Сен Магнет - Глобален производител на материјали за постојан магнети & Снабдувач над 20 години.
Кој е изворот на магнетното својство на феритните магнети?
Магнетните својства на феритните магнети потекнуваат од нивната единствена кристална структура, хемиски состав и интеракциите помеѓу магнетните моменти на атомско ниво. Подолу е дадено детално објаснување на овие фактори:
1. Кристална структура и феримагнетизам
Феритните магнети припаѓаат на класа на материјали познати како ферити , кои се керамички соединенија составени од железен оксид (Fe₂O₃) комбиниран со еден или повеќе дополнителни метални елементи, како што се стронциум (Sr), бариум (Ba) или манган (Mn). Најчестите типови се стронциум ферит (SrO·6Fe₂O₃) и бариум ферит (BaO·6Fe₂O₃) .
Феримагнетно подредување : За разлика од феромагнетните материјали (на пр., железо, никел, кобалт), каде што сите атомски магнетни моменти се порамнуваат паралелно еден со друг, феритите покажуваат феримагнетизам . Во овој распоред, магнетните моменти на јоните во различни подрешетки во кристалната структура се порамнуваат во спротивни насоки, но не се поништуваат целосно еден со друг поради разлики во големината. Ова резултира со нето спонтана магнетизација , давајќи им на феритите нивните трајни магнетни својства.
Хексагонална кристална структура : Стронциумовите и бариумовите ферити кристализираат во хексагонална магнетопламбитна (М-тип) структура . Оваа структура се состои од наизменични слоеви на кислородни јони (O²⁻) и метални јони (Fe³⁺, Sr²⁺/Ba²⁺). Fe³⁺ јоните зафаќаат две различни кристалографски места:
- Тетраедарски места (A-места) : Fe³⁺ јоните овде ги имаат своите магнетни моменти порамнети во една насока.
- Октаедарски места (B-места) : Fe³⁺ јоните овде ги имаат своите магнетни моменти порамнети во спротивна насока.
Поради нееднаквиот број на Fe³⁺ јони во A- и B-локациите (обично 4 A-локации и 8 B-локации Fe³⁺ јони по формулна единица кај ферити од M-тип), останува нето магнетен момент, што доведува до феримагнетизам.
2. Улога на хемискиот состав
Изборот на метални елементи (на пр., Sr или Ba) и нивните соодноси значително влијаат врз магнетните својства на феритите:
Стронциум наспроти бариум ферити : Стронциумските ферити генерално покажуваат поголема коерцивност (отпорност на демагнетизација) и реманенција (резидуална магнетизација откако ќе се отстрани надворешното поле) во споредба со бариумските ферити. Ова ги прави Sr-феритите посоодветни за високо-перформансни апликации како што се звучници и мотори.
Допирање со ретки земни елементи : Иако ретките земни елементи обично не се примарни компоненти на стандардните феритни магнети, може да се додадат мали количини на лантан (La), кобалт (Co) или неодимиум (Nd) за да се подобрат специфични својства, како што се коерцивноста или температурната стабилност. Сепак, ова е поретко поради трошоците.
3. Магнетна анизотропија
Магнетната анизотропија се однесува на насочната зависност на магнетните својства на материјалот. Феритните магнети голем дел од својата цврстина ја должат на едноосна магнетна анизотропија , што значи дека нивната магнетизација претпочита да се порамнува по специфична кристалографска оска ( c-оската кај хексагоналните ферити).
Потекло на анизотропијата : Силното спин-орбитално поврзување помеѓу јоните Fe³⁺ и околните јони на кислород, во комбинација со хексагоналната симетрија на кристалната решетка, создава енергетска бариера за ротација на магнетизација подалеку од c-оската. Ова резултира со висока коерцитивност, бидејќи надворешното поле мора да ја надмине оваа бариера за да го демагнетизира материјалот.
Процес на производство : За време на производството, феритните прашоци се притискаат во присуство на силно магнетно поле за да се усогласат c-оските на кристалитите. Овој процес, познат како притискање со помош на поле , ја подобрува целокупната анизотропија и магнетните перформанси на финалниот синтеруван магнет.
4. Структура на доменот и процес на магнетизација
Магнетното однесување на феритните магнети е исто така под влијание на нивната доменска структура , што се однесува на региони во материјалот каде што магнетните моменти се рамномерно порамнети.
Движење на ѕидот на доменот : Кога се применува надворешно магнетно поле, домените со магнетизација паралелна на полето растат на сметка на оние што се спротивни на полето. Ова се случува преку движење на ѕидовите на домените (граници меѓу домените). Феритните магнети имаат високо закачување на ѕидот на домените поради дефекти и нечистотии во кристалната решетка, што го попречува движењето на ѕидот и придонесува за нивната висока коерцитивност.
Честички со еден домен : Кај многу мали феритни честички (на наноскала), енергијата потребна за формирање на ѕид на домен ја надминува енергијата заштедена со повеќе домени. Како резултат на тоа, честичката станува еден домен , каде што сите магнетни моменти се подредени рамномерно. Честичките со еден домен покажуваат екстремно висока коерцитивност и се користат во апликации како што се магнетни медиуми за снимање.
5. Температурна зависност на магнетизмот
Магнетните својства на феритните магнети зависат од температурата:
Кириева температура (Tc) : Ова е температурата над која феритот ги губи своите феримагнетни својства и станува парамагнетен (каде што магнетните моменти се случајно ориентирани). За стронциум ферит, Tc е приближно 450°C, додека за бариум ферит, таа е околу 460°C. Под овие температури, материјалот ја задржува својата трајна магнетизација.
Термичка стабилност : Феритните магнети се термички постабилни од многу други материјали со перманентни магнети (на пр., алнико или неодимиум). Нивната коерцивност и реманенција малку се намалуваат со зголемување на температурата, но остануваат релативно константни во широк опсег, што ги прави погодни за апликации на високи температури.
6. Споредба со други магнетни материјали
За подобро да се разбере единствената положба на феритните магнети, корисно е да се споредат со други класи на магнетни материјали:
| Имот | Феритни магнети | Алнико магнети | Неодиумски (NdFeB) магнети | Самариум-кобалт (SmCo) магнети |
|---|---|---|---|---|
| Композиција | Fe₂O₃ + Sr/Ba | Al, Ni, Co, Fe | Nd, Fe, B | См, Ко |
| Магнетна јачина | Умерено | Висок | Многу високо | Висок |
| Коерцивност | Висок | Ниско до умерено | Многу високо | Висок |
| Стабилност на температурата | Одлично (до ~450°C) | Добро (до ~550°C) | Умерено (до ~80°C) | Одлично (до ~300°C) |
| Отпорност на корозија | Одлично | Добро | Лошо (бара премачкување) | Добро |
| Цена | Ниско | Умерено | Висок | Многу високо |
Феритните магнети воспоставуваат рамнотежа помеѓу умерена магнетна јачина, висока коерцивност, одлична температурна стабилност и ниска цена, што ги прави идеални за многу секојдневни апликации.
7. Примени на феритни магнети
Уникатната комбинација на својства ги прави феритните магнети неопходни во бројни области:
Електроника : Се користи во индуктиви, трансформатори и филтри за електромагнетни пречки (EMI) поради нивната висока електрична отпорност и мали загуби на вртложни струи на високи фреквенции.
Автомобилска индустрија : Се наоѓа во мотори, генератори и сензори, каде што нивната отпорност на демагнетизација и термичка стабилност се клучни.
Потрошувачка стока : Широко се користат во звучници, слушалки, магнети за фрижидери и магнетни играчки поради нивната прифатлива цена и безбедност.
Индустриска : Се користи во магнетни сепаратори, транспортни системи и уреди за држење каде што се потребни силни, трајни магнети без потреба од висока магнетна јачина.
8. Предности и ограничувања
Предности :
- Економично : Феритните магнети се најевтините достапни трајни магнети, што ги прави погодни за масовно произведени производи.
- Отпорност на корозија : Тие не 'рѓосуваат или кородираат лесно, елиминирајќи ја потребата од заштитни премази.
- Температурна стабилност : Работи добро во широк температурен опсег без значително влошување.
- Безбедност : Нетоксичен и безбеден за употреба во производи за широка потрошувачка.
Ограничувања :
- Умерена магнетна јачина : Иако се доволни за многу апликации, феритните магнети не можат да ја достигнат магнетната јачина на неодимиумските или самариум-кобалтните магнети.
- Кршливост : Како керамика, феритните магнети се кршливи и можат да се искршат или скршат ако се паднат или бидат подложени на механички стрес.
- Ограничени перформанси на високи фреквенции : Иако се подобри од металните магнети, нивните перформанси на многу високи фреквенции (опсег на GHz) се инфериорни во однос на специјализираните меки ферити дизајнирани за вакви апликации.
