در چشم‌انداز وسیع فناوری و صنعت مدرن، مواد مغناطیسی نقش ضروری ایفا می‌کنند. از آهنرباهای یخچال گرفته تا موتورهای صنعتی پیچیده، این مواد ستون فقرات دستگاه‌ها و سیستم‌های بی‌شماری را تشکیل می‌دهند. در میان مواد مغناطیسی مختلف، آهنرباهای سرامیکی - که به عنوان آهنرباهای فریت نیز شناخته می‌شوند - به عنوان یک راه‌حل مقرون به صرفه و همه‌کاره برجسته می‌شوند.

آهنرباهای سرامیکی، همانطور که از نامشان پیداست، مواد مغناطیسی با پایه سرامیکی هستند. به طور دقیق‌تر، آن‌ها آهنرباهای فریتی هستند که عمدتاً از اکسید آهن (Fe₂O₃) همراه با سایر اکسیدهای فلزی مانند استرانسیم (Sr)، باریم (Ba) یا منگنز (Mn) تشکیل شده‌اند.

فریت‌ها دو ساختار کریستالی اصلی را نشان می‌دهند:

• فریت‌های اسپینلی: مشخصه سیستم‌های کریستالی مکعبی با فرمول شیمیایی AB₂O₄، که در آن A و B به ترتیب نشان‌دهنده یون‌های فلزی دو ظرفیتی و سه ظرفیتی هستند. این فریت‌ها نفوذپذیری مغناطیسی بالا و اجبار کم را نشان می‌دهند و آن‌ها را برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب می‌سازد.
• فریت‌های شش‌ضلعی: دارای سیستم‌های کریستالی شش‌ضلعی با فرمول شیمیایی MFe₁₂O₁₉، که در آن M نشان‌دهنده یون‌های فلزی دو ظرفیتی است. این‌ها اجبار بالا و محصول انرژی مغناطیسی قابل توجهی را نشان می‌دهند که برای کاربردهای آهنربای دائم ایده‌آل است.

تولید آهنرباهای سرامیکی شامل شش مرحله کلیدی است:

1. اختلاط مواد اولیه
2. پیش‌تفجیر
3. پودر کردن
4. شکل‌دهی
5. تفجیر
6. مغناطیسی کردن

در مقایسه با سایر مواد آهنربای دائم، آهنرباهای سرامیکی مزایای متمایزی را ارائه می‌دهند:

• قابلیت دوام اقتصادی: هزینه‌های تولید به طور قابل توجهی کمتر در مقایسه با آهنرباهای نئودیمیوم، آلنیکو یا ساماریوم-کبالت.
• مقاومت در برابر مغناطیس‌زدایی: توانایی استثنایی برای حفظ خواص مغناطیسی در شرایط نامساعد به دلیل اجبار بالا.
• مقاومت در برابر خوردگی: پایداری ذاتی در برابر تخریب شیمیایی، نیاز به پوشش‌های محافظ را از بین می‌برد.
• انعطاف‌پذیری تولید: قابل انطباق با اشکال و اندازه‌های مختلف از طریق فرآیندهای تولید ساده.

سیستم طبقه‌بندی درجه Y سطوح عملکرد آهنربای سرامیکی را نشان می‌دهد، که در آن اعداد بالاتر نشان‌دهنده میدان‌های مغناطیسی قوی‌تر هستند. بازار فعلی 27 طبقه‌بندی درجه Y متمایز را ارائه می‌دهد.

درجه‌های Y بر اساس مقادیر (BH)max خود طبقه‌بندی می‌شوند:

انتخاب درجه Y مناسب مستلزم در نظر گرفتن عوامل متعددی است:

• قدرت میدان مغناطیسی: الزامات میدان بالاتر مستلزم درجه‌هایی با مقادیر (BH)max بیشتر است.
• دمای کارکرد: درجه‌هایی با اجبار بالاتر (به عنوان مثال، Y30BH، Y32H) در دماهای بالا عملکرد بهتری دارند.
• ابعاد فیزیکی: آهنرباهای کوچکتر ممکن است برای دستیابی به قدرت میدان کافی به درجه‌های بالاتری نیاز داشته باشند.
• عوامل اقتصادی: تعادل بین الزامات عملکرد و محدودیت‌های بودجه.
• شرایط محیطی: درجه‌های استاندارد معمولاً برای اکثر محیط‌ها کافی هستند.

آهنرباهای سرامیکی از طریق پیاده‌سازی‌های مختلف در بخش‌های مختلفی خدمت می‌کنند:

• سیستم‌های الکترومکانیکی: موتورهای DC/AC، موتورهای پله‌ای
• دستگاه‌های آکوستیک: بلندگوها و تجهیزات صوتی
• فناوری‌های حسگر: سنسورهای اثر هال، آشکارسازهای مجاورتی
• سیستم‌های امنیتی: مکانیزم‌های قفل مغناطیسی
• تجهیزات مراقبت‌های بهداشتی: اسکنرهای MRI
• قطعات خودرو: سنسورهای ABS، پمپ‌های سوخت
• محصولات مصرفی: اسباب‌بازی‌های آموزشی، وسایل خانگی

مشخصات کلیدی برای آهنرباهای سرامیکی عبارتند از:

• اجبار (Hc): مقاومت در برابر مغناطیس‌زدایی (اندازه‌گیری شده بر حسب Oe یا kA/m)
• اجبار ذاتی (Hci): آستانه مغناطیس‌زدایی کامل
• حداکثر محصول انرژی (BH)max: چگالی انرژی مغناطیسی (MGOe)
• باقی‌مانده (Br): القای مغناطیسی باقیمانده (G یا T)
• دمای کوری (Tc): نقطه مغناطیس‌زدایی حرارتی (°C)

برای مقایسه فنی:

• 1 kG = 1000 G (چگالی شار مغناطیسی)
• 1 T = 10,000 G
• 1 kA/m = 12.56 Oe (قدرت میدان مغناطیسی)
• 1 MGOe = واحد چگالی انرژی مغناطیسی
• 1 kJ/m³ = 1000 J (اندازه‌گیری انرژی)

آهنرباهای سرامیکی با پیشرفت‌های فناوری به تکامل خود ادامه می‌دهند و کاربردهای جدیدی را در موارد زیر پیدا می‌کنند:

• سیستم‌های پیشران خودروهای برقی
• دستگاه‌های اتوماسیون خانگی هوشمند
• شبکه‌های حسگر اینترنت اشیا (IoT)

آهنرباهای سرامیکی از طریق بهبود مستمر در عملکرد و مقرون به صرفه بودن، همچنان یک جزء اساسی در توسعه فناوری مدرن باقی می‌مانند.