Les aimants cylindriques, véritables « coureurs de fond » du monde magnétique, sont devenus des composants indispensables dans diverses industries et applications, des haut-parleurs aux capteurs, en passant par les moteurs et les équipements de magnétothérapie. Leur champ magnétique est clairement dirigé, leur bonne distance d'action axiale, leur excellente stabilité et leur faible coût. Bien qu'ils puissent être surpassés par des aimants plus puissants et modernes en termes de force magnétique absolue, aimants à tige sont toujours un choix irremplaçable et pratique dans les domaines qui nécessitent une directivité, une longue distance d'action, une stabilité à haute température et un faible coût.

Qu'est-ce qu'un aimant en barre ?

Un aimant barreau, comme son nom l'indique, est un aimant permanent allongé (cylindrique ou parallélépipédique). C'est l'une des formes les plus élémentaires et intuitives de la famille des aimants permanents. Ses principales propriétés physiques sont les suivantes :

* Répartition claire des pôles : les deux extrémités de la barre forment un pôle Nord (N) et un pôle Sud (S) stables, qui sont les zones où la force magnétique est la plus forte.

* Directivité du champ magnétique : Le champ magnétique s'étend principalement le long de l'axe longitudinal de la barre, formant une ligne de flux magnétique fermée et nette entre les deux pôles. Le champ magnétique au milieu de la barre est relativement faible.

* Composition du matériau : Le matériau le plus courant est la ferrite (aimant céramique) en raison de son faible coût, de sa bonne résistance à la corrosion et de sa stabilité. Le néodyme fer bore (NdFeB) ou l'aluminium nickel cobalt (AlNiCo) sont utilisés dans les applications hautes performances, offrant une force magnétique plus élevée.

Performance de base et charme unique

1. Champ magnétique dirigé, clair et contrôlable : Sa structure en bande longue guide naturellement la direction du champ magnétique, et les deux pôles sont clairs, ce qui le rend très avantageux dans les applications qui nécessitent une force magnétique dans une direction spécifique (comme les capteurs, l'agitation magnétique).

2. Équilibre entre force et taille : Bien que la force magnétique par unité de volume puisse ne pas être aussi bonne que celle de certains aimants compacts (tels que les aimants carrés), en augmentant la longueur, elle peut atteindre une portée magnétique significative dans une direction spécifique.

3. Solide et durable : les tiges de ferrite particulièrement frittées, qui ont une excellente résistance à la corrosion, une stabilité à la température (la température de fonctionnement peut atteindre 250 °C ou même plus) et une dureté physique, ne sont pas faciles à démagnétiser et ont une longue durée de vie.

4. Économique et pratique : les aimants à tige de ferrite sont l'un des aimants permanents les plus rentables et conviennent aux applications à grande échelle.

Comment le faire ?

Il existe deux principaux procédés de fabrication d'aimants à tige :

1. Procédé de frittage (courant dominant) :

* Mélange de matières premières : Mélanger de la ferrite (SrFe12O19 ou BaFe12O19) ou de la poudre magnétique de terres rares (comme NdFeB) avec un liant, etc.

* Pressage : Le mélange est pressé dans un moule en forme de tige sous un champ magnétique puissant. L'orientation du champ magnétique est une étape clé : elle permet d'aligner l'axe de magnétisation facile des particules de poudre magnétique sur toute la longueur de la tige, conférant à celle-ci une anisotropie (c'est-à-dire que ses propriétés magnétiques sont optimales sur toute sa longueur).

* Frittage à haute température : La feuille verte pressée est frittée et solidifiée dans un four à haute température (environ 1200-1300°C pour la ferrite et environ 1000-1100°C pour le NdFeB) pour former une structure microcristalline dense.

* Magnétisation : La « feuille verte » refroidie est placée dans un champ magnétique pulsé ultra-puissant pour la magnétisation afin d'activer son magnétisme.

* Traitement de surface et tests : Un revêtement (tel que l'époxy, le zinc, le nickel) peut être appliqué pour améliorer la résistance à la corrosion, suivi de tests dimensionnels, d'apparence et de performances magnétiques stricts.

2. Processus de collage :

* Mélange de poudre magnétique (comme la ferrite, le NdFeB ou le SmCo) avec du plastique (comme le nylon, le caoutchouc) ou de la résine.

* Fabriqué en forme de tige par moulage par injection ou moulage par compression.

* Les avantages sont que des formes complexes peuvent être fabriquées, une précision dimensionnelle élevée et une bonne ténacité ; les inconvénients sont que les propriétés magnétiques sont généralement inférieures à celles des aimants frittés du même matériau et que la résistance à la température est faible.

Omniprésent:

Les aimants en barre sont actifs dans de nombreux domaines en raison de leur forme unique et de leurs performances stables :

* Éducation et démonstration : Un outil pédagogique classique pour les classes de physique pour démontrer les pôles magnétiques, les lignes de champ magnétique et les interactions magnétiques.

* Détection et détection industrielles :

* Capteurs magnétiques : utilisés pour détecter la position, la vitesse et la vitesse de rotation (tels que les capteurs de vitesse de roue ABS automobiles).

* Interrupteurs magnétiques de porte : Le composant principal pour détecter l'état ouvert et fermé des portes et des fenêtres dans les systèmes de sécurité.

* Séparateurs magnétiques : Adsorbent et éliminent les impuretés ferromagnétiques dans le recyclage, l'exploitation minière et la transformation des aliments.

* Électronique et électricité :

* Haut-parleurs/récepteurs : composants clés pour fournir un champ magnétique constant à l'intérieur des haut-parleurs dynamiques traditionnels.

* Moteurs à courant continu : des aimants à tige sont utilisés dans certains petits moteurs à courant continu (tels que les moteurs jouets) pour fournir un champ magnétique statorique.

* Agitateurs magnétiques : Le cœur de l'agitateur (souvent enveloppé de Téflon) est la barre magnétique, qui est entraînée par un champ magnétique rotatif au fond du bécher.

* Nécessités quotidiennes : rideaux de porte magnétiques, attaches de boîte à outils, crochets magnétiques, etc.

* Recherche médicale et scientifique : Ils sont également utilisés dans certains équipements expérimentaux et de magnétothérapie simples (le caractère scientifique et la normalisation sont à noter). On les retrouve même dans certains composants anciens ou auxiliaires des systèmes d'imagerie par résonance magnétique (IRM).