«Champ magnétique de la terre».

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1 Connu depuis des millénaires, le magnétisme est considéré comme une science à part entière depuis le début du siècle. Les matériaux industriels modernes n ont connu le jour que dans les années 1930, avec les alliages fer, nickel et aluminium. Les années 60 ont vu le développement industriel des aimants de type ferrite, qui sont aujourd hui largement utilisés. Les alliages de terres rares ont pris leur essor pendant les années 70 (samarium cobalt) et 80 (néodyme fer bore). «Champ magnétique de la terre».

2 MATERIAUX MAGNETIQUES Aimants en ferrite De la famille des céramiques, la ferrite est disponible en grandes quantités et donc peu coûteuse. Dans la majorité des cas, ce matériau est orienté, pressé, puis fritté à haute température. Son aimantation se réalise donc toujours selon une direction privilégiée (direction d anisotropie). Insensible à l oxydation et aux influences atmosphériques, c est le matériau le plus utilisé dans tous les domaines : fixation, moteurs, détection. Utilisation jusqu à 250 C. Aimants en néodyme De la famille des «Terres Rares», ce sont actuellement les aimants disposant des meilleures caractéristiques magnétiques. Obtenus par compression de poudre d alliage dans un champ magnétique puis par frittage à chaud dans une atmosphère contrôlée, des opérations de découpe donnent les dimensions finales. Sensibles à la corrosion et à la température, ils peuvent recevoir des traitements adaptés aux conditions d utilisation : revêtement métal, époxy etc Toutefois, certains grades permettent de les utiliser jusqu à 180 C. Aimants alnico Obtenus à base d alliages de métaux : aluminium, nickel, cobalt, fer, cuivre, titane. Ce matériau est coulé à haute température. L aimantation se réalise en général selon une direction privilégiée, celle de la plus grande longueur. De par leur grande stabilité thermique (de 270 à 450 C), on les utilise notamment dans les instruments de mesure. Aimants en samarium/cobalt De la famille des «Terres Rares», c est un alliage dont il existe deux variantes principales : Sm Co 5 et Sm 2 Co 17. Les aimants sont obtenus par compression de poudre d alliage dans un champ magnétique puis par frittage à chaud. Beaucoup moins sensibles à la corrosion et à la température que les aimants néodyme fer bore, ils fournissent une force magnétique très élevée à petite dimension et peuvent s utiliser jusqu à 300 C. Composites souples Ils sont formés d un élastomère synthétique chargé de poudre de ferrite. Le choix des poudres comme des polymères de base donne un éventail de propriétés magnétiques, mécaniques etc. Présentés en feuilles et en rouleaux aimantés sur une ou deux faces, les élastomères magnétiques ont une durée d utilisation pratiquement illimitée dans des conditions d emploi normales (de 70 C à 120 C selon les grades). Composites plaqués Composés d une feuille de composite souple collée à une tôle d acier. La tôle permet de bien répartir les efforts mécaniques et de renforcer les performances magnétiques. Aimants composites injectés ferrite et néodyme Matériau composite réalisé avec une matrice thermoplastique et une poudre d aimant ferrite ou néodyme fer bore. Le moulage par injection permet d obtenir des formes complexes et précises ainsi que de bonnes propriétés physiques. Aimants composites compressés Matériau composite réalisé avec une matrice thermodurcissable. Ce procédé permet d obtenir des formes simples (cylindres, blocs, tubes). 50 ARELEC

3 51 CARACTÉRISTIQUES DES PRINCIPAUX MATÉRIAUX MAGNÉTIQUES* MATERIAU PRODUIT D ENERGIE (BxH) MAXI en kj/m3 REMANENCE Br en mt CHAMP COERCITIF Hc J en ka/m COEFFICIENT DE TEMPERATURE PAR C SUR LE Br en % TEMPERATURE MAXI D UTILI- SATION EN C DENSITE EN g/cm3 POINT DE CURIE EN C Composite injecté ferrite NA Composites souples NA Ferrite Composite injecté Néodyme Fer Bore à NA Alnico Composite Néodyme Fer Bore compressé à NA Samarium Cobalt Néodyme Fer Bore * Les informations du tableau sont données à titre indicatif. Elles peuvent varier selon la géométrie et l environnement du matériau.

4 TYPOLOGIE DE L AIMANTATION Pour répondre aux différents besoins, diverses configurations de pôles peuvent être réalisées. Il est nécessaire d employer une dénomination commune pour les désigner. Lorsque l aimant est anisotrope (c est-à-dire orienté lors de son élaboration), il faut en tenir compte lors du choix du dessin des lignes de flux. A l exception notable des Alnico, les matériaux sont généralement orientés selon leur épaisseur. Aimantation Axiale selon la longueur Radiale Segments de cylindre Axiale selon l épaisseur Radiale Multipolaire périphérique Multipolaire 1 face Radiale Multipolaire intérieure/extérieure Diamétrale Multipolaire 2 faces Multipolaire frontale Radiale 52 ARELEC

5 53 CYCLE D HYSTERÉSIS D UN AIMANT FERRITE FRITTÉ ANISOTROPE (B ET J EN TESLA) B.H max B et J en Tesla J J 0.5 Br B = f(h) J = f(h) Hc B H en A/m La figure ci-dessus montre un cycle d hystérésis avec les principales grandeurs qui caractérisent un aimant permanent : Br : est l induction magnétique rémanente ou rémanence. Cette grandeur correspond à l aptitude d aimantation résiduelle en l absence d excitation magnétique extérieure (H est égal à zéro). Hc J : le champ coercitif intrinsèque. Il caractérise la capacité d un aimant à conserver son aimantation initiale. Hc B : force coercitive ou coercivité. Cette valeur correspond au point de fonctionnement du cycle d hystérésis pour lequel un aimant n est plus susceptible de fournir de l énergie magnétique. B.H max : représente la densité maximale d énergie que peut fournir un aimant. C est le produit B x H maximum des points qui constituent la courbe B=f(H) dans le deuxième quadrant. Cette valeur correspond à un point de travail déterminé. Elle donne une indication des performances de l aimant permanent. Toutes ces caractéristiques se trouvent dans le deuxième quadrant du cycle d hystérésis qui est celui qui intéresse l utilisateur.

6 LEXIQUE TECHNIQUE Aimant anisotrope La plupart des matériaux modernes sont anisotropes, c est-à-dire orientés. Lors de sa mise en œuvre, la fabrication impose au matériau une direction d aimantation. Les performances magnétiques en sont considérablement améliorées car l induction rémanente est quasiment doublée. Aimant permanent Sous ce nom se rangent plusieurs familles de matériaux, ayant des propriétés magnétiques plus ou moins évoluées : alnico, ferrites frittées, samarium cobalt et néodyme fer bore. Ces matériaux ont la particularité de restituer une aimantation en l absence d un champ magnétique extérieur. Aimantation d un aimant Opération qui consiste à placer un aimant dans un champ magnétique H qui le polarise dans une direction privilégiée. Champ coercitif Champ magnétique contraire nécessaire à l élimination de la magnétisation résiduelle. Le magnétisme n est pas suffisamment «imprégné» dans un matériau et ne demeure dans celui-ci que lorsque le champ contraire est de force équivalente. Coefficient de température Indique l évolution de la rémanence en % par C de variation de température à partir d une température donnée. Entrefer Espace magnétique entre les pôles d un aimant. Perméabilité Capacité de conduction magnétique. Point de curie Température au-delà de laquelle l aimantation est détruite de manière irréversible. Tableau de conversion des systèmes CGS/SI CGS to SI SI to CGS 1 maxwell = 10-8 Wb 1 G = 10-4 T 1 kg = 1 dt 1 Oe = A/m 1 koe = ka/m 1 Oe = 10-4 T 1 koe = 1 dt 1 GOe = x 10-4 J/m 3 1 MGOe = 7.96 kj/m 3 1 GOe = 10-8 T -2 1 MGOe = 1 dt 2 1 Wb = 1 V-s = 10 8 maxwells 1 T = 1 Wb/m 2 = 10 4 G 1 dt = 1 kg 1 A/m = x 10-3 Oe 1kA/m = Oe 1 T = 10 4 Oe 1 dt = 1 koe 1 J/m 3 = GOe 1 kj/m 3 = x 10-2 MGOe 1 T 2 = 10 8 GOe 1 dt 2 = 1 MGOe 54 ARELEC