کاربری آهن ربا های دائمی

تحقیق از : محسن نوربخش

بدون اشاره به گذشته تاریخی قبل از قرن نوزدهم باید اذعان نمود که
اولین آهن رباهای دائمی در پایان قرن نوزدهم ساخته شدند، جنس آنها از آهن پرکربن
بوده است. درنیمه اول قرن بیستم تئوری مغناطیس با فیزیک کوانتمی توضیح داده شد و
سبب شد نواقص تئوریهای کلاسیک تا حدود بسیار زیادی بخوبی پاسخ داده شود. اولین آهن
ربای دائمی مدرن در سال 1935توسط شخصی بنام میشیما در کشور ژاپن ساخته شد. این آهن
ربا از نظر قدرت جذب و تحمل در برابر مغناطیس زدایی بسیار پیشرفته تر از نمونه های
قبل از خود بودند. به کمک این آهن رباها تغییرات عمده ای درحوزه های صنعت صورت
گرفت.حتی این آهن رباها در توسعه سلاحهای نظامی جنگ جهانی نقش موثری ایفا نمودند.
پس از پایان جنگ دوم جهانی و شروع جنگ سرد و تلاش کشورها در توسعه و رقابتهای صنعتی
، سرانجام در سالها 1952تا 1960 آهن رباهای سرامیکی در انستیتو فیلیپس کشور هلند
کشف گردید. این آهن ربا ها بخاطر خواص مغناطیسی مناسب و سادگی تولید و در دسترس
پذیری مواد اولیه و آسانی ماشینکاری بسرعت در بخشهای گوناگون صنعتی رو به گسترش
گذاشتند. صنایع خودرو و تولید انواع موتورهای کوچک DC و نیازهای صنایع فضایی موجب
شد تا نیاز به مصرف آهن ربا با سرعت بیشتری افزایش یابد. در دهه 1970 آهن رباهای
ساماریم - کبالت کشف شدند این آهن ربا ها بخاطر دمای سرویس دهی بالا توانستند بخوبی
در صنایع هوایی و فضایی گسترش یابند. در دهه 1980 آهن ربای جدیدی بنام Nd-B-Fe کشف
گردید این آهن ربا آغاز گر تحولات صنعتی نوینی در قرن 21 است.

در سالهای ابتدایی قرن بیست یکم در حوزه آهن رباهای سرامیکی آهن رباهای
فریت استرانسیوم La-Coکشف گردید این آهن رباها نیز ابتدا در کشور ژاپن ساخته شد و
سرآغاز تحول نوینی در صنایع خودرو و لوازم خانگی گردیدند. آهن ربا های فریت
استرانسیوم لانتانیوم - کبالت در حوزه کاهش مصرف انرژی و کاهش وزن وحجم
موتورهایd.cتاثیرات عمیقی در صنعت گذاشتند. تولید نرم افزارهای طراحی موتورهای dc
بکمک گسترش علوم رایانه ای و کشف آهن رباهای جدید سبب شده تا بشر بتواند موتورهای
جدیدی طراحی نمایند که تاثیرات گسترده ای در کاهش مصرف انرژی داشته اند.

آهن رباهای فریت استرانسیوم لانتانیوم –کبالت  امروزه در موتورهای ac
وdc استفاده میشوند. این آهن رباها به سبب ساختار بلورین و تکنیکهای ساخت و خواص
مغناطیسی آنها جز شاهکارهای سالهای پایانی قرن بیستم و اوایل قرن بیست ویکم هستند.
کشور ژاپن مهد آهن ربا در جهان است . تحقیق در حوزه مواد اولیه، تکنیکهای ساخت و
پیشرفتها در خواص مغناطیسی و گسترش کاربردهای آن همه وهمه با سرعت بالایی در این
کشور صورت می پذیرد.از آنجایی که آهن ربا ها با مواد خام طبیعی فراوری شده ساخته
میشوند،پس از مخلوط شدن مواد حرارت داده میشوند تا از مواد اولیه تحت حرارت ماده
مغناطیسی ساخته شود تا نسبت به میدان خارجی واکنش نشان دهد و تحت این عمل فاز
مغناطیسی ساخته میشود. تحقیقات انستیتوماکس پلانگ نشان میدهد نشان میدهد  ساخت
آلیاژهای فرومغناطیسی براساس 27 عنصر جدول تناوبی است که منجر به 2100 سیستم دوتایی
و سیستم سه تایی است که تنها تعداد کمی از دوتایی ها و سه تایی ها بررسی شده است .
همچنین بررسیها بر روی سیستم چهار جزیی و پنج جزیی تاکنون به مواد خاصی محدود بوده
است . تا جائیکه میدان وسیعی از فعالیتهای تحقیقاتی مهم انجام نشده در پیش روی
انسان در زمینه مواد مغناطیسی وجود دارد که  بهتر است در این بخش گسترده علمی که
برای هر کشوری از اهمیت صنعتی ، تجاری و نظامی خاصی برخوردار است دانشمندان ایرانی
نیز لازم است سهم بیشتری را  اداء  نمایند.در جدول زیر خواص اهن رباهای امروزی را
مشاهده می نمائید:

 

 

  

 اثبات بر این مدعا این است که از یک دوربین فیلم برداری ساده گرفته تا یک فضا
پیما و یا ایستگاه فضایی از آهن ربا استفاده می نمایند تقریبا تمام ماشینهایی که در
صنعت الکترونیک تولید شده تا تجهیزات پزشکی همه از آهن ربا استفاده میکنند بنابراین
هر کشوری که آهن ربای بیشتری مصرف کنند در توسعه صنعتی از شتاب بیشتری برخوردار
است. کشورهای مانند آمریکا، اروپا ، چین ،روسیه ،هند و برزیل بیشترین مصرف آهن ربا
درجهان را بخود اختصاص داده اند.در کشوری مانند چین در سال 2008 میلادی 347هزار تن
آهن ربای دائمی تولید شده است . رشد مصرف آهن ربا از 11%تا 25% بسته به کشورهای
توسعه یافته و در حال توسعه متغیر است . در کشور ایران در سالهای 1370 به زحمت 50
تن آهن ربا مصرف میگردید لیکن مصرف امروز کشور در حوزه آهن رباهای دائمی به 4500تا
5000 تن رسیده است . افزایش مصرف آهن ربا در کشور ماحصل اجرا برنامه های توسعه
اقتصادی و صنعتی کشور است . افزایش میزان مصرف آهن ربا در زندگی بشر دو ارمغان برای
او دارد اول حل یک مشکل دوم افزایش میزان راحتی انسان. چندین سال است که در
دستگاههای عکس برداری پیشرفته مانند MRI  از آهن ربا ها به منظور ایجاد میدان
مغناطیسی برای عکس برداری استفاده میشود.رابطه آهن ربا با انسان بقدری نزدیک شده
است  که در برخی محاسبات میزان مصرف آهن ربا به ازا هر فرد در کره زمین در نظر
گرفته میشود.کشور ایران نیز از این قائده مستثنا نیست .

اگر چه اینجانب بسیاری از مسائل علمی و تکنولوزی و دانش فنی صنعت تولید
مغناطیس در کشور حل نموده ام .لیکن بسیاری باقی مانده است بسیار از دستگاهها و
تجهیزات در کشور ما هنوز قابلیت ساخت را ندارند و مهندسین کشور باید برای ساخت آنها
تلاش بیشتری از خود نشان دهند. مانند ساخت پرسهای تحت میدان مغناطیسی ، قالبها،
دستگاههای اندازه گیری و کوره های الکتریکی تولید و بسیاری دیگر. همچنین در حوزه
دستیابی به آهن ربا های جدید و گسترش آن راهی بسیار طولانی وجود دارد.اولین گام در
حوزه مواد پیشرفته و صنعت مغناطیس آموزش است که رکن جدی می باشد .بررسیها نشان
میدهد برای کسانی که قصد دارند در این صنعت استخدام شوند، هیچ آموزش خاصی وجود
ندارد و تنها پس از استخدام آموزشهای محدودی داده میشود، تولید آهن ربا تنها یک
صنعت نیست ، بلکه همه بر این باورند که یک هنر است و محصول آن
اثری هنری . هیج  دو کارخانه ای را در تمام دنیا در این صنعت مانند هم نیستند
ومحصول هیچ دو کارخانه ای از نظر خواص مغناطیسی مانند هم نیست .

کمتر از یک درصد موضوعات مربوط به آهن رباها در سطوح دانشگاهی مورد
بررسی قرار گرفته است .  برای این مشکلات سه دلیل اصلی یافته شده است

1-  تعداد دانشگاههایی که دارای برنامه های قدرتمند و دراز مدت برروی تحقیق در
زمینه آهن ربا های دائمی هستند در سطح جهان اساسا کم هستند.بنابراین تعداد
اساتید،دانشجویان و فارغ التحصیلان در سطح جهانی در این حوزه بسیار کم می
باشند.

2-  بعلت دشواری مباحث،پیشرفت برای اساتید و فارخ التحصیلان و شاغلین در
این صنعت بسیار دشوار و طولانی است.این موضوع سبب میشود بسیاری در نیمه راه تسلیم
شده و آن را رها نمایند . مثال این موضوع در کشور ما نیز وجود دارد. دشواری درک
مفاهیم فیزیکی و اصطلاحات که لازم است روزانه در عملیات تولید بکار گرفته شود، عیب
یابی فرایند و ترمیم آن که  بسیاری از آنها محرمانه و جز دارائیهای هر کارخانه است.
متاسفانه به مسائل  در کشور ما اهمیت داده نمیشود (توجه داشته باشید هر تراشدهنده
جواهری علم تراش جواهر را به رایگان در اختیار کسی قرار نمیدهد)

3-  برای یافتن علم تولید آهن ربا مراجع آموزشی وجود ندارد. این موضوع
برای کسانی که قصد دارند وارد این صنعت شوند نیز به همین منوال است. تنها با ورود
به کارخانه تولید آهن ربا میتوانید مطالب آموزشی بیابید که غالبا محرمانه است .در
کارخانه های مواد پیشرفته که خود طراح و مبتکر فرایند ها و بهبود آنها و دستیابی و
زوایای گوناگون دانش هستند بسیاری از اطلاعات محرمانه تلقی شده و حساسیت خاصی نسبت
به آنها وجود دارد.

·  تجربه تغییر موتورهای استارتر خودرو از نوع بالشتکی به استفاده از
آهن رباهای دائمی سرامیکی در استاتور و تاثیر آنها در ساخت موتورهای ac در صنعت
لوازم خانگی بنام موتورهایdirect drive  زمینه های مناسبی را برای توسعه صنعتی کشور
فراهم نموده است.نمونه موتورهای ac direct drive  را میتوان در لباسشوئیهای کم مصرف
ساخت کشور کره جنوبی دید. آهن رباهای دائمی با کمک علم طراحی موتور های الکتریکی
توانسته اند شرایطی بسیار جالب و کارایی را برای تولید انواع موتورها که قادرند
مصرف انرژی الکتریکی را کاهش دهند را ایجاد نموده اند.یکی دیگر از کاربردها مواد
مغناطیسی سرامیکی استفاده از نوعی فریت است که بشر برای تجزیه گاز CO₂ به آن بسیار
دلبسته است و محققان امیدوارند این مواد بتوانند بخش عظیمی از مشکلات زیست محیطی و
گرم شدن کره زمین را توسط آنها کنترل نمایند.

·     یکی دیگر از کاربرد مواد مغناطیسی کاربرد آنها در درمان و تشخیص
کلیه سرطان ها و خصوصا سرطانهایی است که در بدن پخش میشوند. به کمک این روشها یی
میتوان تک تک سلولهای سرطانی را از بین برد . اولین موفقیتهای این روش در سال 2008
پس از 20 سال بدست آمده است.