نویسنده :فاطمه حاجی محمدی
سرامیک مغناطیسی چیست :
مواد مغناطیسی آن دسته از موادی هستند که وقتی در معرض یک میدان مغناطیسی قرار میگیرند از خود واکنش نشان داده و به اصطلاح خاصیت مغناطیسی پیدا میکنند. با توجه به اینکه عکس العمل مواد نسبت به میدان مغناطیسی چگونه باشد به سه دسته فرو مغناطیس،دیا مغناطیس و پارامغناطیس تقسیم می شوند.
مواد مغناطیسی، در صنایع مهمی همچون کامپیوتر و خودرو کاربردهای گسترده دارند و بشر روز به روز به دنبال تولید بیشتر و بهتر این مواد است.
سرامیک های مغناطیسی نظیر PbFe12O19، ZnFe2O4 و Y6Fe10O24 دسته از این مواد هستند که در گروه سرامیک های مدرن قرار دارند.
سرامیک های مغناطیسی زیر مجموعه مواد فرو مغناطیس هستند که به دو دسته سخت مغناطیس (نظیر آهنرباهای دائم) و نرم مغناطیس (نظیر مواد مغناطیسی با پسماند مغناطیسی کم) تقسیم بندی می شوند.
انواع سرامیک های مغناطیسی:
۱.آهنرباهای دائم سرامیکی
مواد مغناطیسی دائم به دسته ای از مواد اطلاق می شود که خاصیت مغناطیسی خود را پس از حذف میدان مغناطیسی خارجی حفظ می کنند و کاربردهای وسیعی را به خود اختصاص داده اند. به عنوان مثال می توان از کاربرد آن ها در یخچال ها، موتورهای جریان مستقیم، نگهدارنده ها، دستگاه های سنجش، بلندگوها و بسیاری موارد دیگر نام برد.
اکثر آهنرباهای دائمی تجارتی، از فریت های سخت مغناطیس سرامیکی تشکیل شده اند که حاوی اکسیدهای مختلفی می باشند. البته قیمت مواد اولیه فریت های سخت مغناطیس، در مقایسه با مواد مورد نیاز برای آهنرباهای فلزی نظیر آلیاژ AlNiCo و یا ترکیبات آلیاژهای کمیاب خاکی، کمتر می باشد.
همچنین لازم به ذکر است که فریت های سخت مغناطیس سرامیکی، به لحاظ دارا بودن میدان های پسماندزدای (Hc) قوی تر در مقایسه با آهنرباهای فلزی نظیر AlNiCo، می توانند در ابعاد کوچک تری، بدون اینکه مواجه با خطر میدان های آهنربازدا باشند، تهیه شوند.
فریت های سخت مغناطیس سرامیکی از نوع هگزاگونال، یک بخش از خانواده اکسیدهای کمپلکس با فرمول عمومی MO.6Fe2O3 می باشند که MO معرف اکسیدهای: باریم، استرانسیم، سرب و یا ترکیبی از این عناصر می باشند.
از مواد مهم تجارتی در این گروه می توان به فریت های باریم با فرمول BaO.6Fe2O3 و فریت استرانسیم با فرمول SrO.6Fe2O3 اشاره کرد.
در این راستا از افزودنی های مختلفی نظیر Sio2 یا AL2O3 به منظور افزایش میدان پسماندزدای (Hc) و کمک زینتر، استفاده می گردد. سرامیک های مغناطیسی همچنین بر مبنای میزان نظم ریزساختارشان که در پروسه تولید قابل کنترل می باشد، به دو گروه تقسیم می شوند:
نوع اول مگنت های آنیزوتروپ (جهت دار)، که دارای یک محور ترجیهی مغناطیسی می باشند و نوع دوم مگنت های ایزوتروپ (غیرجهت دار)، که دارای یک بافت ریزساختاری جهت دار نمی باشند و خواص مشابهی را در جهات مختلف از خود نشان می دهند. همچنین در مگنت های جهت دار آنیزوتروپ بخاطر وجود یک محور یکسان، انرژی مغناطیسی ماکزیمم می باشد.
کاربرد اهن رباهای دائم سرامیکی:
کاربرد مواد مغناطیسی دائم بر پایه عملکرد ویژه مغناطیسی شان میباشد و در سیستم های فضانوردی، کامپیوتر، الکترونیک، پزشکی، صنعت خودروسازی، صنایع نظامی، وسایل انتقال اطلاعات و غیره مشاهده می شوند. در واقع فریت های سخت مغناطیس سرامیکی در بسیاری از موارد مورد استفاده قرار می گیرندمانند اسباب بازی های ساده و قفل های کابینت گرفته و همچنین موتورهای الکتریکی DC و غیره
آهن رباهای بزرگ در سپراتورهای مغناطیسی برای تغلیظ مینرال ها و فیلترهای آبی و آهنرباهای کوچک در صفحات نمایش گر اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرند. در صنعت، آهنرباهای دائم سرامیکی به چندین گروه تقسیم می شوند: سرامیک های مغناطیسی مشهور به گروه ۱، از مواد ارزان قیمت ساخته می شوند و کاربردهایی نظیر: قفل های ساده، کوپل های مغناطیسی هم محور برای کنتورهای آب و یاتاقان های بدون اصطکاک در کنتورهای برق را به خود اختصاص داده اند.
از دیگر کاربرد های آن ها می توان به موتورهای DC مورد استفاده در خودروها، موتورهای پل های Stepper Motors و کوپل های مغناطیسی هم محور و موتورهای Brushiess DC و ژنراتورها و محرک های القایی خطی و همچنین آهنرباهای حلقه ای شکل در بلندگوها و جداکنندهای مغناطیسی و دیسک های مورد استفاده در کوپل های مغناطیسی اشاره کرد.
۲. فریت های نرم مغناطیس
مواد نرم مغناطیس به طور کلی با اعمال میدان های ضعیف مغناطیسی، خاصیت مغناطیسی از خود نشان می دهند. وقتی نیروی اعمالی حذف می شود، خاصیت مغناطیسی باقی مانده در آن ها تضعیف می گردد. اهمیت نرم مغناطیس ها در بسیاری از سیستم های الکتریکی و الکترونیکی مشهود است.
مواد نرم مغناطیس در سیستم های توزیع نیرو، تغییر انرژی الکتریکی به مکانیکی و ارتباطات مایکروویو مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها همچنین به عنوان مبدل های الکتریکی و مواد فعال جهت ذخیره سازی اطلاعات در بسیاری از سیستم های اطلاع رسانی عمل می کنند. بسیاری از کاربردهای جدید آن ها در اثر بهبود خواص و ویژگی های این مواد بوده است.
مواد اولیه فریت های نرم مغناطیس، اکسیدهای سرامیکی هموژنی هستند که اکسید آهن به عنوان جزء اصلی آن ها می باشد. فریت ها می توانند ساختارهای کریستالی متفاوتی را دارا باشند.
بطور کلی ۳ ساختار کریستالی برای فریت های تجاری امروزی شناخته شده است:
ساختار اول دارای ساختار مگنتوپلامبایت هگزاگونالی است مثل BaFe12O19
دومین ساختار دارای ساختار گارنت می باشد که به گارنت مغناطیسی یا فریت های مایکروویو نیز شهرت دارد.
سومین ساختار دارای ساختار اسپینلی می باشد. در اینجا، اکسیدهای آهن یا فلزاتی نظیر: نیکل، منگنز، روی، منیزیم و کبالت بصورت منفرد یا ترکیبی وجود دارند. ساختار اسپینلی نام خود را از مینرال غیر مغناطیسی MgAl2o4 یا MgAl2o3 گرفته است و دارای ساختار مکعبی پیچیده ای می باشد.
نرم مغناطیس ها همچنین بر اساس محدوده فرکانسی نیز تقسیم بندی می شوند:
۱-فریت های غیر مایکروویو برای فرکانس هایی از محدوده شنوایی تا ۵۰۰MHz
۲-فریت های مایکروویو برای فرکانس هایی در محدوده ۱۰۰MHz-500GHz
۳-فریت های غیر مایکروویو خود به دو بخش زیر تقسیم می شوند:
۴-فریت ها با حلقه هیستریزیس مستطیلی شکل برای حافظه های کامپیوتری
۵-فریت های خطی (مرکب از فریت های منگنز- روی و نیکل- روی) برای مبدل ها و سلف ها در فیلترها
کاربرد فریت های نرم مغناطیس:
فریت های مایکروویو، فراهم کننده یک محیط غیرفعال با خسارت کم می باشند که اجازه انتشار امواج را با خسارت ناچیز فراهم می کنند.
در حقیقت با توجه به اینکه امواج الکترومغناطیس از دو مولفه الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده اند، با برهم کنش مولفه مغناطیسی موج با ممان های مغناطیسی ماده و مولفه الکتریکی موج با مولفه دی الکتریکی فریت، رفتار موج الکترومغناطیس تحت تاثیر پارامترهایی نظیر قابلیت نفوذ مغناطیسی، قابلیت نفوذ دیالکتریکی و آهنربایش ماده قرار می گیرد.
با به کار بردن یک میدان مغناطیسی DC خارجی، واکنشی بین سینگال مایکروویو و محیط انتشار موج (فریت) صورت می پذیرد که امکان کنترل آن را فراهم می سازد.
بیش از ۱۰۰ نوع ترکیبات فریتی به عنوان فریت های مایکروویو برای تولید تجهیزات مخابراتی معرفی شده اند.
مواد فریتی نرم مغناطیس در وسایلی نظیر: مبدل ها، موتورها، ژنراتورها، سولونوئیدها، رله های DC و حفاظه ای مغناطیسی بکار برده می شوند. با وجود مقاومت الکتریکی بالا و خواص مغناطیسی خوب، از این فریت ها به عنوان یک هسته عالی برای فیلترها در محدوده فرکانسی ۵۰ – ۴۵۰KHz استفاده می شود.
با گسترش صنعت تولید تلویزیون در سال ۱۹۵۰، اهمیت صنایع تولید فریت ها بیشتر نمود پیدا کرد. هسته های فریتی در سیستم تقارب اشعه الکترونیکی لامپ تصویر تلویزیون و ترانس های ولتاژ، مورد استفاده قرار گرفتند. همچنین از فریت های نرم در منابع تغذیه از نوع (Switch Mode) که کاربردهای وسیعی، در کامپیوتر و مخابرات دارد، استفاده می گردد.
در سال ۱۹۷۰ هسته های فریتی بطور گستردهای برای فیلترها در وسایل مربوط به سیستم های مخابراتی مورد استفاده قرار گرفتند.
اکثر فریت های اسپینلی رایج، یکی از انواع فریت های منگنز- روی و نیکل– روی می باشند که در ترانسفورماتورها، سلف ها و هدهای ضبط صوت یا ویدئو به کار می روند.
عملکرد فریت منگنز- روی ترجیحاً برای فرکانس هایی تا ۱MHz میباشد. بقیه فریت های اسپینیلی نظیر منیزیم- منگنز، نیکل- روی و فریت های لیتیمی در تجهیزات مایکروویو، مورد استفاده قرار می گیرند.
بقیه کاربردهای مربوط به فریت های نرم مغناطیس شامل هسته های حافظه، سنسورهای دمایی، اجزاء موتورهای الکتریکی، هسته های ترانسفورماتورها و حذف کننده های نویز الکتریکی می باشند.
از میان فریت هایی که به آن ها در این مقوله اشاره شده است، فریت های هگزاگونالی خواص ویژه ای دارند که آن ها را برای استفاده در فرکانس های بالا (>100MHz) مناسب کرده است.
فریت های نیکل- روی برای فرکانس های بالاتر از فرکانس کاربردی فریت های منگنز- روی ترجیح داده می شوند، زیرا دارای هدایت الکتریکی پائین تری می باشند.
از فریت ها معمولاً به عنوان آنتن های گیرنده در رادیوها استفاده می شود و به جرأت می توان گفت تقریباً تمام گیرنده های رادیویی AM از این آنتن ها استفاده می کنند.
نکته قابل ذکر دیگر اینکه، شکل هسته های فریتی با توجه به خواص مکانیکی و مغناطیسی ویژه طراحی می شود. به عنوان مثال اشکال مختلفی از هسته برای سلف های دارای ضریب کیفیت بالا (Q-Factor) و اتلاف پایین مورد نیاز می باشد.
توسعه بازار مربوط به فریت های مایکروویو، وابسته به توسعه سیستم ها و تجهیزات مخابراتی و نظامی نظیر رادار و غیره می باشد. فریت های مایکروویو نظیر گارنت ایتریم-آهن به عنوان هدایت کننده های امواج برای انتشار امواج الکترومغناطیس و جابجاکنندهای فازی (Phase Shiftr) استفاده می شوند. از دیگر کاربردهای فریت های مایکروویو می توان به ایزولاتورها، سیرکلاتورها، اسیلاتورها، سوئیچ ها و فیلترها اشاره کرد.
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.