Ferriittimagneettisten materiaalien laadut ja parametrit

Pehmeiden ferriittien laadut ja parametrit

Mangaani-sinkki (Mn-Zn) ferriitit

• Arvosanat Mn-Zn-ferriittejä on useita laatuluokkia, kuten T38, T44 ja T63. Jokainen laatuluokka on suunniteltu täyttämään tiettyjä suorituskykyvaatimuksia eri sovelluksissa. Esimerkiksi T38:aa käytetään usein suhteellisen matalilla taajuuksilla (50–60 Hz) toimivissa tehomuuntajissa sen korkean permeabiliteetin ja alhaisen ydinhäviön vuoksi näillä taajuuksilla. T44 soveltuu keskitaajuisiin sovelluksiin, kuten kytkentävirtalähteisiin, kun taas T63:a käytetään korkeataajuisissa sovelluksissa aina muutamaan megahertsiin asti, kuten tietyntyyppisissä induktoreissa.
• Parametrit
  • Läpäisevyys (μ) Mn-Zn-ferriiteillä on korkea alkupermeabiliteetti, tyypillisesti 1000 - 10000. Korkea permeabiliteetti mahdollistaa tehokkaan magneettisen kytkennän ja energiansiirron muuntajissa ja induktoreissa. Esimerkiksi tehomuuntajassa korkean permeabiliteetin omaava ydin vähentää tarvittavaa magnetointivirtaa, mikä parantaa muuntajan kokonaishyötysuhdetta.
  • Ydinhäviö (P) Ydinhäviö on ratkaiseva parametri, erityisesti tehonkäsittelysovelluksissa. Se koostuu hystereesihäviöstä ja pyörrevirtahäviöstä. Mn-Zn-ferriitit on suunniteltu minimoimaan ydinhäviö aiotuilla toimintataajuuksilla. Matalilla taajuuksilla hystereesihäviö on hallitseva, kun taas korkeilla taajuuksilla pyörrevirtahäviö on merkittävämpi. Optimoimalla koostumusta ja mikrorakennetta valmistajat voivat vähentää molempia häviöitä.
  • Saturaatiovuon tiheys (Bs) Mn-Zn-ferriittien kyllästysvuontiheys on suhteellisen alhainen, yleensä noin 0,3–0,5 T. Tämä rajoittaa ytimen kuljettaman suurimman magneettivuon ilman kyllästymistilaa. Monissa sovelluksissa, joissa suurvuotoimintaa ei vaadita, kuten signaalinkäsittelymuuntajissa, tämä ei kuitenkaan ole merkittävä haittapuoli.

Nikkeli-sinkki (Ni-Zn) ferriitit

• Arvosanat Yleisiä luokkia ovat N47, N72 ja N97. N47:ää käytetään usein laajakaistamuuntajissa ja EMI-suodattimissa (sähkömagneettiset häiriöt), jotka toimivat taajuusalueella 1–100 MHz. N72 soveltuu korkeamman taajuuden sovelluksiin, jopa useiden satojen megahertsien taajuuksiin, kuten mobiililaitteiden antennien ytimiin. N97:ää käytetään erittäin korkeataajuisissa sovelluksissa, kuten joissakin mikroaaltokomponenteissa.
• Parametrit
  • Läpäisevyys (μ) Ni-Zn-ferriiteillä on alhaisempi permeabiliteetti verrattuna Mn-Zn-ferriitteihin, tyypillisesti välillä 10–1000. Tätä alhaisempaa permeabiliteettia kompensoi niiden kyky toimia paljon korkeammilla taajuuksilla.
  • Resistiivisyys (ρ) Yksi Ni-Zn-ferriittien tärkeimmistä eduista on niiden korkea sähkönvastus, joka voi olla jopa 10⁸ - 10¹⁰ ω·m. Korkea resistiivisyys vähentää pyörrevirtahäviöitä korkeilla taajuuksilla, mikä tekee niistä ihanteellisia korkeataajuussovelluksiin.
  • Curie-lämpötila (Tc) Ni-Zn-ferriittien Curie-lämpötila on suhteellisen korkea, yleensä yli 200°C. Tämä osoittaa, että ne voivat säilyttää magneettiset ominaisuutensa laajalla lämpötila-alueella, mikä on tärkeää sovelluksissa, joissa laite voi altistua vaihteleville lämpötiloille.

Kovaferriittilaadut ja parametrit

Strontiumferriitti (SrFe₁₂O₁₉)

• Arvosanat Teräslajit luokitellaan usein niiden magneettisten ominaisuuksien perusteella, kuten esimerkiksi korkeaenergisen tulon (BH) maksimiarvoiset lajit. Esimerkiksi on olemassa standardin mukaisia suorituskykylaatuja, joiden (BH)max on noin 28–32 kJ/m².³ ja korkean suorituskyvyn omaavia laatuja, joiden (BH)max on jopa 40 kJ/m²³. Korkean suorituskyvyn omaavia laatuja käytetään sovelluksissa, joissa vaaditaan voimakasta ja vakaata magneettikenttää, kuten huippuluokan kaiuttimissa ja sähkömoottoreissa.
• Parametrit
  • Remanenssi (Br) Strontiumferriiteillä on suhteellisen korkea remanenssi, tyypillisesti välillä 0,35–0,45 T. Jäännösarvo on materiaaliin jäävä magneettivuon tiheys ulkoisen magneettikentän poistamisen jälkeen, ja korkea arvo osoittaa, että magneetti voi säilyttää voimakkaan magneettikentän.
  • Koersitiivisuus (Hc) Strontiumferriittien koersitiivisuus on korkea, yleensä noin 200–400 kA/m. Korkea koersitiivisuus tarkoittaa, että magneetti kestää demagnetisoitumista, mikä on olennaista kestomagneettisovelluksissa.
  • Lämpötilan vakaus Strontiumferriiteillä on hyvä lämpötilankestävyys. Niiden magneettiset ominaisuudet muuttuvat suhteellisen vähän laajalla lämpötila-alueella, tyypillisesti - 40°C:stä 150°C. Tämä tekee niistä sopivia käytettäväksi ulko- ja autoteollisuudessa, joissa lämpötilan vaihtelut ovat yleisiä.

Bariumferriitti (BaFe₁2O19)

• Arvosanat Samoin kuin strontiumferriitit, myös bariumferriitit luokitellaan niiden magneettisten ominaisuuksien perusteella. On olemassa yleiskäyttöisiä laatuja ja korkean suorituskyvyn laatuja. Korkean suorituskyvyn omaavia laatuja käytetään sovelluksissa, joissa vaaditaan suurta magneettista lujuutta ja vakautta, kuten magneettisissa tallennusvälineissä ja erittäin tarkoissa antureissa.
• Parametrit
  • Remanenssi (Br) Bariumferriittien jäännösjännitys on 0,3–0,4 T, mikä on verrattavissa strontiumferriittien jäännösjännitykseen.
  • Koersitiivisuus (Hc) Bariumferriittien koersitiivisuus on myös korkea, noin 150–350 kA/m. Tämä korkea koersitiivisuus varmistaa, että magneetti kestää ulkoisia magneettikenttiä ja mekaanisia rasituksia menettämättä magnetointiaan.
  • Korroosionkestävyys Bariumferriiteillä on erinomainen korroosionkestävyys. Ne reagoivat kosteuden ja muiden ympäristötekijöiden kanssa harvemmin kuin jotkut muut magneettiset materiaalit, minkä ansiosta ne soveltuvat käytettäväksi ankarissa olosuhteissa.

Johtopäätös

Ferriittimagneettisten materiaalien laadut ja parametrit ovat ratkaisevassa roolissa niiden soveltuvuuden määrittämisessä erilaisiin sovelluksiin. Pehmeät ferriitit, joilla on korkea permeabiliteetti ja alhainen ydinhäviö tietyillä taajuuksilla, sopivat ihanteellisesti muuntajiin ja induktoreihin. Kovia ferriittejä puolestaan käytetään korkean remanenssinsa ja koersitiivisuutensa ansiosta kestomagneetteina monenlaisissa laitteissa. Näiden laatujen ja parametrien ymmärtäminen antaa insinööreille ja suunnittelijoille mahdollisuuden valita sopivimman ferriittimagneettisen materiaalin erityistarpeisiinsa varmistaen lopputuotteen optimaalisen suorituskyvyn ja luotettavuuden.