Tous les types de matériaux et de substances possèdent une forme de propriétés magnétiques, qui sont énumérées plus loin dans cet article. Mais normalement, le terme « matériaux magnétiques » n'est utilisé que pour les matériaux ferromagnétiques (description ci-dessous), bien que les matériaux puissent être classés dans les catégories suivantes en fonction des propriétés magnétiques qu'ils présentent. Les deux types de magnétisme les plus courants sont le diamagnétisme et le paramagnétisme, qui représentent la majorité du tableau périodique des éléments à température ambiante. Ces éléments sont généralement appelés non magnétiques, tandis que ceux qui sont appelés magnétiques sont en fait classés comme ferromagnétiques. Le seul autre type de magnétisme observé dans les éléments purs à température ambiante est l'antiferromagnétisme. Enfin, les matériaux magnétiques peuvent également être classés comme ferrimagnétiques, bien que cela ne soit pas observé dans les éléments purs, mais uniquement dans des composés, tels que les oxydes mixtes, connus sous le nom de ferrites, dont le ferrimagnétisme tire son nom. La valeur de la susceptibilité magnétique se situe dans une plage particulière pour chaque type de matériau.

Les matériaux qui ne sont pas fortement attirés par un aimant sont connus sous le nom de matériaux paramagnétiques. Par exemple : l'aluminium, l'étain, le magnésium, etc. Leur perméabilité relative est faible mais positive. Par exemple : la perméabilité de l'aluminium est de : 1,00000065. Ces matériaux ne sont magnétisés que lorsqu'ils sont placés sur un champ magnétique super puissant et agissent dans la direction du champ magnétique.

Les matériaux paramagnétiques ont des dipôles atomiques individuels orientés de manière aléatoire comme indiqué ci-dessous :

La force magnétique résultante est donc nulle. Lorsqu'un fort champ magnétique externe est appliqué, les dipôles magnétiques permanents s'orientent parallèlement au champ magnétique appliqué et donnent lieu à une magnétisation positive. Comme l'orientation des dipôles parallèles au champ magnétique appliqué n'est pas complète, la magnétisation est très faible.

Les matériaux qui sont repoussés par un aimant, tels que le zinc, le mercure, le plomb, le soufre, le cuivre, l'argent, le bismuth, le bois, etc., sont connus sous le nom de matériaux diamagnétiques. Leur perméabilité est légèrement inférieure à un. Par exemple, la perméabilité relative du bismuth est de 0,00083, du cuivre de 0,000005 et du bois de 0,9999995. Ils sont légèrement magnétisés lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique très fort et agissent dans la direction opposée à celle du champ magnétique appliqué.

Dans les matériaux diamagnétiques, les deux champs magnétiques relativement faibles causés par la révolution orbitale et la rotation axiale des électrons autour du noyau sont dans des directions opposées et s'annulent mutuellement. Les dipôles magnétiques permanents sont absents dans ces matériaux. Les matériaux diamagnétiques n'ont que très peu ou pas d'applications en génie électrique.

Dans un matériau diamagnétique, les atomes n'ont pas de moment magnétique net lorsqu'il n'y a pas de champ appliqué. Sous l'influence d'un champ appliqué (H), les électrons en rotation précessent et ce mouvement, qui est un type de courant électrique, produit une magnétisation (M) dans la direction opposée à celle du champ appliqué. Tous les matériaux ont un effet diamagnétique, cependant, il arrive souvent que l'effet diamagnétique soit masqué par le terme paramagnétique ou ferromagnétique plus important. La valeur de la susceptibilité est indépendante de la température.

Les matériaux qui sont fortement attirés par un champ magnétique ou un aimant sont connus sous le nom de matériaux ferromagnétiques, par exemple : le fer, l'acier, le nickel, le cobalt, etc. La perméabilité de ces matériaux est très très élevée (allant jusqu'à plusieurs centaines ou milliers).

Les effets magnétiques opposés du mouvement orbital des électrons et du spin des électrons ne s'éliminent pas mutuellement dans un atome d'un tel matériau. Il y a une contribution relativement importante de chaque atome qui aide à l'établissement d'un champ magnétique interne, de sorte que lorsque le matériau est placé dans un champ magnétique, sa valeur est augmentée de nombreuses fois la valeur qui était présente dans l'espace libre avant que le matériau n'y soit placé.

Aux fins du génie électrique, il suffira de classer les matériaux comme simplement ferromagnétiques et non-ferromagnétiques. Ces derniers incluent des matériaux dont la perméabilité relative est pratiquement égale à l'unité, tandis que les premiers ont une perméabilité relative plusieurs fois supérieure à l'unité. Les matériaux paramagnétiques et diamagnétiques tombent dans les matériaux non-ferromagnétiques.

3.1 Matériaux ferromagnétiques doux

Ils ont une perméabilité relative élevée, une faible force coercitive, sont facilement magnétisés et démagnétisés et ont une hystérésis extrêmement faible. Les matériaux ferromagnétiques doux sont le fer et ses divers alliages avec des matériaux comme le nickel, le cobalt, le tungstène et l'aluminium. La facilité de magnétisation et de démagnétisation les rend très adaptés aux applications impliquant un flux magnétique changeant comme dans les électro-aimants, les moteurs électriques, les générateurs, les transformateurs, les inducteurs, les récepteurs téléphoniques, les relais, etc. Ils sont également utiles pour le blindage magnétique. Leurs propriétés peuvent être grandement améliorées grâce à une fabrication soignée et par chauffage et recuit lent afin d'atteindre un haut degré de pureté cristalline. Un grand moment magnétique à température ambiante rend les matériaux ferromagnétiques doux extrêmement utiles pour les circuits magnétiques, mais les ferromagnétiques sont de très bons conducteurs et subissent une perte d'énergie due aux courants de Foucault produits en leur sein. Il y a une perte d'énergie supplémentaire due au fait que la magnétisation ne se déroule pas en douceur mais par de minuscules sauts. Cette perte est appelée perte résiduelle magnétique et elle dépend uniquement de la fréquence de la densité de flux changeante et non de son amplitude.

3.2 Matériaux ferromagnétiques durs

Ils ont une perméabilité relativement faible et une force coercitive très élevée. Ceux-ci sont difficiles à magnétiser et à démagnétiser. Les matériaux ferromagnétiques durs typiques comprennent l'acier au cobalt et divers alliages ferromagnétiques de cobalt, d'aluminium et de nickel. Ils conservent un pourcentage élevé de leur magnétisation et ont une perte d'hystérésis relativement élevée. Ils sont très bien adaptés pour une utilisation comme aimants permanents pour les haut-parleurs, les instruments de mesure, etc.

Les ferrites sont un groupe spécial de matériaux ferromagnétiques qui occupent une position intermédiaire entre les matériaux ferromagnétiques et non-ferromagnétiques. Ils sont constitués de particules extrêmement fines d'un matériau ferromagnétique possédant une perméabilité élevée, et sont maintenues ensemble avec une résine de liaison. La magnétisation produite dans les ferrites est assez grande pour avoir une valeur commerciale, mais leur saturation magnétique n'est pas aussi élevée que celle des matériaux ferromagnétiques. Comme dans le cas des ferromagnétiques, les ferrites peuvent être des ferrites douces ou dures.

4.1 Ferrites douces

Les aimants en céramique, également appelés céramiques ferromagnétiques, sont fabriqués à partir d'oxyde de fer, Fe2O3, avec un ou plusieurs oxydes divalents tels que NiO, MnO ou ZnO. Ces aimants présentent une boucle d'hystérésis carrée et une résistance élevée, la démagnétisation étant appréciée pour les aimants destinés aux machines de calcul où une haute résistance est souhaitée. Le grand avantage des ferrites est leur résistivité élevée. Les aimants commerciaux ont une résistivité pouvant atteindre 10^9 ohm-cm. Les courants de Foucault résultant de champs alternatifs sont donc minimisés, ce qui étend le domaine d'application de ces matériaux magnétiques aux hautes fréquences, voire aux micro-ondes. Les ferrites sont fabriquées avec soin en mélangeant des oxydes en poudre, en compactant et en frittant à haute température. Les transformateurs haute fréquence dans les téléviseurs et les récepteurs à modulation de fréquence sont presque toujours équipés de noyaux en ferrite.

4.2 Ferrites dures

Ce sont des matériaux magnétiques permanents en céramique. La famille la plus importante de ferrites dures a une composition de base MO.Fe2O3 où M est un ion baryum (Ba) ou strontium (Sr). Ces matériaux ont une structure hexagonale, sont peu coûteux et peu denses. Les ferrites dures sont utilisées dans les générateurs, relais et moteurs. Les applications électroniques incluent des aimants pour haut-parleurs, sonneries de téléphone et récepteurs. Elles sont également utilisées dans des dispositifs de maintien pour ferme-porte, joints, loquets et dans plusieurs modèles de jouets.

Source originale : https://electronicspani.com/types-of-magnetic-materials/

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