Magneti in ferrite - ecco come ci attraggono!

Le calamite in ferrite – Chi non conosce questi piccoli magneti neri? Impossibile non conoscerli! Anche se la maggior parte di voi pensano alle calamite per lavagne. I magneti in ferrite hanno un potenziale molto più grande! Vengono infatti impiegati nella costruzione di generatori, altoparlanti o microfoni! Può essere trovato anche in alcune componenti dei computer o nelle automobili. I magneti utilizzati sono quasi completamente di ferrite dura.
Non a caso i magneti in ferrite stanno diventando sempre più popolari - non solo a causa del loro prezzo relativamente basso e la loro elevata resistenza alla corrosione, ma anche per la loro versatilità.

Magneti in ferrite dolce o dura

I magneti in ferrite sono costanti questi magneti vengono chiamati magneti permanenti, che consistono in un pezzo di materiale magnetizzabile di ferrite. Il magnete in ferrite in conformità con l’ordine magnetico è considerato ferrimagnetico: un ibrido tra la categoria ferromagnetico e antiferromagnetico in quanto la ferrite non perde il suo magnetismo statico.

Non c'è dubbio: le calamite in ferrite sono le più prodotte al mondo. I metodi di produzione di questi magneti sono molto simili a quelli di altri materiali di tipo ceramico.
Il materiale si divide in due tipi, magneti in ferrite dura e magneti in ferrite dolce.
La ferrite dolce è caratterizzata da una bassa coercività, mentre la ferrite dura ha un campo magnetico davvero forte. Come coercitività magnetica si intende la forza del campo magnetico, che è necessaria per smagnetizzare completamente un materiale ferromagnetico. Da questo si deduce che più alto è questo valore, più alta sarà la resistenza di questo materiale ad un’esposizione ad un altro campo magnetico.

Come è possibile determinare se si tratta di ferrite dolce o ferrite dura? Lo strumento utilizzato per questo scopo è la curva di isteresi - anche chiamato ciclo di isteresi. Questa curva indica la magnetizzazione, che viene rappresentata da due fattori: densità di flusso e l'intensità del campo nel loro contesto.
La produzione di questi magneti è localizzata soprattutto in Asia. In Cina negli ultimi anni è stata sviluppata una produzione di massa che permette una produzione enorme in tempi ridotti. 

Magneti Isotropi ed anisotropi

I magneti in ferrite si dividono in due categorie a seconda della loro produzione. Ferrite isotropa, piuttosto debole, e ferrite anisotropa, più forte.

La produzione dei magneti isotropi avviene tramite l’applicazione di pressione. In seguito avviene la magnetizzazione tramite applicazione di un campo magnetico. Queste calamite vengono prodotte in differenti modi. Quello illustrato è a pressione o “a secco”, l’altro viene preparato tramite stampo “a umido”. Il preparato secco comporta un grande vantaggio: è possibile magnetizzare i magneti in direzioni diverse - a seconda della magnetizzazione desiderata.

Al contrario, i magneti anisotropi sono prodotti tramite preparazione “a umido” - in stampi di iniezione con l’effetto di un campo magnetico. Nel secondo passaggio il campo magnetico prende la direzione predeterminata. Ma il vantaggio è in questo caso l’elevata densità energetica.

Processo di fabbricazione

I magneti in ferrite sono generalmente prodotti in un processo di sinterizzazione e calcinazione. Questa è una reazione chimica dei materiali di partenza di ossido 

di ferro e bario o stronzio. Questo processo è chiamato, utilizzando un termine obsoleto, "presinterizzazione". Successivamente, il prodotto viene macinato in polvere finissima e infine messo in stampi per l’essicazione e sinterizzazione. La magnetizzazione avviene anche qui tramite utilizzo di un campo magnetico esterno. Le particelle vengono portate in un orientamento preferenziale (anisotropia).
Il cosiddetto metodo di pressatura a secco può essere utilizzato anche per la costruzione di piccole e semplici forme geometriche. La causa dei valori inferiori rispetto alla produzione umida è principalmente dovuta alla tendenza di riagglomerarsi delle particelle più piccole.

Anche i magneti in ferrite dolce sono costituiti da materiali che a loro volta vengono macinati e poi pressati. La successiva sinterizzazione avviene, tuttavia, in ambienti e a condizioni specifiche - come la mancanza di ossigeno. Sia la composizione chimica e la struttura del prodotto prima e dopo la sinterizzazione variano ampiamente.
La particolarità del processo di pressa a umido è l'emulsione prodotta da polveri di leghe e liquidi. Canali di riempimento assicurano che l'emulsione venga inserita nelle forme. La successiva compattazione comporta l'allineamento delle particelle, cioè la regolazione della anisotropia, con l’azione di un campo magnetico esterno. Durante questo processo viene aspirata parte del liquido. La sinterizzazione avviene dopo un processo di asciugatura che viene effettuata a temperatura ambiente o in speciali forni.  Non c'è dubbio che il processo di pressatura a umido sia più complesso rispetto al processo di pressatura a secco, questo però garantisce ai magneti proprietà migliori e maggior resistenza.

Vantaggi e svantaggi

Un grosso vantaggio di queste calamite sono l’alta coercitività e la notevole resistenza. Un altro grande vantaggio dei magneti in ferrite è il loro prezzo basso e una resistenza alla corrosione maggiore rispetto ad altri magneti. Uno speciale trattamento della superficie non è necessario. Inoltre, essi si distinguono per la loro particolare resistenza alle alte temperature: possono essere utilizzati a temperature tra -40 °C e +250 °C.

La sinterizzazione infatti viene effettuata a temperature elevate. Questo ha come conseguenza che sono molto duri e resistenti a temperature elevate. Inoltre presentano una resistenza particolare ad agenti chimici.
L’unico svantaggio di questi magneti è la forza del campo magnetico che non è comparabile a quella dei magneti in neodimio o in samario-cobalto.
I magneti in ferrite vengono prodotti utilizzando due leghe metalliche ovvero ferro con stronzio o bario. Un grande vantaggio di SrFe - rispetto al BaFe - è l'approvazione per l’utilizzo con acqua potabile.

Utilizzi

Che siano a ferro di cavallo o a disco, blocchi o anelli o addirittura in forme personalizzate i magneti in ferrite sono conosciuti e famosi. Il loro utilizzo è a tuttotondo che sia per la costruzione di mobili o per i sensori di allarme oppure nell’industria.
In ingegneria elettrica sono molto richiesti perché la loro conducibilità elettrica è quasi nulla. Queste caratteristiche sono ideali per materiali di base per le bobine e trasformatori - anche a frequenze più alte.
Le calamite in ferrite dolce invece sono usate come testine magnetiche in registratori a nastro, dischi rigidi dei computer o unità disco. Le ferriti dure vengono applicate per esempio per la costruzione di altoparlanti, motori elettrici ecc.

Migliorare le qualità di questi magneti può dare un importante contributo alla soluzione di molte questioni che riguardano la nostra società di oggi: questo include la questione del risparmio energetico, così come questioni ambientali o l’uso intelligente delle risorse in generale. Questi magneti non sono solo vantaggiosi per il prezzo ma anche perché sono sostenibili.

Economia, ecologia un connubio tra uomo e natura. Cosa ci sarebbe di meglio?
Ecco perché i magneti in ferrite ci attraggono così tanto. 

Photo Credits:

• Generator: I, Dergenaue [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC-BY-SA-2.5-2.0-1.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0)], via Wikimedia Commons
• Lautsprecher: By Gary Luck (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
• Entstördrossel: By Nightflyer at de.wikipedia(Original text : --Nightflyer 21:52, 2. Jan. 2007 (CET)) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], from Wikimedia Commons
• Ferrit-Zirkulator: By Ulfbastel.Ulfbastel at de.wikipedia [GFDL or CC-BY-SA-3.0], from Wikimedia Commons
• Hysteresekurve: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hysteresekurve.gif, public domain