Imanes cerámicos de ferrita
Los imanes cerámicos de ferrita, también conocidos como imanes cerámicos o imanes de ferrita, son imanes permanentes fabricados a partir de un compuesto de óxido de hierro (Fe2O3) y carbonato de estroncio (SrCO3) o carbonato de bario (BaCO3). Pertenecen a la categoría de materiales magnéticos duros.
He aquí un análisis de los imanes cerámicos de ferrita:
Composición química: Los principales componentes de los imanes cerámicos de ferrita son el óxido de hierro (Fe2O3) y el carbonato de estroncio (SrCO3) o el carbonato de bario (BaCO3). Estos materiales son abundantes y relativamente baratos en comparación con los imanes de tierras raras como los imanes de neodimio.
Proceso de fabricación: Los imanes cerámicos de ferrita suelen fabricarse mediante un proceso pulvimetalúrgico. Las materias primas, incluido el óxido de hierro y el carbonato elegido, se mezclan y luego se compactan para darles la forma deseada. A continuación, los imanes compactados se sinterizan a altas temperaturas, normalmente en torno a 1200-1300°C, para formar el imán final.
Propiedades magnéticas: Los imanes cerámicos de ferrita se caracterizan por su fuerza magnética relativamente baja en comparación con los imanes de tierras raras como los imanes de neodimio. Sin embargo, tienen una buena resistencia a la desmagnetización y son muy estables en diversas condiciones ambientales, incluidas las altas temperaturas y los entornos corrosivos.
Los escenarios de uso de los imanes permanentes de NdFeB se dividen a grandes rasgos en adsorción, repulsión, inducción, conversión electromagnética, etc. En las distintas aplicaciones, los requisitos de los campos magnéticos también son diferentes.
? La estructura espacial de los productos 3C es extremadamente limitada y requiere una gran fuerza de adsorción. La estructura espacial no permite aumentar el tamaño del imán, por lo que es necesario aumentar la intensidad del campo magnético mediante el diseño de circuitos magnéticos;
? En situaciones en las que se requiere inducción de campo magnético, las líneas de fuerza magnéticas excesivamente divergentes harán que el elemento Hall se toque accidentalmente, y es necesario controlar el rango de campo magnético mediante el diseño de circuitos magnéticos;
? Cuando un lado del imán requiere una alta fuerza de adsorción y el otro lado necesita estar blindado del campo magnético, una intensidad de campo magnético demasiado alta en el lado blindado afectará al uso de los componentes electrónicos. Este problema también debe resolverse mediante el diseño de circuitos magnéticos;
? Ocasiones en las que se requiere un efecto de posicionamiento preciso, ocasiones en las que se requiere un campo magnético uniforme...etc. En todas las situaciones anteriores, es difícil lograr los requisitos de uso utilizando un solo imán cerámico de ferrita, y cuando el precio de la tierra rara es alto, el volumen y la dosificación del imán afectarán seriamente el costo y el precio del producto.
Por lo tanto, cuando cumplimos las condiciones de adsorción o uso normal, podemos modificar la estructura del circuito magnético del imán para satisfacer diferentes escenarios de uso, al tiempo que reducimos la cantidad de imanes para reducir costes.
Los circuitos magnéticos comunes se dividen a grandes rasgos en ARRAY HALBACH, circuitos magnéticos multipolares, circuitos magnéticos focalizados, imanes cerámicos de ferrita con materiales conductores magnéticos añadidos, transmisión flexible, imanes de una sola cara, estructuras de condensación magnética, etc. Permítame que se los presente uno a uno: ARRAY DE HALBACH Array de Halbach Se trata de una estructura aproximadamente ideal en ingeniería, cuyo objetivo es producir el campo magnético más potente utilizando la menor cantidad de imanes.
circuito magnético multipolar
Los circuitos magnéticos multipolares utilizan principalmente las características de las líneas de campo magnético para seleccionar preferentemente los polos diferentes más cercanos para formar un circuito magnético. En comparación con los imanes unipolares ordinarios, las líneas de campo magnético (campo magnético) de los circuitos magnéticos multipolares están más concentradas en la superficie, especialmente cuantos más polos más obvio es imanes cerámicos de ferrita.
Hay dos tipos de circuitos magnéticos multipolares, uno es el método de magnetización multipolar de un imán, y el otro es el método de adsorción de múltiples imanes unipolares. La diferencia entre estos dos métodos es el coste, pero las funciones reales son las mismas. Las ventajas de los circuitos magnéticos multipolares en la adsorción a pequeños intervalos son muy evidentes.
Centrarse en el circuito magnético
El circuito magnético de enfoque utiliza una dirección de circuito magnético especial para concentrar el campo magnético en un área pequeña, haciendo que el campo magnético en esta área sea muy fuerte, llegando incluso a 1T, lo que es muy útil para el posicionamiento preciso y la inducción local.
Material magnético
Los materiales magnéticos permeables utilizan bucles de campo magnético para dar prioridad a la trayectoria con menor resistencia magnética. El uso de materiales altamente permeables (SUS430, SPCC, DT4, etc.) en el circuito magnético puede guiar bien la dirección del campo magnético, logrando así la magnetización local y el aislamiento. Efecto.
Transmisión flexible
Las características de la transmisión flexible son que la atracción y la repulsión formadas por imanes cerámicos de ferrita consiguen una transmisión flexible sin contacto, tamaño pequeño, estructura sencilla, el par se puede cambiar según el volumen del imán y el tamaño del entrehierro, y el espacio ajustable es grande.
Imán de una cara
La característica de los imanes cerámicos de ferrita de una cara es que la polaridad de una cara del imán está blindada y la de la otra se mantiene. La fuerza de adsorción directa es fuerte, pero la fuerza magnética se atenúa mucho al aumentar la distancia.
Estructura de magnetización
La característica de forma es que los imanes cerámicos de ferrita y el yugo de hierro están dispuestos uno respecto al otro según la polaridad. A medida que aumenta la relación entre el grosor del imán y el grosor del yugo de hierro, cuanto mayor es el grosor del yugo de hierro, menor es la divergencia de las líneas del campo magnético. La estructura de magnetización puede diseñarse de forma flexible en función del tamaño del entrehierro para lograr resultados óptimos. Puede ahorrar imanes de forma eficaz y el campo magnético se distribuye uniformemente a lo largo del yugo de hierro. Sin embargo, la desventaja es que el coste de montaje es elevado.
¿Los imanes con el mismo rendimiento y volumen tienen la misma potencia de succión?
Lo primero que es seguro es que la fuerza de succión no es la misma. Qué tipo de fuerza de succión es la mayor depende de la definición del producto máximo de energía magnética. Cuando el punto de trabajo del imán está cerca del producto máximo de energía magnética, el imán tiene la máxima energía de trabajo.
La fuerza de adsorción del imán es también una manifestación de trabajo, por lo que la fuerza de succión correspondiente es también la mayor de los imanes cerámicos de ferrita. Lo que hay que señalar aquí es que el objeto a atraer tiene que ser lo suficientemente grande y tiene que cubrir completamente el tamaño del polo magnético, por lo que el material, el tamaño, la forma y otros factores del objeto a atraer pueden ser ignorados.
Cómo juzgar si el punto de trabajo del imán se encuentra en el punto de máxima acumulación de energía magnética. Cuando el imán se adsorbe directamente al material a atraer, su fuerza de adsorción viene determinada por el campo magnético del entrehierro y el tamaño del área de adsorción.
Tomando como ejemplo un imán cilíndrico, cuando H/D≈0,6, su centro Pc≈1, y cuando está cerca del punto de trabajo del producto de máxima energía magnética, la fuerza de succión es máxima.
Esto también concuerda con la regla de que los imanes cerámicos de ferrita suelen diseñarse para tener una forma relativamente plana como piezas de adsorción. Tomando como ejemplo el imán N35 D10*6, la simulación por AEF puede calcular que la fuerza de succión de la placa de hierro es de unos 27N, que es casi el valor máximo de un imán del mismo volumen y es 780 veces su propio peso.
Los imanes cerámicos de ferrita cuadrados son similares a los circulares. Cuando se adsorben directamente al material a atraer, el centro Pc≈1, es decir, cerca del punto de funcionamiento del producto de máxima energía magnética, la fuerza de succión alcanzará el valor máximo de un imán del mismo volumen, como 10*10*6,5 o 15* 10*8.
Por supuesto, lo anterior es sólo el estado de adsorción de un solo polo del imán. Si se trata de una magnetización multipolar, la fuerza de succión será completamente diferente. La fuerza de succión de la magnetización multipolar será mucho mayor que la de la magnetización unipolar (siempre que la distancia entre el imán y el objeto adsorbido sea pequeña).
¿Por qué cambia tanto la fuerza de succión cuando imanes del mismo volumen se convierten en multipolares magnetizados? La razón es que el área de adsorción S permanece invariable, pero el valor de la densidad de flujo magnético B del objeto a atraer aumenta mucho. En el diagrama de líneas de campo magnético que se muestra a continuación se puede observar que, en el caso de los imanes multipolares, la densidad de las líneas de campo magnético que atraviesan la lámina de hierro aumenta considerablemente. Siguiendo con el ejemplo del imán N35 D10*6, se trata de imanes cerámicos de ferrita bipolares magnetizados. La fuerza de adsorción de la lámina de hierro simulada por el método de los elementos finitos es de unas 1100 veces su propio peso.
Desde que el imán cerámico de ferrita se hace multipolar y se magnetiza, cada polo equivale a un imán más esbelto, y su valor Pc ha cambiado. Ya no se puede calcular basándose en el valor Pc del tamaño total, por lo que su tamaño óptimo ya no es H/D≈ 0,6, sino un imán más plano. El tamaño específico está relacionado con el método de magnetización multipolar y el número de polos.
Los más de diez elementos del NdFeB sinterizado son como los distintos condimentos que debemos añadir para elaborar un manjar. Es precisamente por la combinación científica y regular de estos elementos con diferentes propiedades y funciones intrínsecas por lo que nuestro NdFeB se convierte en imanes cerámicos de ferrita. El boro se presenta en diferentes grados y propiedades. Comprender el significado de cada elemento es de gran importancia para que podamos entender mejor el rendimiento y los costes de fabricación de los diferentes grados. A continuación presentamos brevemente el valor de estos elementos.
Para facilitar la comprensión, podemos dividir los elementos constitutivos del NdFeB en tres categorías:
◇ Uno son los elementos principales RE (Ce, Gd, Nd, Dy, etc.), Fe, B, que son los principales responsables de la formación de granos de fase principal RE2Fe14B.
◇ El segundo son los elementos pequeños, como Al, Co, Ga y Zr, que se encargan principalmente de optimizar el recubrimiento de los límites de grano en relación con los granos de la fase principal.
◇ En tercer lugar, los elementos impuros, como el carbono, el oxígeno, etc., se introducen inevitablemente en las materias primas y en la producción.
En la figura siguiente se muestra un diagrama esquemático de los tipos de elementos NdFeB.
Normalmente, en el proceso de producción, para que las distintas fórmulas ejerzan mejores efectos de rendimiento, también necesitamos realizar ciertas inspecciones y tratamientos en las materias primas antes de utilizarlas para que cumplan algunos requisitos básicos. Los requisitos comunes para algunos elementos son los siguientes.
Los anteriores son valores de referencia típicos de materias primas de uso común. Los fabricantes de materias primas reales suelen tener ciertas desviaciones debido a las diferentes rutas de proceso utilizadas en el proceso de producción. Por ejemplo, la proporción de PrNd cambiará de 20:80 a 25:75, y la de GdFe será inferior a 75. %, el contenido de B en diferentes lotes de BFe fluctuará en gran medida, lo que nos obliga a utilizarlo en combinación con el contenido real de cada lote de hojas de inspección de calidad durante el uso.
Cada elemento contenido en los imanes NdFeB tiene sus propias características únicas, como:
◇ La introducción de elementos La y Ce reducirá la remanencia Br y la fuerza coercitiva Hcj del imán, pero su precio es muy barato y puede reducir costes;
◇ REFeB compuesto de elemento Nd puro que sustituye al PrNd tiene una magnetización de saturación muy alta y puede utilizarse para preparar imanes cerámicos de ferrita de remanencia ultra alta;
◇ La introducción del elemento Tb puede mejorar mucho el Hcj del imán, pero su coste es extremadamente caro;
◇ El elemento Gd es relativamente barato. El REFeB formado por él tiene la temperatura de Curie más alta y puede preparar imanes resistentes a altas temperaturas, pero reducirá significativamente el Br.
