Что такое ферритовый магнит?

Что такое ферритовый магнит?

Ферритовые магниты изготавливаются путем смешивания оксида железа с кобальтом, никелем и марганцем. Молекулярная формула представлена ​​как MFe2O4 (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, Cd и т. д.).

В составном металле M преобладают двухвалентные катионы, а Fe3O4, где M = Fe, имеет черный цвет и является известным сырьем, называемым магнетитом. Существуют и другие соединения, в которых составной металл M представляет собой 1, 3 или даже четырехвалентные катионы, называемые ферритом.

Процесс производства включает прессование порошкообразного феррита и его обжиг при высоких температурах. Это также тип керамики. Его можно синтезировать из оксида железа Fe2O4, поэтому он недорогой.

Характеристики ферритовых магнитов таковы, что им можно легко придать любую форму, они просты в обработке, химически стабильны и устойчивы к коррозии ржавчиной и химикатами.

Применение ферритовых магнитов

Применение ферритовых магнитов можно разделить на два типа: твердый феррит и мягкий феррит.

1. Твердый феррит

Твердые ферритовые магниты — это ферритовые магниты, которые становятся постоянными магнитами после прикрепления к сильному магниту (путем приложения сильного магнитного поля). U-образные магниты — наиболее распространенный тип магнитов, которые мы видим в нашей повседневной жизни.

U-образные магниты — типичные примеры. Они также используются в небольших двигателях, динамиках, наушниках и кассетных лентах.

2. Мягкий феррит

Мягкий феррит — это ферритовый магнит, который становится магнитом при контакте с магнитным полем и перестает быть магнитом при удалении из поля. Он часто используется в качестве магнитного сердечника и подходит для трансформаторов и катушек.

Примеры простых для понимания приложений используются в радиоприемниках, телевизорах, игровых приставках, автомобилях, персональных компьютерах, микроволновых печах, пылесосах и холодильниках.

Принцип ферритовых магнитов

Магнитные свойства ферритовых магнитов различаются между твердыми ферритами и мягкими ферритами. Сначала давайте объясним магнитные свойства. На рисунке 1 показано спиновое состояние каждого магнитного свойства.

1. Магнитные свойства

• Ферромагнетик: Материал, магнитный момент которого (векторная величина, выражающая силу и направление магнита) выравнивается без приложения магнитного поля, называется ферромагнитным материалом.
• Ферримагнетик: Ферримагнитный материал — это материал, в котором магнитные моменты соседних атомов противоположны по направлению, но различны по величине, так что материал в целом намагничивается. Все ферритовые магниты являются ферримагнитными.
• Парамагнитный: когда магнитное поле отсутствует, магнитные моменты ориентированы в разных направлениях, но при приложении магнитного поля магнитные моменты выравниваются.

Типы и характеристики каждого типа ферритовых магнитов показаны на рисунке 2. Намагниченность насыщения — это максимальная намагниченность, при которой намагниченность материала не увеличивается даже при увеличении магнитного поля. Температура Кюри — это температура, при которой магнит переходит из ферромагнитного в парамагнитное состояние.

2. Твердый феррит

Твердый феррит — это ферромагнитный материал и постоянный магнит. Твердые ферриты можно далее классифицировать на изотропные и анизотропные магниты в соответствии с ориентацией магнитных полюсов их молекул.

• Изотропные магниты: Магнитный момент ориентирован в различных направлениях. Поскольку ориентация магнетизма неравномерна, его можно намагнитить с любого направления, но магнитная сила слаба.
• Анизотропные магниты: Ориентация магнитного момента молекул выровнена, обеспечивая направленность, но сильную магнитную силу. Она создается путем выравнивания магнитных полюсов каждой молекулы феррита путем приложения магнитного поля во время процесса закалки.

3. Мягкий феррит

Мягкий феррит магнитен только при приложении внешнего магнитного поля. Хотя магнитное поле меньше, чем у твердого феррита, он обладает превосходными магнитными свойствами в широком диапазоне частот.

Например, кристаллическая структура типа шпинели имеет высокую магнитную проницаемость (степень намагниченности материала) в широком диапазоне частот. Гранатовый тип обладает свойством, что монокристаллы нелегко разрушаются в диапазоне микроволновых частот.

Сравнение с магнитами Alnico

Магниты Alnico изготавливаются путем добавления алюминия (Al), никеля (Ni), кобальта (Co) и других добавочных элементов к железу и с использованием методов литья или порошкового спекания.

Магниты Alnico характеризуются чрезвычайно высокой температурой Кюри (температурой, при которой они перестают быть постоянными магнитами) 860°C, что позволяет использовать их в высокотемпературных средах. Магниты Alnico могут восстанавливать свою первоначальную магнитную силу при возвращении к комнатной температуре в диапазоне температур от комнатной температуры до 400℃. Магниты, изготовленные методом литья, также обладают превосходной механической прочностью.

Применение магнитов Alnico включает электродвигатели, датчики, динамики и магнитные звукосниматели для электрогитар.

Отличия от ферритовых магнитов

Ферритовые магниты в основном состоят из оксида железа, тогда как магниты Alnico в основном состоят из железа с добавлением алюминия, никеля и кобальта. Сохранение магнитной силы в магните Alnico невелико и легко размагничивается.

Существует ограничение, что они должны иметь длинную форму из-за необходимости большого расстояния между полюсами. Кроме того, поставка сырья, кобальта, нестабильна и дорога, поэтому ферритовые магниты менее дороги.

Сравнение с самариево-кобальтовыми магнитами

Самариево-кобальтовые магниты являются редкоземельными магнитами, состоящими из самария (Sm) и кобальта (Co). Они делятся на SmCo5 (серии 1-5) и Sm2Co17 (серии 2-17) в соответствии с их соотношением состава, причем серия 1-5, которая содержит меньше самария, широко используется сегодня.

Самарий-кобальтовые магниты характеризуются высокой температурой Кюри, приблизительно 800°C максимум. Благодаря своей превосходной коррозионной стойкости, их можно использовать без обработки поверхности, а их форма легко выбирается. Магнитные свойства выше, чем у ферритовых магнитов, и уступают только неодимовым магнитам.

Отличия от ферритовых магнитов

Поскольку их можно использовать в средах с температурой до 350 °C, они используются в компактных, высокотемпературных средах, где требуется более высокая магнитная сила, чем у ферритовых магнитов. С другой стороны, у него есть недостаток в виде низкой прочности, что делает его склонным к растрескиванию и сколам. Сырье самарий и кобальт оба редки, что делает их очень дорогими по сравнению с ферритовыми магнитами.

Сравнение с неодимовыми магнитами

Неодимовый магнит — это магнит, состоящий в основном из неодима (Nd), железа (Fe) и бора (B). Неодимовые магниты характеризуются легкой окисляцией и высокой температурной зависимостью.

Поскольку они легко окисляются, их поверхности перед использованием никелируют. Обычно их используют при температурах ниже 80 °C. Благодаря своей относительно высокой прочности он также устойчив к растрескиванию и сколам.

Отличия от ферритовых магнитов

По сравнению с ферритовыми магнитами магнитные свойства чрезвычайно высоки, примерно в четыре раза больше магнитной удерживающей силы и в 10 раз больше максимального энергетического произведения. Он дороже ферритовых магнитов, но дешевле самарий-кобальтовых магнитов.