Magnesy ferrytowe

Magnesy ferrytowe, potocznie nazywane także magnesami ceramicznymi, to spiekane magnesy stałe wytwarzane przede wszystkim z ferrytu strontu SrFe₁₂O₁₉ lub ferrytu baru BaFe₁₂O₁₉. W porównaniu z magnesami NdFeB mają niższą remanencję B_r i mniejszą maksymalną gęstość energii (BH)_max. Do uzyskania porównywalnych parametrów użytkowych w podobnym obwodzie potrzebna jest więc zazwyczaj większa objętość materiału magnetycznego. W zamian magnes ferrytowy jest odporny na korozję, stosunkowo tani i może pracować w wyższej temperaturze niż typowy magnes neodymowy.

Czym różni się magnes ceramiczny od neodymowego

Określenie magnes ceramiczny i magnes ferrytowy oznacza ten sam rodzaj materiału: tlenkowy spiek magnetycznie twardy, bez pierwiastków ziem rzadkich. Magnesy ceramiczne ustępują magnesom neodymowym pod względem indukcji remanencji i (BH)_max, dlatego przy tej samej sile bywają większe i cięższe. Jednocześnie nie wymagają metalicznej powłoki antykorozyjnej charakterystycznej dla wielu spiekanych magnesów NdFeB i lepiej znoszą podwyższoną temperaturę.

Wybór między magnesem ferrytowym a neodymowym zależy od dostępnej objętości, temperatury pracy, środowiska oraz budżetu. Tam, gdzie konstrukcja dopuszcza większy element, magnesy ferrytowe pozostają ekonomicznym i trwałym rozwiązaniem.

Właściwości materiału ferrytowego

W zależności od składu właściwości magnetyczne ferrytów mogą się różnić. Ferryty barowe i ferryty strontowe należy porównywać na podstawie indukcji remanencji Br oraz koercji podanych dla konkretnych gatunków materiału. O rzeczywistych parametrach konkretnego magnesu decydują jednak również jego gatunek, sposób wytwarzania, stopień orientacji materiału i geometria.

Istotnymi cechami ferrytów są wysoka koercja, odporność samego spieku na korozję oraz możliwość pracy w podwyższonej temperaturze. Materiał nie wymaga metalicznej powłoki antykorozyjnej. Maksymalna temperatura pracy niektórych wykonań może sięgać około 250 °C, jednak wartość dopuszczalna zależy także od gatunku materiału, geometrii oraz punktu pracy magnesu w konkretnym obwodzie.

Magnesy izotropowe i anizotropowe

Magnesy ferrytowe występują w odmianach izotropowych i anizotropowych. Magnesy izotropowe są formowane bez kierunkującego pola magnetycznego, dlatego nie uzyskuje się w nich uprzywilejowanej orientacji osi łatwego magnesowania ziaren. Ich parametry magnetyczne są w związku z tym niższe niż w porównywalnych magnesach anizotropowych.

Ferrytowe magnesy anizotropowe mogą być formowane na mokro, z wodnej zawiesiny proszku ferrytowego, albo na sucho z proszku. Podczas formowania stosuje się pole magnetyczne, które orientuje ziarna materiału osiami łatwego magnesowania w określonym kierunku. Po spieczeniu uzyskuje się dzięki temu wyższe parametry magnetyczne w kierunku zgodnym z nadaną orientacją. Przy projektowaniu urządzenia należy więc uwzględnić przewidziany kierunek magnesowania konkretnego elementu.

Oznaczenie F30

W asortymencie magnesów ferrytowych znajdują się między innymi wykonania anizotropowe oznaczone F30. W oznaczeniu stosowanym w tej ofercie F30 oznacza klasę materiału o maksymalnej gęstości energii (BH)_max rzędu 30 kJ/m³. Dokładną wartość parametru należy sprawdzić w danych konkretnego produktu. Kierunek łatwego magnesowania zostaje ustalony podczas produkcji, dlatego orientacja płytki względem pozostałych części obwodu bezpośrednio wpływa na osiągany strumień i punkt pracy.

Surowce i produkcja magnesów ferrytowych

Jedną z istotnych zalet magnesów ceramicznych jest relatywnie niski koszt. Wynika on między innymi z dostępności podstawowych surowców, takich jak Fe₂O₃ – tlenek żelaza, BaCO₃ – węglan baru oraz SrCO₃ – węglan strontu, a także z dobrze opanowanej technologii produkcji przemysłowej. Po przygotowaniu materiału, formowaniu i orientowaniu – w przypadku magnesów anizotropowych – elementy są spiekane, a następnie magnesowane.

Właściwości mechaniczne i montaż

Spiek ferrytowy jest twardy, lecz kruchy. Ma niewielką odporność na zginanie, uderzenia i skoncentrowany nacisk punktowy. Magnesu nie należy montować przez silny wcisk ani wykorzystywać jako części konstrukcyjnej przenoszącej obciążenia. Typowymi metodami mocowania są klejenie oraz osadzanie w odpowiednio zaprojektowanym gnieździe.

Magnes ceramiczny jest odporny na korozję i może być stosowany w środowisku wilgotnym. Odporność całego mocowania zależy jednak także od kleju, obudowy i pozostałych elementów, a sam magnes trzeba chronić przed uszkodzeniem mechanicznym. Przy projektowaniu gniazda warto unikać ostrych krawędzi i nierównomiernego podparcia, które mogą doprowadzić do pęknięcia elementu.

Kształty i zastosowania magnesów ferrytowych

Do najczęściej produkowanych kształtów należą walce, pierścienie, płytki oraz segmenty. Kształt magnesu dobiera się nie tylko do dostępnej przestrzeni, ale także do kierunku magnesowania i sposobu zamykania strumienia w projektowanym obwodzie magnetycznym.

Magnesy ferrytowe są stosowane między innymi w uchwytach i zamkach magnetycznych, silnikach, prądnicach, głośnikach, systemach alarmowych oraz separatorach magnetycznych wykorzystywanych m.in. w przemyśle spożywczym, przetwórstwie tworzyw sztucznych i recyklingu. Stosuje się je również w reklamie, meblarstwie i wielu innych urządzeniach, w których duża gęstość energii charakterystyczna dla magnesów neodymowych nie jest konieczna.

Tam, gdzie potrzebny jest pojedynczy magnes ferrytowy o określonej geometrii, wybór sprowadza się do wymiarów, kierunku magnesowania i gatunku materiału. Gdy natomiast liczy się gotowe mocowanie, większy zasięg albo wyraźnie wyższa siła w małej objętości, lepiej przejść do kategorii wskazanych w ramce powyżej.