Mágneses kerámiák, oxid anyagok, amelyek bizonyos típusú állandó mágnesesedést mutatnak, az úgynevezett ferrimagnetizmust. A kereskedelemben elkészített mágneses kerámiákat különféle állandó mágnesek, transzformátorok, távközlés és információ rögzítő alkalmazásokban használják. Ez a cikk ismerteti a fő mágneses kerámia anyagok összetételét és tulajdonságait, valamint felvázolja azok főbb kereskedelmi alkalmazásait.
Ferritek: összetétel, szerkezet és tulajdonságok
A mágneses kerámiák ferritből készülnek, amelyek kristályos ásványok, amelyek vas-oxidból állnak, valamilyen más fémekkel kombinálva. Ők kapnak általános kémiai képletű M (Fe x O y), M jelentése más fémes elemek, mint a vas. A legismertebb ferrit a magnetit, a természetben előforduló vasferrit (Fe [Fe 2 O 4] vagy Fe 3 O 4), közismert nevén lodestone. A magnetit mágneses tulajdonságait az ókorban használják ki az iránytűkben.
A ferritek mágneses viselkedését ferrimagnetizmusnak nevezik; ez teljesen eltér attól a mágnesezéstől (úgynevezett ferromagnetizmus), amelyet fémes anyagok, például a vas mutatnak be. A ferromagnetizmusban csak egyféle rácshely létezik, és a páratlan elektronok "forognak" (az elektronok mozgása, amely a mágneses teret okozza) egy irányba állnak egy adott tartományon belül. A ferrimagnetizmusban viszont többféle rácshely létezik, és az elektronok forognak úgy, hogy egymással szemben álljanak - néhányuk „spin-up”, mások „spin-down” - egy adott tartományban. Az ellentétes pörgetések hiányos törlése nettó polarizációhoz vezet, amely bár kissé gyengébb, mint a ferromágneses anyagok esetében, elég erős lehet.
A ferritek három alaposztálya készül mágneses kerámia termékekké. Kristályszerkezetük alapján ezek a csillagok, a hatszögletű ferritek és a gránát.
spinelek
A spinellek képlete M (Fe 2 O 4), ahol M általában kétértékű kation, például mangán (Mn 2+), nikkel (Ni 2+), kobalt (Co 2+), cink (Zn 2+), réz (Cu 2+) vagy magnézium (Mg 2+). Az M képviselheti az egyértékű lítium-kationt (Li +) vagy akár a megüresedett helyeket is, feltéve, hogy ezeket a pozitív töltés hiányát további háromértékű vas-kationok (Fe 3+) kompenzálják. Az oxigénionok (O 2−) szorosan csomagolva köbös kristályszerkezetet fogadnak el, és a fémkationok szokatlan kétrácsos elrendezésben foglalják el a köztes rétegeket. Minden egységcellában, amely 32 oxigéniont tartalmaz, 8 kationt koordinál 4 oxigén (tetraéder helyek), és 16 kationt koordinálja 6 oxigén (oktaéder helyek). A két alréteg közötti mágneses spinrek párhuzamos igazítása és hiányos törlése állandó mágneses nyomatékhoz vezet. Mivel a tengelyek köbös felépítésűek, és nem részesülnek előnyben részesített mágnesezési irányban, mágnesesen „lágyak”; azaz viszonylag könnyű megváltoztatni a mágnesezési irányt egy külső mágneses mező alkalmazásával.
Hatszögletű ferritek
Az úgynevezett hatszögletű ferritek M képletűek (Fe 12 O 19), ahol M általában bárium (Ba), stroncium (Sr) vagy ólom (Pb). A kristályszerkezet bonyolult, de hatszögletűként írható le, egyedi c tengely vagy függőleges tengely mellett. Ez az alapszerkezet egyszerű mágnesezési tengelye. Mivel a mágnesezési irány nem változtatható meg könnyen egy másik tengelyre, a hatszögletű ferriteket keménynek nevezik.
Gránát ferritek
A gránátferitek szerkezete a szilikát ásványi gránát és az M 3 kémiai képlet (Fe 5 O 12), ahol M ittrium vagy ritkaföldfémekből álló ion. A tetraéderes és oktaéderes helyek mellett, mint például a spinelsorokban, a gránátoknak dodekaéderes (12 koordinált) helye van. A nettó ferrimagnetizmus tehát az antiparallel spin igazítás összetett eredménye a három típusú hely között. A gránát mágnesesen is kemény.
Kerámia ferritek feldolgozása
A kerámia ferriteket hagyományos keverési, kalcinálási, sajtolási, égetési és befejezési lépésekkel készítik. A kationok összetételének és a gáz atmoszférájának ellenőrzése elengedhetetlen. Például a spinel-ferritek telítési mágneseződését nagyban javíthatja a Zn (Fe 2 O 4) részleges helyettesítése Ni (Fe 2 O 4) vagy Mn (Fe 2 O 4) -nel. A cinkkationok inkább a tetraéderes koordinációt részesítik előnyben és további Fe 3+ -ot kényszerítenek az oktaéderes helyekre. Ennek eredményeként kevesebb a centrifugálás, és a telítettség mágnesebbé válik.
A fejlett feldolgozást a ferritgyártásban is használják, beleértve a kopékképződést, fagyasztva szárítást, permetezéses pörkölést és a szol-gél feldolgozását. (Ezeket a módszereket a fejlett kerámia cikk írja le.) Ezen túlmenően az egyes kristályokat folyékony olvadékból való húzással (Czochralski módszer) vagy gradiens hűtéssel (Bridgman módszer) tenyésztik. A ferritek vékony filmként is lerakhatók a megfelelő szubsztrátokra kémiai gőzfázisú leválasztással (CVD), folyadékfázisú epitaxiával (LPE) és porlasztással. (Ezeket a módszereket a következőkristályban ismertetjük: Kristálynövekedés: növekedés az olvadékból.)
Alkalmazások
Állandó mágnesek
A kemény mágneses ferriteket állandó mágnesekként és hűtőszekrény-tömítésekben használják. A mikrofonokban és a hangszóró tömítésekben is használják. Az állandó mágnesek legnagyobb piaca a vezeték nélküli készülékek kis motorjain és az autóiparban található.
![Az Élő Holt éjszakája film, Romero [1968]](https://images.thetopknowledge.com/img/entertainment-pop-culture/4/night-living-dead-film-romero-1968.jpg "Az Élő Holt éjszakája film, Romero [1968]")
