Gradi e parametri del materiale magnetico in ferrite

Gradi e parametri della ferrite morbida

Ferriti di manganese - zinco (Mn - Zn)

• Gradi : Esistono diversi gradi di ferriti Mn-Zn, come T38, T44 e T63. Ogni grado è progettato per soddisfare requisiti prestazionali specifici in diverse applicazioni. Ad esempio, il T38 viene spesso utilizzato nei trasformatori di potenza che operano a frequenze relativamente basse (50-60 Hz) grazie alla sua elevata permeabilità e alla bassa perdita del nucleo a queste frequenze. Il T44 è adatto per applicazioni a media frequenza, come gli alimentatori switching, mentre il T63 è utilizzato in applicazioni ad alta frequenza fino a pochi megahertz, come in alcuni tipi di induttori.
• Parametri
  • Permeabilità (μ) : Le ferriti Mn-Zn hanno permeabilità iniziali elevate, in genere comprese tra 1000 e 10000. L'elevata permeabilità consente un accoppiamento magnetico e un trasferimento di energia efficienti nei trasformatori e negli induttori. Ad esempio, in un trasformatore di potenza, un nucleo ad alta permeabilità riduce la corrente magnetizzante richiesta, migliorando l'efficienza complessiva del trasformatore.
  • Perdita del nucleo (P) : La perdita del nucleo è un parametro cruciale, soprattutto nelle applicazioni di gestione della potenza. Si compone di perdite per isteresi e perdite per correnti parassite. Le ferriti Mn-Zn sono progettate per ridurre al minimo le perdite del nucleo alle frequenze operative previste. Alle basse frequenze prevale la perdita per isteresi, mentre alle alte frequenze diventa più significativa la perdita per correnti parassite. Ottimizzando la composizione e la microstruttura, i produttori possono ridurre entrambi i tipi di perdite.
  • Densità di flusso di saturazione (Bs) : La densità di flusso di saturazione delle ferriti Mn-Zn è relativamente bassa, solitamente intorno a 0,3-0,5 T. Ciò limita il flusso magnetico massimo che può essere trasportato dal nucleo senza entrare in saturazione. Tuttavia, in molte applicazioni in cui non è richiesto il funzionamento ad alto flusso, come nei trasformatori di elaborazione del segnale, questo non rappresenta un grosso svantaggio.

Ferriti di nichel-zinco (Ni-Zn)

• Gradi : I gradi più comuni sono N47, N72 e N97. N47 è spesso utilizzato nei trasformatori a banda larga e nei filtri EMI (interferenze elettromagnetiche) che operano nella gamma di frequenza da 1 a 100 MHz. N72 è adatto per applicazioni a frequenze più elevate, fino a diverse centinaia di megahertz, come nei nuclei delle antenne per dispositivi di comunicazione mobile. L'N97 viene utilizzato in applicazioni ad altissima frequenza, come in alcuni tipi di componenti a microonde.
• Parametri
  • Permeabilità (μ) : Le ferriti Ni-Zn hanno permeabilità inferiori rispetto alle ferriti Mn-Zn, in genere nell'intervallo 10 - 1000. Questa minore permeabilità è compensata dalla loro capacità di operare a frequenze molto più elevate.
  • Resistività (ρ) : Uno dei principali vantaggi delle ferriti Ni-Zn è la loro elevata resistività elettrica, che può arrivare fino a 10⁸ - 10¹⁰ ω·M. L'elevata resistività riduce le perdite per correnti parassite alle alte frequenze, rendendoli ideali per applicazioni ad alta frequenza.
  • Temperatura di Curie (Tc) : La temperatura di Curie delle ferriti Ni-Zn è relativamente alta, solitamente superiore 200°C. Ciò indica che possono mantenere le loro proprietà magnetiche in un ampio intervallo di temperature, il che è importante nelle applicazioni in cui il dispositivo può essere esposto a temperature variabili.

Gradi e parametri della ferrite dura

Ferrite di stronzio (SrFe₁₂O₁₉)

• Gradi : I gradi vengono spesso classificati in base alle loro proprietà magnetiche, come ad esempio i gradi ad alto prodotto energetico (BH)max. Ad esempio, ci sono gradi di prestazione standard con un (BH)max di circa 28 - 32 kJ/m³ e gradi ad alte prestazioni con un (BH)max fino a 40 kJ/m³. I gradi ad alte prestazioni vengono utilizzati in applicazioni in cui è richiesto un campo magnetico forte e stabile, come negli altoparlanti di fascia alta e nei motori elettrici.
• Parametri
  • Remanenza (Br) : Le ferriti di stronzio hanno una rimanenza relativamente elevata, in genere compresa tra 0,35 e 0,45 T. La rimanenza è la densità del flusso magnetico rimanente nel materiale dopo la rimozione del campo magnetico esterno; un valore elevato indica che il magnete può mantenere un campo magnetico forte.
  • Coercitività (Hc) : La coercitività delle ferriti di stronzio è elevata, solitamente intorno a 200 - 400 kA/m. L'elevata coercitività fa sì che il magnete sia resistente alla smagnetizzazione, caratteristica essenziale per le applicazioni con magneti permanenti.
  • Stabilità della temperatura : Le ferriti di stronzio hanno una buona stabilità alla temperatura. Le loro proprietà magnetiche cambiano relativamente poco in un ampio intervallo di temperatura, in genere da - 40°C a 150°C. Ciò li rende adatti all'uso in applicazioni esterne e automobilistiche, dove le variazioni di temperatura sono comuni.

Ferrite di bario (BaFe₁₂O₁₉)

• Gradi :Similmente alle ferriti di stronzio, anche le ferriti di bario vengono classificate in base alle loro proprietà magnetiche. Esistono gradi per uso generale e gradi ad alte prestazioni. I gradi ad alte prestazioni vengono utilizzati in applicazioni in cui sono richieste elevata resistenza e stabilità magnetica, come nei supporti di registrazione magnetica e nei sensori ad alta precisione.
• Parametri
  • Remanenza (Br) : Le ferriti di bario hanno una rimanenza compresa tra 0,3 e 0,4 T, paragonabile a quella delle ferriti di stronzio.
  • Coercitività (Hc) : Anche la coercitività delle ferriti di bario è elevata, circa 150 - 350 kA/m. Questa elevata coercitività garantisce che il magnete possa resistere ai campi magnetici esterni e alle sollecitazioni meccaniche senza perdere la sua magnetizzazione.
  • Resistenza alla corrosione : Le ferriti di bario hanno un'eccellente resistenza alla corrosione. Rispetto ad altri materiali magnetici, hanno meno probabilità di reagire con l'umidità e altri fattori ambientali, il che li rende adatti all'uso in ambienti difficili.

Conclusione

I gradi e i parametri dei materiali magnetici in ferrite svolgono un ruolo cruciale nel determinare la loro idoneità per diverse applicazioni. Le ferriti morbide, grazie alla loro elevata permeabilità e alla bassa perdita nel nucleo a frequenze specifiche, sono ideali per trasformatori e induttori. Le ferriti dure, invece, grazie alla loro elevata rimanenza e coercività, vengono utilizzate come magneti permanenti in un'ampia gamma di dispositivi. La conoscenza di questi gradi e parametri consente a ingegneri e progettisti di selezionare il materiale magnetico in ferrite più adatto alle loro esigenze specifiche, garantendo prestazioni ottimali e affidabilità del prodotto finale.