في المشهد الواسع للتكنولوجيا والصناعة الحديثة، تلعب المواد المغناطيسية دورًا لا غنى عنه. من مغناطيسات الثلاجات إلى المحركات الصناعية المعقدة، تشكل هذه المواد العمود الفقري للعديد من الأجهزة والأنظمة. من بين المواد المغناطيسية المختلفة، تبرز المغناطيسات الخزفية - المعروفة أيضًا باسم مغناطيسات الفريت - كحل فعال من حيث التكلفة ومتعدد الاستخدامات.

المغناطيسات الخزفية، كما يوحي اسمها، هي مواد مغناطيسية ذات قاعدة خزفية. بتعبير أدق، إنها مغناطيسات فريت تتكون في المقام الأول من أكسيد الحديد (Fe₂O₃) جنبًا إلى جنب مع أكاسيد معدنية أخرى مثل السترونشيوم (Sr) أو الباريوم (Ba) أو المنغنيز (Mn).

تُظهر الفريت هيكلين بلوريين رئيسيين:

• الفريتات من النوع الإسبنيل: تتميز بأنظمة بلورية مكعبة ذات الصيغة الكيميائية AB₂O₄، حيث يمثل A و B أيونات معدنية ثنائية التكافؤ وثلاثية التكافؤ على التوالي. تُظهر هذه الفريتات نفاذية مغناطيسية عالية وقسرية منخفضة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات عالية التردد.
• الفريتات السداسية: تتميز بأنظمة بلورية سداسية ذات الصيغة الكيميائية MFe₁₂O₁₉، حيث يمثل M أيونات معدنية ثنائية التكافؤ. تُظهر هذه الفريتات قسرية عالية ومنتج طاقة مغناطيسية كبيرة، وهي مثالية لتطبيقات المغناطيس الدائم.

تتضمن عملية إنتاج المغناطيسات الخزفية ست مراحل رئيسية:

1. خلط المواد الخام
2. التلبيد المسبق
3. التذرية
4. التشكيل
5. التلبيد
6. المغنطة

بالمقارنة مع مواد المغناطيس الدائم الأخرى، تقدم المغناطيسات الخزفية فوائد مميزة:

• الجدوى الاقتصادية: تكاليف تصنيع أقل بكثير مقارنة بمغناطيسات النيوديميوم أو الألنيكو أو الساماريوم-الكوبالت.
• مقاومة إزالة المغنطة: قدرة استثنائية على الحفاظ على الخصائص المغناطيسية في ظل الظروف المعاكسة بسبب القسرية العالية.
• مقاومة التآكل: الاستقرار الذاتي ضد التدهور الكيميائي يلغي الحاجة إلى الطلاءات الواقية.
• مرونة التصنيع: قابلة للتكيف مع مختلف الأشكال والأحجام من خلال عمليات الإنتاج المباشرة.

يشير نظام تصنيف الدرجة Y إلى مستويات أداء المغناطيسات الخزفية، حيث تشير الأرقام الأعلى إلى مجالات مغناطيسية أقوى. يقدم السوق الحالي 27 تصنيفًا مختلفًا من الدرجة Y.

يتم تصنيف درجات Y بناءً على قيم (BH)max الخاصة بها:

يتطلب اختيار درجة Y المناسبة مراعاة عوامل متعددة:

• قوة المجال المغناطيسي: تتطلب متطلبات المجال الأعلى درجات ذات قيم (BH)max أكبر.
• درجة حرارة التشغيل: الدرجات ذات القسرية الأعلى (مثل Y30BH، Y32H) تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المرتفعة.
• الأبعاد المادية: قد تتطلب المغناطيسات الأصغر درجات أعلى لتحقيق قوة مجال كافية.
• العوامل الاقتصادية: التوازن بين متطلبات الأداء وقيود الميزانية.
• الظروف البيئية: الدرجات القياسية عادة ما تكون كافية لمعظم البيئات.

تخدم المغناطيسات الخزفية قطاعات متنوعة من خلال تطبيقات مختلفة:

• الأنظمة الكهروميكانيكية: محركات التيار المستمر/التيار المتردد، المحركات المتدرجة
• الأجهزة الصوتية: مكبرات الصوت والمعدات الصوتية
• تقنيات الاستشعار: مستشعرات تأثير هول، كاشفات القرب
• أنظمة الأمن: آليات القفل المغناطيسي
• معدات الرعاية الصحية: ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي
• مكونات السيارات: مستشعرات نظام المكابح المانعة للانغلاق، مضخات الوقود
• المنتجات الاستهلاكية: الألعاب التعليمية، الأدوات المنزلية

تشمل المواصفات الرئيسية للمغناطيسات الخزفية:

• القسرية (Hc): مقاومة إزالة المغنطة (تقاس بوحدة Oe أو kA/m)
• القسرية الذاتية (Hci): عتبة إزالة المغنطة الكاملة
• أقصى منتج للطاقة (BH)max: كثافة الطاقة المغناطيسية (MGOe)
• التبقية (Br): الحث المغناطيسي المتبقي (G أو T)
• درجة حرارة كوري (Tc): نقطة إزالة المغنطة الحرارية (°C)

للمقارنة الفنية:

• 1 kG = 1000 G (كثافة التدفق المغناطيسي)
• 1 T = 10,000 G
• 1 kA/m = 12.56 Oe (قوة المجال المغناطيسي)
• 1 MGOe = وحدة كثافة الطاقة المغناطيسية
• 1 kJ/m³ = 1000 J (قياس الطاقة)

تستمر المغناطيسات الخزفية في التطور مع التطورات التكنولوجية، وتجد تطبيقات جديدة في:

• أنظمة دفع المركبات الكهربائية
• أجهزة أتمتة المنازل الذكية
• شبكات مستشعرات إنترنت الأشياء (IoT)

من خلال التحسينات المستمرة في الأداء وكفاءة التكلفة، تظل المغناطيسات الخزفية مكونًا أساسيًا في التطور التكنولوجي الحديث.