Magnetická keramika, oxidové materiály, ktoré vykazujú určitý typ permanentnej magnetizácie nazývaný ferrimagnetizmus. Komerčne pripravená magnetická keramika sa používa v celom rade aplikácií s permanentnými magnetmi, transformátormi, telekomunikáciami a informáciami. Tento článok popisuje zloženie a vlastnosti základných magnetických keramických materiálov a prehľad ich hlavných komerčných aplikácií.
Ferity: zloženie, štruktúra a vlastnosti
Magnetická keramika je vyrobená z feritov, čo sú kryštalické minerály zložené z oxidu železa v kombinácii s iným kovom. Dostávajú všeobecný chemický vzorec M (Fe x O y), M, ktorý predstavuje iné kovové prvky ako železo. Najznámejší ferit je magnetit, prirodzene sa vyskytujúce železnatý feritu (Fe [Fe 2 O 4], alebo Fe 3 O 4), bežne známy ako magnetovca. Magnetické vlastnosti magnetitu sa v kompasoch využívajú už od staroveku.
Magnetické správanie feritov sa nazýva ferrimagnetizmus; je úplne odlišná od magnetizácie (nazývanej feromagnetizmus), ktorú vykazujú kovové materiály, ako napríklad železo. Vo feromagnetizme existuje iba jeden druh mriežkového miesta a nepárové elektrónové „točenia“ (pohyby elektrónov, ktoré spôsobujú magnetické pole) sa usporiadajú v jednom smere v danej doméne. Na druhej strane vo ferrimagnetizme existuje viac ako jeden druh mriežkového miesta a elektrónové točky sa zarovnávajú tak, aby boli proti sebe - niektoré sú „spin-up“ a iné „spin-down“ - s danou doménou. Neúplné zrušenie protiľahlých otočení vedie k polarizácii siete, ktorá, hoci je o niečo slabšia ako pre feromagnetické materiály, môže byť dosť silná.
Na magnetické keramické výrobky sa vyrábajú tri základné triedy feritov. Na základe svojej kryštalickej štruktúry sú to spinely, šesťuholníkové ferity a granáty.
spinely
Spinely majú vzorec M (Fe 2 O 4), kde M je zvyčajne dvojmocný katión, ako je mangán (Mn 2+), nikel (Ni 2+), kobaltu (Co 2+), zinku (Zn 2+), medi (Cu2 +) alebo horčík (Mg2 +). M môže tiež predstavovať monovalentný lítny katión (Li +) alebo dokonca voľné miesta, pokiaľ sú tieto absencie kladného náboja kompenzované ďalšími trojmocnými katiónmi železa (Fe 3+). Kyslíkové anióny (O 2 -) majú uzavretú kubickú kryštalickú štruktúru tesne uzavretú a kovové katióny obsadzujú medzery v neobvyklom usporiadaní s dvoma mriežkami. V každej jednotkovej bunke obsahujúcej 32 kyslíkových aniónov je 8 katiónov koordinovaných 4 oxygénmi (tetraedrické miesta) a 16 katiónov je koordinovaných 6 oxygénmi (oktaedrické miesta). Antiparalelné vyrovnanie a neúplné zrušenie magnetických otočení medzi dvoma podtlačami vedie k trvalému magnetickému momentu. Pretože spinely majú kubickú štruktúru a nemajú uprednostňovaný smer magnetizácie, sú magneticky „mäkké“; tj je relatívne ľahké zmeniť smer magnetizácie prostredníctvom aplikácie vonkajšieho magnetického poľa.
Šesťhranné ferity
Takzvané hexagonálne ferity majú vzorec M (Fe 12 O 19), kde M je obvykle bária (Ba), stroncium (Sr), alebo olovo (Pb). Kryštalická štruktúra je komplexná, ale môže byť opísaná ako hexagonálna s jedinečnou osou c alebo vertikálnou osou. Toto je ľahká os magnetizácie v základnej štruktúre. Pretože smer magnetizácie sa nedá ľahko zmeniť na inú os, hexagonálne ferity sa označujú ako „tvrdé“.
Granátové ferity
Garnet ferity majú štruktúru kremičitany granátu a chemickým vzorcom M 3 (Fe 5 O 12), kde M je ytrium alebo iónov vzácnych zemín. Okrem tetrahedrálnych a oktaedrálnych miest, ako sú tie, ktoré sa pozorujú na spineloch, majú granáty aj dodekahedrálne (12-koordinované) miesta. Čistý ferrimagnetizmus je teda komplexným výsledkom antiparalelného usporiadania spinov medzi tromi typmi miest. Granáty sú tiež magneticky tvrdé.
Spracovanie keramických feritov
Keramické ferity sa vyrábajú tradičnými krokmi miešania, kalcinácie, lisovania, vypaľovania a konečnej úpravy. Kontrola zloženia katiónov a plynnej atmosféry je nevyhnutná. Napríklad, nasýtené magnetizácie spinely feritov môže byť značne zvýšená čiastočnou substitúciou Zn (Fe 2 O 4) pre Ni (Fe 2 O 4) alebo Mn (Fe 2 O 4). Katióny zinku uprednostňujú tetraedrickú koordináciu a nútia ďalšie Fe 3+ na osemstranné miesta. To vedie k menšiemu zrušeniu rotácie a väčšej saturačnej magnetizácii.
Pokročilé spracovanie sa tiež používa na výrobu feritu, vrátane zrážania, sušenia vymrazovaním, praženia rozprašovaním a spracovania sol-gélu. (Tieto metódy sú opísané v článku Pokročilá keramika.) Okrem toho sa jednotlivé kryštály pestujú ťahaním z tavenín tavených tavivom (Czochralského metóda) alebo gradientovým chladením tavenín (metóda Bridgman). Ferity sa môžu tiež nanášať ako tenké filmy na vhodné substráty chemickým nanášaním pár (CVD), epitaxiou v kvapalnej fáze (LPE) a naprašovaním. (Tieto metódy sú opísané v kryštáli: Rast kryštálov: Rast z taveniny.)
aplikácia
Permanentné magnety
Tvrdé magnetické ferity sa používajú ako permanentné magnety a do tesnení pre chladničky. Používajú sa aj v mikrofónoch a tesneniach reproduktorov. Najväčší trh s permanentnými magnetmi je v oblasti malých motorov pre akumulátorové spotrebiče a v automobilových aplikáciách.
![Európska história bitky pri moste Stamford Bridge [1066]](https://images.thetopknowledge.com/img/world-history/2/battle-stamford-bridge-european-history-1066.jpg "Európska história bitky pri moste Stamford Bridge [1066]")
