمام آئرن نکل الائے کو Permalloy کہتے ہیں)۔ دوسرے عناصر جیسے Mo، Cu، اور Cr کے معمولی مواد کو عام طور پر Permalloy کی مقناطیسی خصوصیات کو بہتر بنانے کے لیے شامل کیا جاتا ہے۔ نازک کمپوزیشن ایڈجسٹمنٹ اور ہیٹ ٹریٹمنٹ کے ذریعے پروسیس کیا گیا، پرمالائے دنیا کے نرم ترین مقناطیسی مواد میں سے ایک ہو سکتا ہے، جس کی پارگمیتا زیادہ سے زیادہ 1 200 000 ہو سکتی ہے۔ Permalloys کی خامیوں میں سے ایک ان کی سنترپتی میگنیٹائزیشن ہے، جو کہ صرف 0.8 T کا ہے، جو لوہے اور Fe-Si کے مرکب سے بہت کم ہے۔ نکل کے مواد میں کمی کے ساتھ، BS سب سے پہلے بڑھے گا، تقریباً 48 wt کے نکل کے مواد پر 1.6T کی اپنی زیادہ سے زیادہ حد تک پہنچ جائے گا۔ %، تاہم، پارگمیتا اتنی اچھی نہیں ہوگی جتنی کہ زیادہ نکل والے مرکبات کے ساتھ۔ آئرن نکل ملاوٹ سب سے زیادہ ورسٹائل مقناطیسی کھوٹ ہے، اس کی مقناطیسی خصوصیات کو کمپوزیشن، مقناطیسی اینیلنگ، اور مکینیکل رولنگ وغیرہ کو ایڈجسٹ کرکے ٹیون کیا جا سکتا ہے۔ آئرن نکل ملاوٹ بہت اچھی فارمیبلٹی بھی پیش کرتا ہے، جسے 20 تک پتلا کیا جا سکتا ہے۔ مائکرون نتیجے کے طور پر، نکل لوہے کے مرکب وسیع ایپلی کیشنز جیسے مقناطیسی فیلڈ شیلڈنگ، گراؤنڈ فالٹ انٹرپرٹر، مقناطیسی سینسر، مقناطیسی ٹیپ کے لیے ریکارڈنگ ہیڈ، پاور الیکٹرانکس وغیرہ میں مل سکتے ہیں۔

آئرن-کوبالٹ مرکب

کوبالٹ کو آئرن میں شامل کرنے سے کیوری کا درجہ حرارت اور BS دونوں بڑھ جائیں گے۔ 33 wt کی حد میں کوبالٹ مواد کے لیے۔ % سے 50 wt. %، BS 2.4T تک زیادہ ہو سکتا ہے۔ اگرچہ آئرن-نکل الائے کی طرح نرم نہیں، آئرن-کوبالٹ مرکب دیگر تمام مقناطیسی مرکبات میں BS کی سب سے زیادہ قدر پیش کرتے ہیں۔ فارمیبلٹی کو بڑھانے کے لیے، 2 wt. فی 50Co50 مرکب میں وینیڈیم کا % شامل کیا جاتا ہے، تاکہ اسے 50 مائیکرون کے برابر پتلا کیا جا سکے۔ وینیڈیم کا اضافہ آئرن کوبالٹ مرکب کی مزاحمت کو بھی بڑھا سکتا ہے۔ اعلیٰ ترین BS کی وجہ سے، آئرن-کوبالٹ مرکبات ان ایپلی کیشنز کے لیے ناگزیر ہیں جہاں زیادہ طاقت اور وزن کے تناسب کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے کہ موٹریں اور ٹرانسفارمر جو خلائی آلات میں استعمال ہوتے ہیں۔

بے ساختہ اور نانو کرسٹل لائن مرکب

بے ساختہ مرکبات، جنہیں اکثر دھاتی شیشے بھی کہا جاتا ہے، تیزی سے مضبوطی سے تیار کیا جا سکتا ہے۔ بے ترتیب مرکب دھاتوں میں ایٹموں کے لیے کوئی لمبی رینج کا حکم نہیں ہے، اس لیے مزاحمتی صلاحیت عام طور پر زیادہ ہوتی ہے، اور کوئی میگنیٹو کرسٹل لائن انیسوٹروپی نہیں ہے۔ مزید برآں، تقریباً 20 سے 30 مائیکرون تک پتلے بے شکل ربن پلانر فلو کاسٹنگ کے ذریعے آسانی سے تیار کیے جا سکتے ہیں۔ یہ تمام حروف بے ساختہ مرکب دھاتوں کو نرم میگنےٹ کے بہترین امیدوار ہونے کی ضمانت دیتے ہیں۔ کمپوزیشن کے مطابق، زیادہ تر تجارتی طور پر دستیاب بے ساختہ نرم میگنےٹس کو Fe-base، Co-base، اور (Fe، Ni) کی بنیاد پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ ان تین اقسام کے لیے، Fe، Co، اور Ni کا کل مواد تقریباً 75-90 wt.% ہے، باقی ماندہ دھاتیں اور شیشے کی تشکیل کرنے والے عناصر ہیں جیسے Si، B، P، C، اور Zr، Nb، Mo وغیرہ۔ ان اقسام میں سے، Fe-based میں سب سے زیادہ BS تقریباً 1.6 T اور سب سے کم قیمت ہے۔ Fe-based amorphous alloy کا لوہے کا نقصان Fe-Si سٹیل کے صرف ایک تہائی ہے۔ اگر پاور ٹرانسفارمرز میں موجود Fe-Si سٹیل کو Fe-base امورفوس الائے سے تبدیل کیا جا سکتا ہے، تو بجلی کی ایک بڑی مقدار کو بچایا جا سکتا ہے، لیکن بعد کے لیے مواد کی قیمت زیادہ ہے۔ شریک پر مبنی بے ساختہ مرکبات میں عام طور پر BS 0.8 T سے کم ہوتا ہے لیکن بہت زیادہ پارگمیتا اور میگنیٹو اسٹرکشن کی صفر قدر کے قریب ہوتی ہے، جو نرم ترین پرماللوئے کے ساتھ موازنہ کیا جاتا ہے، اور اس کی زیادہ مزاحمت کی وجہ سے اعلی تعدد پر اور بھی بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کر سکتا ہے۔ (Fe، Ni) پر مبنی بے ساختہ مرکب دوسرے دو کے مقابلے میں درمیانی مقناطیسی خصوصیات پیش کرتے ہیں۔

امورفوس ریاست ایک میٹاسٹیبل ریاست ہے۔ ایک اہم درجہ حرارت سے اوپر گرم ہونے پر، مائکرو کرسٹلز کی نیوکلیشن اور نشوونما تیزی سے ہوتی ہے۔ روایتی بے ساختہ نرم مقناطیسی مرکبات کے لیے، کرسٹلائزیشن کے دوران، مائیکرو کرسٹلز کا سائز بہت کم وقت میں کئی سینکڑوں نینو میٹر تک بڑھ جائے گا اور نرم مقناطیسی خصوصیات کو شدید طور پر تنزلی کر دے گا۔ اس کے باوجود، لوگوں نے پایا کہ Nb اور Cu کی مخصوص مقدار کو Fe-based amorphous alloy میں شامل کرنے سے، کرسٹلائزیشن کے عمل کو کنٹرول میں رکھا جا سکتا ہے اور بے ترتیب میٹرکس میں تقریباً 10 nm سائز کے ساتھ نانو کرسٹل کی یکساں تقسیم حاصل کی جا سکتی ہے۔ ایسے Fe-based nanocrystalline alloy کی مقناطیسی خصوصیات متعلقہ امورفوس مرکب سے بھی زیادہ نرم ہوتی ہیں، یعنی زیادہ پارگمیتا اور کم جبر، حالانکہ BS بھی کم ہے (~1.2 T)۔ Fe-based nanocrystalline alloys کے لیے بہترین نرم مقناطیسی خصوصیات کا ماخذ یہ ہے کہ میگنیٹو-کرسٹل لائن anisotropy اور magnetostriction دونوں کی قدر کو صفر کے قریب بنایا جا سکتا ہے۔ Permalloy اور Co-based amorphous alloys میں magneto-crystalline anisotropy اور magnetostriction کی قدر صفر کے قریب بھی ہو سکتی ہے، لیکن Fe-based nanocrystalline alloys کا BS بہت زیادہ ہے۔ لہذا، نانو کرسٹل لائن مرکب سب سے زیادہ امید افزا نرم مقناطیسی مواد میں سے ایک ہو سکتا ہے۔ وہ وسیع پیمانے پر وائرلیس چارجر، ہائی فریکوئنسی انڈکٹر، مقناطیسی سینسر، برقی مقناطیسی شیلڈنگ، گراؤنڈ فالٹ انٹرپرٹر وغیرہ میں استعمال ہوتے ہیں۔

نرم مقناطیسی مرکبات

جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، نرم مقناطیسی مواد کی موٹائی ایڈی کرنٹ کے نقصانات کو کم کرنے کے لیے ایک اہم کردار ادا کرتی ہے، اس لیے نرم مقناطیسی مرکبات کو متحرک استعمال کے لیے پتلی لیمینیشن کی شکل میں بنایا جانا چاہیے۔ اگر ہم نرم مقناطیسی پٹی کی دیگر دو جہتوں کو توڑ دیں، یعنی نرم مقناطیسی مرکبات کو پاؤڈر کی شکل میں استعمال کریں، تو ایڈی کرنٹ کے نقصانات کو مزید کم کیا جا سکتا ہے، اور جن اجزاء سے بنائے گئے اجزاء کو بہت زیادہ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تعدد اس طرح کے استعمال کو محسوس کرنے کے لیے، سب سے پہلے الائے پاؤڈر تیار کیے جاتے ہیں (زیادہ تر معاملات میں ایٹمائزیشن کے طریقوں سے)، ذرات کو پھر موصلیت کی تہہ کے ساتھ لیپ کیا جانا چاہیے، اس کے بعد، پاؤڈر کو چکنا کرنے والے مادے کی ایک چھوٹی سی مقدار کے ساتھ ملایا جاتا ہے اور اسے شدت سے کمپریس کیا جاتا ہے۔ آخری شکل تک 600-800 MPa کا دباؤ۔ اس طرح کے عمل سے تیار کردہ نرم مقناطیسی مصنوعات کو سافٹ میگنیٹک کمپوزٹ (SMCs) یا پاؤڈر کور کہا جاتا ہے۔ SMCs کی ایک اور خوبی یہ ہے کہ انہیں مختلف خاص شکل والے کور بنائے جاسکتے ہیں جو روایتی لیمینیشن اسٹیکنگ کے طریقوں سے مشکل سے بنائے جاتے ہیں، جو برقی مقناطیسی آلات کے نئے ڈیزائن کے لیے فائدہ مند ہیں۔ SMCs کی بنیادی خرابی یہ ہے کہ ان کی پارگمیتا نسبتاً کم ہے۔ آج کل سب سے زیادہ عام SMCs Fe، Fe-Si، Fe-Si-Al، Fe-Ni، امورفوس اور نانو کرسٹل لائن مرکبات وغیرہ کے پاؤڈر سے بنائے جاتے ہیں۔

نرم فیرائٹس

اوپر ذکر کردہ تمام نرم مقناطیسی مواد دھاتیں ہیں، لہذا، ایڈی کرنٹ اثر سے گریز نہیں کیا جا سکتا۔ نرم فیرائٹس اس لحاظ سے مخصوص ہیں کہ وہ آئنک مرکبات ہیں اور ان کی مزاحمتی صلاحیت دھاتی نرم مقناطیسی مواد سے زیادہ شدت کے کئی آرڈرز رکھتی ہے۔ لہذا، 1 ​​میگاہرٹز تک فریکوئنسی والی ایپلی کیشنز کے لیے، توانائی کے نقصانات کے حوالے سے نرم فیرائٹس بہترین انتخاب ہیں۔ نرم فیرائٹس کے لیے اہم خرابی یہ ہے کہ BS نسبتاً کم ہے۔ سب سے زیادہ عام نرم فیرائٹس کی دو قسمیں ہیں Mn-Zn فیرائٹس ((Mn, Zn)Fe2O4) اور Ni-Zn فیرائٹس ((Ni, Zn)Fe2O4)۔ Mn-Zn فیرائٹس عام طور پر 1 میگاہرٹز سے نیچے استعمال ہوتے ہیں، جبکہ Ni-Zn فیرائٹس بہت زیادہ تعدد پر استعمال کیے جا سکتے ہیں، لیکن بعد کے لیے BS اور پارگمیتا کم ہے۔

نتیجہ اخذ کرنے کے لیے، نرم مقناطیسی مواد بیرونی مقناطیسی شعبوں کے لیے حساس ہوتے ہیں، یہ خصوصیت انھیں بہت سی ایپلی کیشنز کے لیے ناگزیر بناتی ہے خاص طور پر الیکٹریکل انجینئرنگ کے شعبے میں، جیسے ٹرانسفارمرز، الیکٹرک موٹرز، وائرلیس چارجرز، پاور الیکٹرانک آلات وغیرہ۔ ایک اچھے نرم مقناطیس کے لیے ، اس کی سنترپتی بہاؤ کی کثافت، پارگمیتا، مزاحمتی صلاحیت، اور کیوری کا درجہ حرارت جتنا ممکن ہو زیادہ ہونا چاہیے، جب کہ اس کی جبر اور میگنیٹوسٹرکشن گتانک جتنا ممکن ہو کم ہونا چاہیے۔ کوئی ایک قسم کا نرم مقناطیسی مواد نہیں ہے جو کارکردگی کے تمام پہلوؤں میں باقی سب کو مات دے سکے۔ سب سے موزوں مواد کو منتخب کرنے کے لیے، لاگت، لوہے کے نقصان، سنترپتی بہاؤ کی کثافت، اور پارگمیتا کے درمیان تجارت کا ازالہ کرنا ضروری ہے۔

آئرن اور کم کاربن اسٹیل میں بہترین سنترپتی بہاؤ کی کثافت ہوتی ہے، لیکن ان کی مزاحمتی صلاحیتیں کم ہوتی ہیں، جو متحرک استعمال کے لیے ان کے استعمال کو محدود کرتی ہیں۔ اس کی مقناطیسی کارکردگی کو بعض پہلوؤں میں بہتر بنانے کے لیے لوہے میں مختلف مرکب عناصر شامل کیے جا سکتے ہیں۔ Fe-Si کے مرکب میں خالص لوہے کے مقابلے میں بہت زیادہ مزاحمتی صلاحیتیں ہیں اور نسبتاً زیادہ سنترپتی بہاؤ کی کثافت، یہ 50/60 ہرٹز پر چلنے والے ٹرانسفارمرز اور الیکٹرک موٹرز کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں اور پورے نرم مقناطیسی مواد کی مارکیٹ کا سب سے بڑا حصہ لیتے ہیں۔ Fe پر مبنی بے ساختہ مرکب لوہے کے نقصانات کے حوالے سے Fe-Si کے مقابلے میں بہت بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں اور اعلی تعدد پر چلائے جا سکتے ہیں، لیکن قیمت بھی زیادہ ہے۔ Fe-Co مرکبات سنترپتی بہاؤ کثافت کی اعلی ترین قیمت پیش کرتے ہیں۔ اسی آؤٹ پٹ پاور/ٹارک کے ساتھ، Fe-Co ملاوٹ سے بنی الیکٹرک مشینوں کا سائز چھوٹا اور کم ماس ہو سکتا ہے۔ Fe-Ni الائے، Co-based Amorphous alloys اور Fe-based nanocrystalline alloys سب سے نرم مقناطیسی مواد ہیں، کیونکہ ان کے لیے میگنیٹو-کرسٹل لائن انیسوٹروپی اور میگنیٹو اسٹرکشن گتانک کی دونوں قدروں کو بیک وقت صفر کے قریب بنایا جا سکتا ہے۔ ان میں سے، Fe-based nanocrystalline alloys میں سب سے زیادہ سنترپتی بہاؤ کی کثافت ہوتی ہے، یہ سب سے زیادہ امید افزا نرم مقناطیسی مواد کی ایک قسم ہیں۔ SMCs یا پاؤڈر کور پتلی پٹی کی شکل میں دیگر دھاتی نرم مقناطیسی مواد کے مقابلے میں زیادہ تعدد پر بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کریں گے کیونکہ ذرات کو موصل تہوں کے ذریعے الگ کیا جاتا ہے لہذا ایڈی کرنٹ اثر کو بہت زیادہ روکا جا سکتا ہے۔ SMCs کی خرابیاں کم پارگمیتا اور ہائی ہسٹریسس نقصان ہیں۔ نرم فیرائٹس میں دھاتی نرم مقناطیسی مواد سے زیادہ شدت کے کئی آرڈرز مزاحم ہوتے ہیں، نتیجتاً، وہ فی الحال 1 میگاہرٹز کے قریب یا اس سے اوپر کی فریکوئنسیوں کو چلانے کے لیے بہترین انتخاب ہیں، لیکن ان کی سنترپتی بہاؤ کی کثافتیں کم ہیں۔ کچھ ماہرین کا خیال ہے کہ کچھ ایپلی کیشنز میں نرم فیرائٹس کو SMCs سے تبدیل کیا جا سکتا ہے تاکہ اعلی تعدد والے آلات کے سائز اور بڑے پیمانے کو کم کیا جا سکے اگر SMCs کے لیے پروسیسنگ ٹیکنالوجی کو بہتر بنایا جا سکے۔