Permeabilität

Inhaltsübersicht

Messung mittels Wirbelstrom | Definition | Klasssifizierungen | Hysterese | Anwendungen

Permeabilitätsmessungen mit Wirbelstrom

Quantitative Permeabilitätsmessungen sind mit der Wirbelstromprüfung oder der Barkhausen-Rauschen-Prüfung noch nicht möglich, aber SURAGUS setzt beide Technologien ein, um aus Schichten mit magnetischen Anteilen verwertbare Parameter abzuleiten. Dünne Schichten mit magnetischem Materialanteil wie Kobalt, Nickel oder Eisen werden in verschiedenen Industrien aus unterschiedlichen Gründen eingesetzt.

Hochfrequenz-Wirbelstromsysteme sind sehr empfindlich gegenüber magnetischen Eigenschaften. In vielen Fällen verstärkt die Permeabilität den Messeffekt, der genutzt werden kann, um andere Parameter wie z.B. die Materialstärke aus diesen Schichten abzuleiten.

Bitte lassen Sie sich von SURAGUS beraten, um Ihre magnetischen Schichten zu charakterisieren.

Definition

Im Elektromagnetismus ist die Permeabilität der Grad der Magnetisierung eines Materials in Reaktion auf ein Magnetfeld. Sie ist definiert als die Eigenschaft des Materials, die magnetische Kraftlinie durch das Objekt passieren zu lassen. Die magnetische Kraftlinie ist direkt proportional zur Leitfähigkeit des Materials.

Die magnetische Permeabilität wird üblicherweise durch µ beschrieben. Die Einheit der magnetischen Permeabilität ist H/m (Henries pro Meter) oder N*A-2 (Newton pro Ampere zum Quadrat). Die Permeabilität des freien Raums, wenn sich im Vakuum ein Magnetfeld ausbildet, wird als Permeabilitätskonstante µ0 bezeichnet. Bis 2019 wurde µ0 als magnetische Konstante mit dem Wert von μ0 = 4π × 10-7 H/m oder 12,57×10-7 H/m definiert.

Seitdem ist eine Revision des Internationalen Einheitensystems in Kraft getreten. µ0 wurde zu einem Wert, der experimentell abgeschätzt werden muss, zu 4π × 1,00000000082(20)×10-7 H⋅m-1

Die Permeabilität ist von einer Vielzahl von Parametern abhängig, wie z. B. der Lage im Medium, der angelegten Frequenz des Magnetfeldes, der Feuchtigkeit, der Temperatur usw.

Die magnetische Permeabilität eines Materials ist gleich dem Verhältnis von Feldstärke B zu Flussdichte H eines Materials.

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Die relative magnetische Permeabilität eines beliebigen Materials ist der Vergleich der Permeabilität gegenüber Luft oder Vauum:

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Klassifizierungen

Magnetische Werkstoffe können nach ihrer Permeabilität µr klassifiziert werden:

  • Diamagnetische Materialien 0 ≤ µr < 1, wie Cu, N oder Wasser
  • Paramagnetische Materialien µr > 1, wie z.B. O2 oder Atmosphäre
  • Ferromagnetische Materialien µr >> 1, wie z.B. Fe, Co, Ni

Die Permeabilität von diamagnetischen Materialien ist etwas kleiner als die Permeabilität im Vakuum. Diese Materialien oder Elemente neigen dazu, das Magnetfeld aus ihrem Körper herauszudrängen. Sie magnetisieren sich selbst gegen das äußere Magnetfeld. Paramagnetische Elemente verstärken das Magnetfeld, indem sie ihre atomaren magnetischen Momente nach dem äußeren Magnetfeld ausrichten. Ferromagnetische Materialien und Elemente neigen dazu, eine sehr hohe Permeabilität zu haben. Diese Materialien werden seit jeher in der Elektronik eingesetzt, z. B. in Spulen, Motoren und Transformatoren.

Hysterese

Die Permeabilität in ferromagnetischen Materialien ist nicht linear vom äußeren Magnetfeld abhängig. Das Verhalten von ferromagnetischen Werkstoffen wird häufig durch die Hysteresekurve beschrieben. Je nach Anwendungsfall werden unterschiedliche Definitionen der Permeabilität verwendet. Neben der typischen Berechnung wie oben erwähnt die differentielle Permeabilität, als Verlauf der Hysteresekurve. Die Permeabilität µ ist gleich dem Verhältnis des Verlaufs von

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Aufgrund von magnetischer Sättigung und magnetischer Remanenz ist die Permeabilität nicht konstant.

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Anwendungen

  • Chemische Industrie, z. B. zur Charakterisierung von Partikel- und Pulvermaterialien
  • Metallurgie, z. B. zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle
  • Mikrowellenabsorbierende Materialien, z. B. durch Erhöhung der magnetischen Permeabilität durch Modifikation der intrinsischen Materialparameter
  • Mikrowellen- und RF-Elektronik
  • III-V-Halbleiter
  • Photonische Bauelemente, z. B. optischer Wellenleiter-Modulator

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