W rozległym krajobrazie nowoczesnej technologii i przemysłu materiały magnetyczne odgrywają nieodzowną rolę. Od magnesów do lodówek po złożone silniki przemysłowe, materiały te stanowią kręgosłup wielu urządzeń i systemów. Wśród różnych materiałów magnetycznych magnesy ceramiczne - znane również jako magnesy ferrytowe - wyróżniają się jako opłacalne i wszechstronne rozwiązanie.

Magnesy ceramiczne, zgodnie ze swoją nazwą, to materiały magnetyczne o ceramicznej podstawie. Dokładniej mówiąc, są to magnesy ferrytowe, które składają się głównie z tlenku żelaza (Fe₂O₃) połączonego z innymi tlenkami metali, takimi jak stront (Sr), bar (Ba) lub mangan (Mn).

Ferryty wykazują dwie główne struktury krystaliczne:

• Ferryty typu szpinelowego: Charakteryzują się sześciennymi układami krystalograficznymi o wzorze chemicznym AB₂O₄, gdzie A i B reprezentują odpowiednio dwuwartościowe i trójwartościowe jony metali. Ferryty te wykazują wysoką przenikalność magnetyczną i niską koercję, co sprawia, że nadają się do zastosowań wysokoczęstotliwościowych.
• Ferryty heksagonalne: Zawierające heksagonalne układy krystalograficzne o wzorze chemicznym MFe₁₂O₁₉, gdzie M reprezentuje dwuwartościowe jony metali. Wykazują one wysoką koercję i znaczny iloczyn energetyczny magnetyczny, idealny do zastosowań z magnesami trwałymi.

Produkcja magnesów ceramicznych obejmuje sześć kluczowych etapów:

1. Mieszanie surowców
2. Wstępne spiekanie
3. Rozdrabnianie
4. Formowanie
5. Spiekanie
6. Namagnesowanie

W porównaniu z innymi materiałami na magnesy trwałe, magnesy ceramiczne oferują wyraźne korzyści:

• Ekonomiczna opłacalność: Znacznie niższe koszty produkcji w porównaniu z magnesami neodymowymi, alnico lub samarowo-kobaltowymi.
• Odporność na rozmagnesowanie: Wyjątkowa zdolność do utrzymywania właściwości magnetycznych w niekorzystnych warunkach dzięki wysokiej koercji.
• Odporność na korozję: Wewnętrzna stabilność przed degradacją chemiczną eliminuje potrzebę stosowania powłok ochronnych.
• Elastyczność produkcji: Możliwość dostosowania do różnych kształtów i rozmiarów dzięki prostym procesom produkcyjnym.

System klasyfikacji Y-grade oznacza poziomy wydajności magnesów ceramicznych, gdzie wyższe liczby wskazują na silniejsze pola magnetyczne. Obecny rynek oferuje 27 różnych klasyfikacji Y-grade.

Klasy Y są kategoryzowane na podstawie ich wartości (BH)max:

Wybór odpowiedniej klasy Y wymaga uwzględnienia wielu czynników:

• Siła pola magnetycznego: Wyższe wymagania dotyczące pola wymagają klas o większych wartościach (BH)max.
• Temperatura pracy: Klasy o wyższej koercji (np. Y30BH, Y32H) działają lepiej w podwyższonych temperaturach.
• Wymiary fizyczne: Mniejsze magnesy mogą wymagać wyższych klas, aby uzyskać wystarczającą siłę pola.
• Czynniki ekonomiczne: Równowaga między wymaganiami wydajności a ograniczeniami budżetowymi.
• Warunki środowiskowe: Standardowe klasy zazwyczaj wystarczają dla większości środowisk.

Magnesy ceramiczne służą różnym sektorom poprzez różne implementacje:

• Systemy elektromechaniczne: Silniki DC/AC, silniki krokowe
• Urządzenia akustyczne: Głośniki i sprzęt audio
• Technologie wykrywania: Czujniki Halla, detektory zbliżeniowe
• Systemy bezpieczeństwa: Mechanizmy blokujące magnetyczne
• Sprzęt medyczny: Skanery MRI
• Elementy motoryzacyjne: Czujniki ABS, pompy paliwa
• Produkty konsumenckie: Zabawki edukacyjne, artykuły gospodarstwa domowego

Kluczowe specyfikacje magnesów ceramicznych obejmują:

• Koercja (Hc): Odporność na rozmagnesowanie (mierzona w Oe lub kA/m)
• Koercja wewnętrzna (Hci): Próg całkowitego rozmagnesowania
• Maksymalny iloczyn energetyczny (BH)max: Gęstość energii magnetycznej (MGOe)
• Remanencja (Br): Resztkowa indukcja magnetyczna (G lub T)
• Temperatura Curie (Tc): Punkt demagnetyzacji termicznej (°C)

Do porównań technicznych:

• 1 kG = 1000 G (gęstość strumienia magnetycznego)
• 1 T = 10 000 G
• 1 kA/m = 12.56 Oe (natężenie pola magnetycznego)
• 1 MGOe = jednostka gęstości energii magnetycznej
• 1 kJ/m³ = 1000 J (pomiar energii)

Magnesy ceramiczne wciąż ewoluują wraz z postępem technologicznym, znajdując nowe zastosowania w:

• Układach napędowych pojazdów elektrycznych
• Urządzeniach automatyki domowej Internetu Rzeczy (IoT)
• Sieciach czujników Internetu Rzeczy (IoT)

Dzięki ciągłym ulepszeniom w zakresie wydajności i efektywności kosztowej, magnesy ceramiczne pozostają podstawowym elementem w rozwoju nowoczesnej technologii.