Güteklassen und Parameter magnetischer Ferritmaterialien

Weichferritsorten und -parameter

Mangan-Zink-Ferrite (Mn-Zn)

• Noten : Es gibt mehrere Sorten von Mn-Zn-Ferriten, wie z. B. T38, T44 und T63. Jede Klasse ist darauf ausgelegt, spezifische Leistungsanforderungen in unterschiedlichen Anwendungen zu erfüllen. Beispielsweise wird T38 aufgrund seiner hohen Permeabilität und des geringen Kernverlusts bei diesen Frequenzen häufig in Leistungstransformatoren verwendet, die bei relativ niedrigen Frequenzen (50–60 Hz) arbeiten. T44 eignet sich für Mittelfrequenzanwendungen wie Schaltnetzteile, während T63 in Hochfrequenzanwendungen bis zu einigen Megahertz verwendet wird, beispielsweise in einigen Arten von Induktoren.
• Parameter
  • Durchlässigkeit (μ) : Mn-Zn-Ferrite haben hohe Anfangspermeabilitäten, die typischerweise im Bereich von 1000 bis 10000 liegen. Eine hohe Permeabilität ermöglicht eine effiziente magnetische Kopplung und Energieübertragung in Transformatoren und Induktoren. Beispielsweise reduziert ein Kern mit hoher Permeabilität in einem Leistungstransformator den erforderlichen Magnetisierungsstrom und verbessert so die Gesamteffizienz des Transformators.
  • Kernverlust (P) : Der Kernverlust ist ein entscheidender Parameter, insbesondere bei Anwendungen zur Leistungshandhabung. Er besteht aus Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten. Mn-Zn-Ferrite sind so konzipiert, dass sie den Kernverlust bei den vorgesehenen Betriebsfrequenzen minimieren. Bei niedrigen Frequenzen überwiegt der Hystereseverlust, während bei hohen Frequenzen der Wirbelstromverlust stärker ins Gewicht fällt. Durch die Optimierung der Zusammensetzung und Mikrostruktur können Hersteller beide Arten von Verlusten reduzieren.
  • Sättigungsflussdichte (Bs) : Die Sättigungsflussdichte von Mn-Zn-Ferriten ist relativ niedrig und liegt normalerweise bei etwa 0,3 – 0,5 T. Dies begrenzt den maximalen magnetischen Fluss, der vom Kern getragen werden kann, ohne in die Sättigung zu geraten. In vielen Anwendungen, in denen kein Betrieb mit hohem Fluss erforderlich ist, wie beispielsweise in Signalverarbeitungstransformatoren, ist dies jedoch kein großer Nachteil.

Nickel-Zink-Ferrite (Ni-Zn)

• Noten : Gängige Klassen sind N47, N72 und N97. N47 wird häufig in Breitbandtransformatoren und EMI-Filtern (elektromagnetische Interferenz) verwendet, die im Frequenzbereich von 1 bis 100 MHz arbeiten. N72 eignet sich für Hochfrequenzanwendungen bis zu mehreren hundert Megahertz, beispielsweise in Antennenkernen für mobile Kommunikationsgeräte. N97 wird in Ultrahochfrequenzanwendungen verwendet, beispielsweise in einigen Arten von Mikrowellenkomponenten.
• Parameter
  • Durchlässigkeit (μ) : Ni-Zn-Ferrite haben im Vergleich zu Mn-Zn-Ferriten geringere Permeabilitäten, typischerweise im Bereich von 10 – 1000. Diese geringere Permeabilität wird durch ihre Fähigkeit kompensiert, bei viel höheren Frequenzen zu arbeiten.
  • Spezifischer Widerstand (ρ) : Einer der Hauptvorteile von Ni-Zn-Ferriten ist ihr hoher elektrischer Widerstand, der bis zu 10⁸ betragen kann. 10¹⁰ ω·M. Ein hoher spezifischer Widerstand reduziert Wirbelstromverluste bei hohen Frequenzen und macht sie ideal für Hochfrequenzanwendungen.
  • Curietemperatur (Tc) : Die Curietemperatur von Ni - Zn Ferriten ist relativ hoch, in der Regel über 200°C. Dies weist darauf hin, dass sie ihre magnetischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich beibehalten können, was bei Anwendungen wichtig ist, bei denen das Gerät unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sein kann.

Hartferritsorten und -parameter

Strontiumferrit (SrFe₁₂O₁₉)

• Noten : Güten werden häufig auf Grundlage ihrer magnetischen Eigenschaften klassifiziert, beispielsweise Güten mit hohem Energieprodukt (BH)max. Beispielsweise gibt es Standard-Leistungsklassen mit einem (BH)max von etwa 28 - 32 kJ/m³ und Hochleistungstypen mit einem (BH)max von bis zu 40 kJ/m³. Hochleistungstypen werden in Anwendungen eingesetzt, in denen ein starkes und stabiles Magnetfeld erforderlich ist, beispielsweise in High-End-Lautsprechern und Elektromotoren.
• Parameter
  • Remanenz (Br) : Strontiumferrite haben eine relativ hohe Remanenz, typischerweise im Bereich von 0,35 – 0,45 T. Remanenz ist die magnetische Flussdichte, die im Material verbleibt, nachdem das externe Magnetfeld entfernt wurde, und ein hoher Wert zeigt an, dass der Magnet ein starkes Magnetfeld behalten kann.
  • Koerzitivfeldstärke (Hc) : Die Koerzitivfeldstärke von Strontiumferriten ist hoch, normalerweise etwa 200 - 400 kA/m. Eine hohe Koerzitivfeldstärke bedeutet, dass der Magnet resistent gegen Entmagnetisierung ist, was für Permanentmagnetanwendungen unerlässlich ist.
  • Temperaturstabilität : Strontiumferrite haben eine gute Temperaturstabilität. Ihre magnetischen Eigenschaften ändern sich über einen weiten Temperaturbereich relativ wenig, typischerweise von - 40°C bis 150°C. Dadurch eignen sie sich für den Einsatz im Außenbereich und in Automobilanwendungen, bei denen Temperaturschwankungen üblich sind.

Bariumferrit (BaFe₁₂O₁₉)

• Noten : Ähnlich wie Strontiumferrite werden auch Bariumferrite anhand ihrer magnetischen Eigenschaften klassifiziert. Es gibt Allzwecksorten und Hochleistungssorten. Hochleistungssorten werden in Anwendungen eingesetzt, in denen eine hohe magnetische Stärke und Stabilität erforderlich ist, beispielsweise in magnetischen Aufzeichnungsmedien und hochpräzisen Sensoren.
• Parameter
  • Remanenz (Br) : Bariumferrite haben eine Remanenz im Bereich von 0,3 – 0,4 T, die mit der von Strontiumferriten vergleichbar ist.
  • Koerzitivfeldstärke (Hc) : Die Koerzitivfeldstärke von Bariumferriten ist ebenfalls hoch und liegt bei etwa 150 – 350 kA/m. Diese hohe Koerzitivfeldstärke stellt sicher, dass der Magnet äußeren Magnetfeldern und mechanischen Belastungen standhält, ohne seine Magnetisierung zu verlieren.
  • Korrosionsbeständigkeit : Bariumferrite haben eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Im Vergleich zu anderen magnetischen Materialien reagieren sie weniger auf Feuchtigkeit und andere Umweltfaktoren und eignen sich daher für den Einsatz in rauen Umgebungen.

Abschluss

Die Qualität und Parameter von Ferrit-Magnetmaterialien spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung ihrer Eignung für verschiedene Anwendungen. Weiche Ferrite sind aufgrund ihrer hohen Permeabilität und geringen Kernverluste bei bestimmten Frequenzen ideal für Transformatoren und Induktoren. Hartferrite hingegen werden aufgrund ihrer hohen Remanenz und Koerzitivfeldstärke als Permanentmagnete in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt. Durch das Verständnis dieser Güteklassen und Parameter können Ingenieure und Designer das für ihre spezifischen Anforderungen am besten geeignete Ferritmagnetmaterial auswählen und so eine optimale Leistung und Zuverlässigkeit des Endprodukts sicherstellen.