دید کلی
پدیده مغناطش فریت ها فری مغناطیس نامیده میشود. فرق آن با فرومغناطیس این است که اسپین اتمهای مجاور مخالف جهت هم قرار میگیرند. اگر اسپینهای مجاور مساوی و مختلف الجهت باشند ، مثلا در کروم ، مفناطش خالص ماده و همچنین میدان مغناطیس خارج آن صفر خواهد بود.
مغناطش در فریت
مغناطش خالص فریتها با وجود پاد موازی بودن اسپینهای مجاور ، صفر نیست. دلیل وجود این مغناطش خالص تفاوت قدرت اسپینهای مجاور است. به همین دلیل ماکزیمم مغناطش فریتها اصولا از مواد فرومغناطیس کمتر است ، مقدار این ماکزیمم نوعا حدود 3000 گوس است، در حالیکه از مواد فرومغناطیس مقدار ماکزیمم 2x104 گوس است.
فرمول شیمیایی فریتها
فرمول شیمیایی فریتها بصورت (MO)(Fe2O3) است که در آن M یک فلز دو ظرفیتی مثل آهن (Fe) علامت اختصاری o نیز مربوط به اتمهای اکسیژن در ترکیب میباشد.
طرز ساخت فریت
فریتها با مخلوط کردن پودر (Fe2O3) و اکسید فلز (MO2) و ذوب آنها تهیه میشود. اتمهای مغناطیسی یک شبکه در خلاف جهت اتمهای مغناطیس شبکه دیگر است. برای مثال اگر در گروه A ، Na اتم با گشتاور Ma ، در گروه B ، Nb اتم با گشتاور Ma همجهت شده باشند، مغناطش حجمی ماده فری مغناطیس برابر است با M=Nama-Nbmb
قدیمترین آهن ربا
ماگنتیت ، که همان آهنربای طبیعی شناخته شده است ، فریت Fe3O4 است که میتوان آن را بصورت (Fe2+O)(Fe3+2O3) نوشت. گشتاورهای مغناطیس دو اتم Fe مخالف هم است ، بنابراین مغناطش ماده از Fe++ نامش میشود. بنابراین قدیمترین آهنربا نه فرومغناطیس بلکه فریت بوده است.
خاصیت فریتها
خصوصیت منحصر به فرد فریتها ، نسبت به آهن و دیگر مواد فرومغناطیس ، عایق بودن آنها است. مقاومت ویژه نوعی فریتها 1 تا 104 اهم متر است ، در حالیکه از آهن 7-10 اهممتر است. به خاطر این مقاومت ویژه بالا ، فریتها در معرض جریانهای گردابی قرار ندارند و میتوان از آنها در فرکانسهای بالا از آنها بعنوان هسته پیچک استفاده کرد ، مثلا در پیچکهای rf ، ترانسفورماتور تلویزیون و حافظه‌های مغناطیس کامپیوترها.
کاربرد فریتها
فریتها را در محدود فرکانسهای مایکروویو استفاده میکنند ، علت این امر آن است که میدانهای مایکروویو میتوانند بدون تضعیف و انعکاس زیاد در مواد عایق منتشر شوند ، در حالیکه این میدانها به علت ایجاد جریانهای گردابی نمی‌توانند در‌هادیها منتشر شوند.
چرا در وسایل توان بالا و فرکانس پایین از فریتها استفاده نمی‌کنند؟
اول اینکه تنها قسمتی از فریت مغناطیس است (بقیه ماده که ساختمان آن را به هم پیوند میدهند غیر مغناطیس‌اند ، پس میدان اشباع فریت ، از میدان اشباع مواد فرومغناطیس خیلی کمتر است. علت دوم گرانی نسبی این مواد است. دوم اینکه مقاومت مکانیکی آنها کم است و شکننده‌اند ، بنابراین نمی‌توان از آنها در وسایل توان بالا که غالبا تحت فشارهای مکانیکی هستند ، بکار برد.
سرامیکهای مغناطیسی چیستند و چه کاربردهایی دارند
مواد مغناطیسی از جمله مواد مهندسی بسیار مهمی هستند که کاربردهای مختلفی را به خود اختصاص دادهاند. به طور مثال میتوان به کاربرد آنها در سیستمهای الکترونیکی اشاره کرد که هر روزه از آنها استفاده میکنیم. متن زیر که از خبرنامه انجمن سرامیک ایران (شماره ۱۰) نقل شده است، به معرفی و کاربرد مواد مغناطیسی پرداخته است:
به طور کلی مواد مغناطیسی به دو دسته سختمغناطیس (نظیر آهنرباهای دائم) و نرممغناطیس (نظیر مواد مغناطیسی با پسماند مغناطیسی کم) تقسیمبندی میشوند:
1- آهنرباهای دائم سرامیکی
مواد مغناطیسی دائم به دستهای از مواد اطلاق میشود که خاصیت مغناطیسی خود را پس از حذف میدان مغناطیسی خارجی حفظ میکنند و کاربردهای وسیعی را به خود اختصاص دادهاند. به عنوان مثال میتوان از کاربرد آنها در یخچالها، موتورهای جریان مستقیم، نگهدارندهها، دستگاههای سنجش، بلندگوها و بسیاری موارد دیگر نام برد.
اکثر آهنرباهای دائمی تجارتی، از فریتهای سختمغناطیس سرامیکی تشکیل شدهاند که حاوی اکسیدهای مختلفی میباشند. البته قیمت مواد اولیه فریتهای سختمغناطیس، در مقایسه با مواد مورد نیاز برای آهنرباهای فلزی نظیر آلیاژ AlNiCo و یا ترکیبات آلیاژهای کمیاب خاکی، کمتر میباشد. همچنین لازم به ذکر است که فریتهای سختمغناطیس سرامیکی، به لحاظ دارا بودن میدانهای پسماندزدای (Hc) قویتر در مقایسه با آهنرباهای فلزی نظیرAlNiCo، میتوانند در ابعاد کوچکتری، بدون اینکه مواجه با خطر میدانهای آهنربازدا باشند، تهیه شوند .
فریتهای سختمغناطیس سرامیکی از نوع هگزاگونال، یک بخش از خانواده اکسیدهای کمپلکس با فرمول عمومی MO.6Fe2O3 میباشند که MO معرف اکسیدهای: باریم، استرانسیم، سرب و یا ترکیبی از این عناصر میباشند. از مواد مهم تجارتی در این گروه میتوان به فریتهای باریم با فرمول BaO.6Fe2O3 و فریت استرانسیم با فرمول SrO.6Fe2O3 اشاره کرد.
در این راستا از افزودنیهای مختلفی نظیر Sio2 یا AL2O3 بمنظور افزایش میدان پسماندزدای (Hc) و کمک زینتر، استفاده میگردد. سرامیکهای مغناطیسی همچنین بر مبنای میزان نظم ریزساختارشان که در پروسه تولید قابل کنترل میباشد، به دو گروه تقسیم میشوند:
نوع اول مگنتهای آنیزوتروپ (جهتدار)، که دارای یک محور ترجیهی مغناطیسی میباشند و نوع دوم مگنتهای ایزوتروپ (غیرجهتدار)، که دارای یک بافت ریزساختاری جهتدار نمیباشند و خواص مشابهی را در جهات مختلف از خود نشان میدهند. همچنین در مگنتهای جهتدار آنیزوتروپ بخاطر وجود یک محور یکسان، انرژی مغناطیسی ماکزیمم میباشد.کاربرد مواد مغناطیسی دائم بر پایه عملکرد ویژه مغناطیسیشان میباشد و در سیستمهای فضانوردی، کامپیوتر، الکترونیک، پزشکی، صنعت خودروسازی، صنایع نظامی، وسایل انتقال اطلاعات و غیره مشاهده میشوند. در واقع فریتهای سخت مغناطیس سرامیکی در بسیاری از موارد مورد استفاده قرار میگیرند: از اسباببازیهای ساده و قفلهای کابینت گرفته تا موتورهای الکتریکی DC. آهنرباهای بزرگ در سپراتورهای مغناطیسی برای تغلیظ مینرالها و فیلترهای آبی و آهنرباهای کوچک در صفحات نمایشگر اطلاعات مورد استفاده قرار میگیرند. در صنعت، آهنرباهای دائم سرامیکی به چندین گروه تقسیم میشوند: سرامیکهای مغناطیسی مشهور به گروه 1، از مواد ارزان قیمت ساخته میشوند و کاربردهایی نظیر: قفلهای ساده، کوپلهای مغناطیسی هممحور برای کنتورهای آب و یاتاقانهای بدون اصطکاک در کنتورهای برق را به خود اختصاص دادهاند.
سرامیک های مغناطیسی مشهور به گروه 2، در موتورهای DC مورد استفاده در خودروها، موتورهای پلهای (Stepper Motors ) و کوپلهای مغناطیسی هممحور مورد استفاده قرار میگیرند .
سرامیک های مغناطیسی مشهور به گروه 5 ، بصورت آهنرباهای حلقهای شکل در بلندگوها و جداکنندهای مغناطیسی و دیسکهای مورد استفاده در کوپلهای مغناطیسی، مورد مصرف قرار میگیرند.
سرامیکهای مغناطیسی مشهور به گروه 7 و 8، در موتورهای DC ، موتورهای Brushiess DC و ژنراتورها و محرکهای القایی خطی استفاده میشوند.