Keramik magnetik, bahan oksida yang menunjukkan jenis magnetisasi kekal tertentu yang disebut ferrimagnetism. Seramik magnetik yang disiapkan secara komersial digunakan dalam berbagai aplikasi magnet kekal, transformer, telekomunikasi, dan rakaman maklumat. Artikel ini menerangkan komposisi dan sifat bahan seramik magnetik utama dan meninjau aplikasi komersial utama mereka.
Ferrit: komposisi, struktur, dan sifat
Seramik magnetik terbuat dari ferit, yang merupakan mineral kristal yang terdiri daripada besi oksida dalam kombinasi dengan beberapa logam lain. Mereka diberi formula kimia umum M (Fe x O y), M mewakili unsur logam lain daripada besi. Ferit yang paling dikenali ialah magnetit, ferit ferus yang berlaku secara semula jadi (Fe [Fe 2 O 4], atau Fe 3 O 4) yang biasanya dikenali sebagai batu kapur. Sifat magnetik magnetit telah dieksploitasi dalam kompas sejak zaman kuno.
Tingkah laku magnet yang ditunjukkan oleh ferit disebut ferrimagnetism; ia agak berbeza dengan magnetisasi (disebut ferromagnetism) yang dipamerkan oleh bahan logam seperti besi. Dalam feromagnetisme hanya ada satu jenis situs kisi, dan "putaran" elektron yang tidak berpasangan (gerakan elektron yang menyebabkan medan magnet) berbaris dalam satu arah dalam domain tertentu. Dalam ferrimagnetisme, di sisi lain, ada lebih dari satu jenis tapak kisi, dan putaran elektron sejajar sehingga saling bertentangan - ada yang "berputar-putar" dan ada yang "berputar-putar" —dalam domain tertentu. Pembatalan putaran yang tidak lengkap menyebabkan polarisasi bersih, yang, walaupun agak lemah daripada bahan feromagnetik, cukup kuat.
Tiga kelas asas ferit dijadikan produk seramik magnetik. Berdasarkan struktur kristal mereka, mereka adalah spinel, ferit heksagon, dan garnet.
Spinel
Spinel mempunyai formula M (Fe 2 O 4), di mana M biasanya kation divalen seperti mangan (Mn 2+), nikel (Ni 2+), kobalt (Co 2+), zink (Zn 2+), tembaga (Cu 2+), atau magnesium (Mg 2+). M juga boleh mewakili kation lithium monovalen (Li +) atau bahkan kekosongan, selagi ketiadaan cas positif ini dikompensasi oleh kation besi trivalen tambahan (Fe 3+). Anion oksigen (O 2−) menggunakan struktur kristal kubik yang rapat, dan kation logam menempati celahan dalam susunan dua kisi yang tidak biasa. Di setiap sel unit, mengandungi 32 anion oksigen, 8 kation dikoordinasikan oleh 4 oksigen (tapak tetrahedral), dan 16 kation dikoordinasikan oleh 6 oksigen (tapak oktahedral). Penjajaran antiparallel dan pembatalan putaran magnet yang tidak lengkap antara kedua sublattices membawa kepada momen magnet kekal. Oleh kerana spinel berbentuk kubik, tanpa arah kemagnetan yang disukai, mereka "lembut" secara magnet; iaitu, mudah untuk mengubah arah magnetisasi melalui penerapan medan magnet luaran.
Ferrit heksagon
Ferit heksagon yang disebut mempunyai formula M (Fe 12 O 19), di mana M biasanya barium (Ba), strontium (Sr), atau plumbum (Pb). Struktur kristalnya kompleks, tetapi boleh digambarkan sebagai heksagon dengan sumbu c yang unik, atau paksi menegak. Ini adalah paksi magnetisasi mudah dalam struktur asas. Kerana arah magnetisasi tidak dapat diubah dengan mudah ke sumbu lain, ferit heksagon disebut sebagai "keras."
Garnet ferit
Garnet ferit mempunyai struktur garnet mineral silikat dan formula kimia M 3 (Fe 5 O 12), di mana M adalah yttrium atau ion nadir bumi. Selain laman tetrahedral dan oktahedral, seperti yang dilihat pada spinel, garnet mempunyai laman dodecahedral (12-diselaraskan). Oleh itu, ferrimagnetisme bersih adalah hasil yang kompleks dari penjajaran putaran antiparallel di antara tiga jenis laman web. Garnet juga keras secara magnet.
Pemprosesan ferit seramik
Ferrit seramik dibuat dengan cara pencampuran tradisional, pengapuran, penekanan, penembakan, dan penamat. Pengendalian komposisi kation dan atmosfera gas sangat penting. Contohnya, magnetisasi tepu ferit spinel dapat ditingkatkan dengan penggantian separa Zn (Fe 2 O 4) untuk Ni (Fe 2 O 4) atau Mn (Fe 2 O 4). Kation zink lebih suka koordinasi tetrahedral dan memaksa Fe 3+ tambahan ke laman oktahedral. Ini mengakibatkan pembatalan putaran yang lebih sedikit dan kemagnetan tepu yang lebih besar.
Pemprosesan lanjutan juga digunakan untuk pembuatan ferit, termasuk pemendapan bersama, pengeringan beku, pemanggang semburan, dan pemprosesan sol-gel. (Kaedah-kaedah ini dijelaskan dalam artikel seramik maju.) Di samping itu, kristal tunggal ditanam dengan menarik dari lebur fluks (kaedah Czochralski) atau dengan penyejukan cairan secara gradien (kaedah Bridgman). Ferrit juga dapat didepositkan sebagai filem tipis pada substrat yang sesuai dengan pemendapan wap kimia (CVD), epitaxy fasa cair (LPE), dan sputtering. (Kaedah ini dijelaskan dalam kristal: Pertumbuhan kristal: Pertumbuhan dari lebur.)
Permohonan
Magnet kekal
Ferrit magnetik keras digunakan sebagai magnet kekal dan dalam gasket meterai peti sejuk. Mereka juga digunakan dalam mikrofon dan gasket pembesar suara. Pasar terbesar untuk magnet kekal adalah pada motor kecil untuk perkakas tanpa kabel dan dalam aplikasi kenderaan.
