แม่เหล็กทรงกระบอกเฟอร์ไรต์

แม่เหล็กทรงกระบอกเฟอร์ไรต์

การใช้และความหลากหลายของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ได้เพิ่มขึ้นตามการพัฒนาของการผลิต ตามการใช้งาน เฟอร์ไรต์สามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภท: แม่เหล็กอ่อน แม่เหล็กแข็ง แม่เหล็กไจโรแมกเนติก โมเมนต์แม่เหล็ก และแม่เหล็กเพียโซ

วัสดุแม่เหล็กอ่อนหมายถึงวัสดุเฟอร์ไรต์ที่ง่ายต่อการทำให้เป็นแม่เหล็กและล้างอำนาจแม่เหล็กภายใต้สนามแม่เหล็กอ่อน (ดังแสดงในรูปที่ 1) ตัวแทนทั่วไปของวัสดุแม่เหล็กอ่อน ได้แก่ แมงกานีส ซิงค์ เฟอร์ไรต์ Mn-ZnFe₂O₄และนิเกิลซิงค์เฟอร์ไรต์ Ni-ZnFe₂O₄.

เฟอร์ไรต์แม่เหล็กอ่อนเป็นวัสดุเฟอร์ไรต์ที่มีการใช้งานกว้าง ปริมาณมาก หลายชนิด และมูลค่าผลผลิตสูงในบรรดาเฟอร์ไรต์ต่างๆ ในปัจจุบัน มีการผลิตเป็นชุดจำนวนมากในโลก และผลผลิตต่อปีมีมากกว่าหลายหมื่นตัน

ซอฟต์เฟอร์ไรต์ส่วนใหญ่จะใช้เป็นส่วนประกอบตัวเหนี่ยวนำที่หลากหลาย เช่น แกนตัวกรอง แกนหม้อแปลง แกนเสาอากาศ แกนโก่งตัว เทปแม่เหล็กและหัวบันทึกวิดีโอ และหัวบันทึกสำหรับการสื่อสารแบบหลายช่องสัญญาณ

โดยทั่วไป โครงสร้างผลึกของซอฟต์เฟอร์ไรต์เป็นแบบลูกบาศก์สปิเนล ซึ่งใช้ในความถี่เสียงจนถึงย่านความถี่ที่สูงมาก (1 กิโลเฮิรตซ์-300 เมกะเฮิรตซ์) อย่างไรก็ตาม ขีดจำกัดบนของความถี่ในการใช้งานของวัสดุแม่เหล็กอ่อนที่มีโครงสร้างผลึกแมกนีโตพลัมไบท์หกเหลี่ยมนั้นสูงกว่าชนิดสปิเนลหลายเท่า

วัสดุแม่เหล็กแข็งสัมพันธ์กับวัสดุแม่เหล็กอ่อน มันหมายถึงวัสดุเฟอร์ไรต์ที่ไม่ง่ายที่จะล้างอำนาจแม่เหล็กหลังจากการทำให้เป็นแม่เหล็ก แต่สามารถรักษาอำนาจแม่เหล็กไว้ได้เป็นเวลานาน ดังนั้นบางครั้งจึงเรียกว่าวัสดุแม่เหล็กถาวรหรือวัสดุแม่เหล็กถาวร)

โครงสร้างผลึกของวัสดุแม่เหล็กแข็งส่วนใหญ่เป็นชนิดแมกนีโตพลัมไบท์หกเหลี่ยม ตัวแทนทั่วไปคือแบเรียมเฟอร์ไรต์ BaFe₁₂O₁₉(หรือที่เรียกว่าพอร์ซเลนคงที่แบเรียม, พอร์ซเลนแม่เหล็กแบเรียม) ซึ่งเป็นวัสดุแม่เหล็กแข็งเฟอร์ไรต์ที่มีประสิทธิภาพดี ต้นทุนต่ำ และเหมาะสำหรับการผลิตในภาคอุตสาหกรรม

วัสดุนี้ไม่เพียงแต่ใช้เป็นเครื่องบันทึก ไมโครโฟน ปิ๊กอัพ โทรศัพท์ และแม่เหล็กสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ ในอุปกรณ์โทรคมนาคมเท่านั้น แต่ยังใช้ในการรักษามลพิษ ชีววิทยาทางการแพทย์ และการแสดงผลการพิมพ์อีกด้วย

วัสดุเฟอร์ไรต์แข็งเป็นวัสดุแม่เหล็กแข็งหลักที่สองรองจากวัสดุโลหะแม่เหล็กแข็งของซีรีส์ Al-Ni ส่วนประกอบของเครื่องจักร อุปกรณ์ไมโครเวฟ และอุปกรณ์ป้องกันอื่นๆ) เปิดช่องทางใหม่สำหรับการใช้งาน

ไจโรแมกเนติกของวัสดุแม่เหล็กหมายความว่าภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กกระแสตรงสองสนามที่ตั้งฉากร่วมกันและสนามแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีโพลาไรซ์แบบระนาบแพร่กระจายในทิศทางหนึ่งภายในวัสดุ ระนาบโพลาไรเซชันของมันจะหมุนรอบทิศทางการแพร่กระจายอย่างต่อเนื่อง . ปรากฏการณ์ วัสดุชนิดนี้มีคุณสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่าวัสดุที่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กกระแสตรงและสนามแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีโพลาไรซ์แบบระนาบแพร่กระจายในทิศทางที่แน่นอนภายในวัสดุ ระนาบโพลาไรซ์ของมันจะหมุนรอบทิศทางการแพร่กระจายอย่างต่อเนื่อง วัสดุชนิดนี้มีคุณสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่าวัสดุที่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แม้ว่าวัสดุแม่เหล็กโลหะ H จะมีไจโรแมกเนติกเช่นกัน เนื่องจากความต้านทานต่ำและการสูญเสียกระแสไหลวนที่มากเกินไป คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงไม่สามารถเจาะลึกเข้าไปภายในได้ แต่สามารถเข้าสู่ผิวหนังที่มีความหนาน้อยกว่า 1 ไมครอนเท่านั้น (หรือที่เรียกว่า ผลกระทบต่อผิวหนัง) ดังนั้นจึงใช้ไม่ได้ ดังนั้นการประยุกต์ใช้ไจโรแมกเนติกในวัสดุแม่เหล็กจึงกลายเป็นสนามแม่เหล็กเฉพาะของเฟอร์ไรต์

ปรากฏการณ์ไจโรแมกเนติกนั้นใช้จริงในย่านความถี่ 100~100,000 เมกะเฮิรตซ์ (หรือในช่วงคลื่นเมตรถึงคลื่นมิลลิเมตร) ดังนั้นวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าเฟอร์ไรต์จึงเรียกอีกอย่างว่าเฟอร์ไรต์ไมโครเวฟ เฟอร์ไรต์ไมโครเวฟที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ แมกนีเซียม แมงกานีสเฟอร์ไรต์ Mg-MnFe₂O₄, นิเกิล คอปเปอร์ เฟอร์ไรต์ Ni-CuFe₂O₄, นิเกิลซิงค์เฟอร์ไรต์ Ni-ZnFe2O4 และอิตเทรียมโกเมนเฟอร์ไรต์ 3Me₂O₃5 ก.พ₂O₃(Me คือไอออนโลหะธาตุหายากชนิดไตรวาเลนต์ เช่น Y^{3 บวก}, ส^{3 บวก}, จีดี^{3 บวก}, ได^{3 บวก}ฯลฯ)

วัสดุ gyromagnetic ส่วนใหญ่เป็นท่อนำคลื่นหรือสายส่งที่ส่งไมโครเวฟเพื่อสร้างอุปกรณ์ไมโครเวฟต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เรดาร์ การสื่อสาร การนำทาง การวัดและควบคุมระยะไกล อุปกรณ์ไมโครเวฟส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เรดาร์ การสื่อสาร การนำทาง การตรวจวัดระยะไกล และการควบคุมระยะไกล

โมเมนต์แม่เหล็กหมายถึงวัสดุเฟอร์ไรต์ที่มีวงฮิสเทรีซิสเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ดังแสดงในรูปที่ 4 วงฮิสเทรีซิสหมายความว่าหลังจากสนามแม่เหล็กภายนอกเพิ่มขึ้นจนถึงความแรงของสนามอิ่มตัวบวก Hs จากบวก Hs ถึง -Hs แล้วกลับเป็นบวก Hs การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กยังเปลี่ยนจากบวก Bs เป็น - Bs กลับไปเป็นบวก Bs อีกครั้ง ซึ่งเป็นประสบการณ์ของเส้นโค้งวงปิด วัสดุแม่เหล็กโมเมนต์ที่ใช้บ่อยที่สุดคือแมกนีเซียม แมงกานีส เฟอร์ไรต์ Mg-MnFe2O4 และลิเธียมแมงกานีสเฟอร์ไรต์ Li-MnFe2O4

วัสดุประเภทนี้ส่วนใหญ่จะใช้เป็นแกนหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทต่างๆ และยังถูกใช้อย่างกว้างขวางในการควบคุมอัตโนมัติ การนำทางด้วยเรดาร์ การนำทางในอวกาศ การแสดงข้อมูล ฯลฯ

แม้ว่าจะมีหน่วยความจำประเภทใหม่ๆ มากมาย แต่หน่วยความจำแม่เหล็ก (โดยเฉพาะหน่วยความจำแกนแม่เหล็ก) ยังคงครองตำแหน่งที่สำคัญมากในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เนื่องจากมีวัตถุดิบมากมาย กระบวนการง่ายๆ ประสิทธิภาพที่เสถียร และวัสดุแม่เหล็กโมเมนต์เฟอร์ไรต์ที่มีต้นทุนต่ำ

วัสดุ Piezomagnetic หมายถึงวัสดุเฟอร์ไรต์ที่สามารถยืดหรือทำให้สั้นลงได้ทางกลไก (magnetostrictive) ในทิศทางของสนามแม่เหล็กเมื่อถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก ปัจจุบันที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ นิเกิล-ซิงค์ เฟอร์ไรต์ Ni-ZnFe₂O₄, เฟอร์ไรต์นิกเกิล-ทองแดง Ni-CuFe₂O₄และนิเกิล-แมกนีเซียมเฟอร์ไรต์ Ni-MgFe₂O₄และอื่น ๆ

วัสดุ Piezomagnetic ส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์อัลตราโซนิกและอะคูสติกใต้น้ำ อุปกรณ์แมกนีโตอะคูสติก อุปกรณ์โทรคมนาคม ทีวีใต้น้ำ คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ และอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติที่แปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าและพลังงานกล

แม้ว่าวัสดุเพียโซอิเล็กทริกและวัสดุเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก (เช่น แบเรียมไททาเนต ฯลฯ) จะมีขอบเขตการใช้งานที่เหมือนกันเกือบทั้งหมด แต่ก็ถูกนำไปใช้ภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกันเนื่องจากลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าวัสดุแม่เหล็กเพียโซอิเล็กทริกเฟอร์ไรต์เหมาะสำหรับย่านความถี่หลายหมื่นเฮิรตซ์เท่านั้น ในขณะที่ย่านความถี่ที่ใช้ได้ของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกนั้นสูงกว่ามาก

นอกเหนือจากการจำแนกประเภทตามการใช้งานข้างต้นแล้ว เฟอร์ไรต์ยังสามารถแบ่งออกได้เป็น Ni-Zn, Mn-Zn, Cu-Zn ferrite และอื่นๆ ตามองค์ประกอบทางเคมี เฟอร์ไรต์ที่มีองค์ประกอบทางเคมี (อนุกรม) เดียวกันสามารถใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย ตัวอย่างเช่น เฟอร์ไรต์ Ni-Zn สามารถใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อน วัสดุประเภท gyromagnetic หรือ piezomagnetic แต่มีความแตกต่างในสูตรและกระบวนการ เพียงแค่เปลี่ยน