फेराइट (चुंबक)

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फेराइट मैग्नेट का ढेर

एक फेराइट एक सिरेमिक सामग्री है जो बड़ी मात्रा में आयरन (III) ऑक्साइड (Fe2O3, जंग) एक या एक से अधिक अतिरिक्त धात्विक तत्वों, जैसे स्ट्रोंटियम, बेरियम, मैंगनीज, निकल और जस्ता के छोटे अनुपात के साथ मिश्रित।[1] वे फेरिमैग्नेटिक हैं, जिसका अर्थ है कि वे चुम्बकत्व हो सकते हैं या चुंबक की ओर आकर्षित हो सकते हैं। अन्य लौह-चुंबकीय सामग्रियों के विपरीत, अधिकांश फेराइट विद्युत विद्युत चालक नहीं होते हैं, जो उन्हें ट्रांसफार्मर के लिए चुंबकीय कोर जैसे एड़ी धाराओं को दबाने के लिए उपयोगी बनाते हैं।[2] फेराइट्स को उनके प्रतिरोध के आधार पर दो परिवारों में विभाजित किया जा सकता है (चुंबकीय ज़बरदस्ती)।

हार्ड फेराइट्स में उच्च ज़बरदस्ती होती है, इसलिए इसे विचुंबकित करना मुश्किल होता है। उनका उपयोग रेफ्रिजरेटर चुंबक, ध्वनि-विस्तारक यंत्र और छोटे बिजली की मोटर्स जैसे अनुप्रयोगों के लिए स्थायी चुंबक बनाने के लिए किया जाता है।

नरम फेराइट्स में कम ज़बरदस्ती होती है, इसलिए वे आसानी से अपने चुंबकीयकरण को बदलते हैं और चुंबकीय क्षेत्र के संवाहक के रूप में कार्य करते हैं। उनका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में कुशल चुंबकीय कोर बनाने के लिए किया जाता है जिसे उच्च आवृत्ति प्रेरकों, ट्रांसफार्मर और एंटीना (रेडियो) और विभिन्न माइक्रोवेव घटकों के लिए फेरेट कोर कहा जाता है।

फेराइट यौगिक बेहद कम लागत वाले होते हैं, जो ज्यादातर आयरन ऑक्साइड से बने होते हैं, और इनमें उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध होता है। टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के योगोरो काटो और ताकेशी टेकी ने 1930 में पहले फेराइट यौगिकों को संश्लेषित किया।[3]


संरचना, संरचना और गुण

फेराइट्स आमतौर पर लोहे के आक्साइड से प्राप्त फेरी चुम्बकत्व सिरेमिक यौगिक होते हैं।[4] मैग्नेटाइट (Fe3O4) प्रसिद्ध उदाहरण है। अधिकांश अन्य सिरेमिक की तरह, फेराइट कठोर, भंगुर और खराब विद्युत चालकता वाले होते हैं।

कई फेराइट स्पिनेल समूह संरचना को रासायनिक सूत्र एबी के साथ अपनाते हैं2O4, जहां A और B विभिन्न धातु के पिंजरों का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिनमें आमतौर पर लोहा (Fe) शामिल होता है। स्पिनल फेराइट्स आमतौर पर क्यूबिक क्लोज-पैक्ड (एफसीसी) ऑक्साइड (ओ2−) A धनायनों के साथ चतुष्फलकीय छिद्रों के एक आठवें भाग पर और B धनायनों के आधे अष्टफलकीय छिद्रों पर, अर्थात, A2+
B3+
2O2−
4.

फेराइट क्रिस्टल साधारण स्पिनल संरचना को नहीं अपनाते हैं, बल्कि उलटा स्पिनल संरचना को अपनाते हैं: टेट्राहेड्रल छिद्रों के आठवें हिस्से पर बी केशन का कब्जा है, ऑक्टाहेड्रल साइटों के एक चौथाई पर ए केशन का कब्जा है। और दूसरा एक चौथाई बी कटियन द्वारा। सूत्र के साथ मिश्रित संरचना स्पिनल फेराइट्स होना भी संभव है [एम2+1−δफ़े3+δ][एम2+δफ़े3+2−δ] ओ4 जहां δ व्युत्क्रम की डिग्री है।

ZnFe नामक चुंबकीय पदार्थ का सूत्र ZnFe है2O4, फे के साथ3+ ऑक्टाहेड्रल साइटों और Zn पर कब्जा कर लिया2+ टेट्राहेड्रल साइटों पर कब्जा कर लेता है, यह सामान्य संरचना स्पिनल फेराइट का एक उदाहरण है।[5][page needed] कुछ फेराइट हेक्सागोनल क्रिस्टल संरचना को अपनाते हैं, जैसे बेरियम और स्ट्रोंटियम फेराइट्स BaFe12O19 (बाओ: 6Fe2O3) और एसआरएफई12O19 (एसआरओ: 6 फे2O3).[6] उनके चुंबकीय गुणों के संदर्भ में, विभिन्न फेराइट्स को अक्सर नरम, अर्ध-कठोर या कठोर के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जो निम्न या उच्च चुंबकीय ज़बरदस्ती को संदर्भित करता है, निम्नानुसार है।

शीतल फेराइट्स

छोटे ट्रांसफॉर्मर और इंडिकेटर्स बनाने के लिए विभिन्न फेराइट कोर का इस्तेमाल किया जाता है

ट्रांसफॉर्मर या विद्युत चुंबकत्व मैग्नेटिक कोर में उपयोग किए जाने वाले फेराइट्स में निकेल, जिंक और/या मैंगनीज होता है[7] यौगिक। सॉफ्ट फेराइट स्थायी चुम्बक नहीं होते हैं। उनमें चुम्बकत्व होता है (बिल्कुल हल्के स्टील की तरह), लेकिन जब चुम्बकीय क्षेत्र को हटा दिया जाता है, तो चुम्बकत्व कम हो जाता है। शीतल फेराइट्स आमतौर पर ट्रांसफार्मर के रूप में उपयोग किए जाते हैं (वोल्टेज को प्राथमिक से माध्यमिक वाइंडिंग में बदलने के लिए)। नतीजतन, सॉफ्ट फेराइट्स को ट्रांसफॉर्मर फेराइट्स भी कहा जाता है। उनमें कम ज़बरदस्ती होती है। कम ज़बरदस्ती का मतलब है कि सामग्री का चुंबकीयकरण बहुत अधिक ऊर्जा (हिस्टैरिसीस नुकसान) को नष्ट किए बिना आसानी से दिशा को उलट सकता है, जबकि सामग्री की उच्च प्रतिरोधकता ऊर्जा हानि के एक अन्य स्रोत, कोर में एड़ी धाराओं को रोकती है। उच्च आवृत्तियों पर उनके तुलनात्मक रूप से कम नुकसान के कारण, वे बड़े पैमाने पर आकाशवाणी आवृति ट्रांसफॉर्मर और इंडक्टर्स के कोर में उपयोग किए जाते हैं जैसे कि स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति | स्विच्ड-मोड पावर सप्लाई और एएम रेडियो में इस्तेमाल होने वाले पाश छड़ी एंटीना।

सबसे आम नरम फेराइट्स हैं:[6]* मैंगनीज-जिंक फेराइट (MnZn, सूत्र के साथ MnaZn(1-a)Fe2O4). MnZn में NiZn की तुलना में उच्च पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) और संतृप्ति प्रेरण है।

  • निकेल-जिंक फेराइट (NiZn, सूत्र के साथ NiaZn(1-a)Fe2O4). NiZn फेराइट्स MnZn की तुलना में उच्च प्रतिरोधकता प्रदर्शित करते हैं, और इसलिए 1 मेगाहर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों के लिए अधिक उपयुक्त हैं।

5 मेगाहर्ट्ज से नीचे के अनुप्रयोगों के लिए, MnZn फेराइट्स का उपयोग किया जाता है; उसके ऊपर, NiZn सामान्य पसंद है। अपवाद चोक (इलेक्ट्रॉनिक्स)#कॉमन-मोड चोक के साथ है, जहां पसंद की सीमा 70 मेगाहर्ट्ज पर है।[8]


सेमी-हार्ड फेराइट

  • कोबाल्ट फेराइट, CoRe2O4 (CoO·Fe2O3), नरम और कठोर चुंबकीय सामग्री के बीच में है और इसे आमतौर पर अर्ध-कठोर सामग्री के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[9] यह मुख्य रूप से सेंसर और एक्चुएटर्स जैसे मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है [10] इसकी उच्च संतृप्ति चुंबकीय विरूपण (~ 200 पीपीएम) के लिए धन्यवाद। CoFe2O4 दुर्लभ धरती मुक्त होने के भी लाभ हैं, जो इसे टेरफेनोल-डी का एक अच्छा विकल्प बनाता है।[11] इसके अलावा, इसके मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव गुणों को एक चुंबकीय यूनिसेक्सियल अनिसोट्रॉपी को प्रेरित करके ट्यून किया जा सकता है।[12] यह चुंबकीय एनीलिंग द्वारा किया जा सकता है,[13] चुंबकीय क्षेत्र सहायक संघनन,[14] या एक अक्षीय दबाव के तहत प्रतिक्रिया।[15] इस अंतिम समाधान में स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग के उपयोग के लिए अल्ट्रा फास्ट (20 मिनट) होने का लाभ है। कोबाल्ट फेराइट में प्रेरित चुंबकीय अनिसोट्रॉपी समग्र में मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को बढ़ाने के लिए भी फायदेमंद है।[16]


हार्ड फेराइट्स

इसके विपरीत, स्थायी फेराइट मैग्नेट हार्ड फेराइट से बने होते हैं, जिनमें चुंबकीयकरण के बाद उच्च ज़बरदस्ती और उच्च अवशेष होते हैं। हार्ड फेराइट मैग्नेट के निर्माण में आयरन ऑक्साइड और बेरियम कार्बोनेट या स्ट्रोंटियम कार्बोनेट का उपयोग किया जाता है।[17][18] उच्च ज़बरदस्ती का मतलब है कि सामग्री विचुंबकित होने के लिए बहुत प्रतिरोधी है, स्थायी चुंबक के लिए एक आवश्यक विशेषता है। उनके पास उच्च चुंबकीय पारगम्यता भी है। ये तथाकथित सिरेमिक मैग्नेट सस्ते हैं, और रेफ्रिजरेटर मैग्नेट जैसे घरेलू उत्पादों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र B लगभग 0.35 टेस्ला (यूनिट) है और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत H लगभग 30 से 160 किलोमीटर प्रति मीटर (400 से 2000 एस्टड) ​​है।[19] फेराइट चुम्बकों का घनत्व लगभग 5 ग्राम/सेमी है3</उप>।

सबसे आम हार्ड फेराइट्स हैं:

  • स्ट्रोंटियम फेराइट, सरफे12O19 (SrO·6Fe2O3), छोटे इलेक्ट्रिक मोटर्स, माइक्रो-वेव डिवाइस, रिकॉर्डिंग मीडिया, मैग्नेटो-ऑप्टिक मीडिया, दूरसंचार और इलेक्ट्रॉनिक उद्योग में उपयोग किया जाता है।[6]स्ट्रोंटियम हेक्साफेराइट (SrFe12O19) अपने मैग्नेटोक्रिस्टलाइन अनिसोट्रॉपी के कारण उच्च ज़बरदस्ती के लिए जाना जाता है। स्थायी चुम्बकों के रूप में औद्योगिक अनुप्रयोगों में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है और, क्योंकि उन्हें पाउडर किया जा सकता है और आसानी से बनाया जा सकता है, वे बायोमार्कर, बायो डायग्नोस्टिक्स और बायोसेंसर जैसे सूक्ष्म और नैनो-प्रकार प्रणालियों में अपने अनुप्रयोगों को खोज रहे हैं।[20]
  • बेरियम फेराइट, बाफे12O19 (बाओ · 6Fe2O3), स्थायी चुंबक अनुप्रयोगों के लिए एक सामान्य सामग्री। बेरियम फेराइट्स मजबूत सिरेमिक हैं जो आम तौर पर नमी और संक्षारण प्रतिरोधी के लिए स्थिर होते हैं। उनका उपयोग उदा। लाउडस्पीकर मैग्नेट और चुंबकीय रिकॉर्डिंग के लिए एक माध्यम के रूप में, उदा। चुंबकीय पट्टी कार्ड पर।

उत्पादन

उच्च तापमान पर घटक धातुओं के ऑक्साइड के मिश्रण को गर्म करके फेराइट्स का उत्पादन किया जाता है, जैसा कि इस आदर्श समीकरण में दिखाया गया है:[21]

फ़े2O3 + ZnO → ZnFe2O4

कुछ मामलों में, बारीक चूर्ण किए गए अग्रदूतों के मिश्रण को एक साँचे में दबाया जाता है। बेरियम और स्ट्रोंटियम फेराइट्स के लिए, इन धातुओं को आमतौर पर उनके कार्बोनेट, बेरियम कार्बोनेट|BaCO3 के रूप में आपूर्ति की जाती है।3या स्ट्रोंटियम कार्बोनेट|SrCO3. हीटिंग प्रक्रिया के दौरान, ये कार्बोनेट पकाना से गुजरते हैं:

मको3 → एमओ + सीओ2

इस कदम के बाद, दो ऑक्साइड मिलकर फेराइट बनाते हैं। ऑक्साइड का परिणामी मिश्रण सिंटरिंग से गुजरता है।

प्रसंस्करण

फेराइट प्राप्त करने के बाद, ठंडा उत्पाद को 2 माइक्रोमीटर (यूनिट) | µm से छोटे कणों में मिलाया जाता है, इतना छोटा कि प्रत्येक कण में एक एकल डोमेन (चुंबकीय) होता है। इसके बाद पाउडर को एक आकार में दबाया जाता है, सुखाया जाता है और फिर से पाप किया जाता है। कणों (असमदिग्वर्ती होने की दशा) के पसंदीदा अभिविन्यास को प्राप्त करने के लिए आकार देने को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में किया जा सकता है।

सूखे दबाव से छोटे और ज्यामितीय रूप से आसान आकृतियों का उत्पादन किया जा सकता है। हालांकि, इस तरह की प्रक्रिया में छोटे कण एकत्र हो सकते हैं और गीले दबाने की प्रक्रिया की तुलना में खराब चुंबकीय गुण पैदा कर सकते हैं। री-मिलिंग के बिना डायरेक्ट कैल्सीनेशन और सिंटरिंग भी संभव है लेकिन खराब चुंबकीय गुणों की ओर जाता है।

इलेक्ट्रोमैग्नेट्स पूर्व-पापी होने के साथ-साथ (पूर्व-प्रतिक्रिया), मिल्ड और प्रेस किए जाते हैं। हालाँकि, सिंटरिंग एक विशिष्ट वातावरण में होती है, उदाहरण के लिए ऑक्सीजन की कमी के साथ। रासायनिक संरचना और विशेष रूप से संरचना अग्रदूत और निसादित उत्पाद के बीच दृढ़ता से भिन्न होती है।

सिंटरिंग के दौरान भट्ठी में उत्पाद के कुशल स्टैकिंग की अनुमति देने और भागों को एक साथ चिपकाने से रोकने के लिए, कई निर्माता सिरेमिक पाउडर सेपरेटर शीट का उपयोग करके बर्तन को अलग करते हैं। ये चादरें एल्यूमिना, ज़िरकोनिया और मैग्नेशिया जैसी विभिन्न सामग्रियों में उपलब्ध हैं। वे महीन, मध्यम और मोटे कण आकार में भी उपलब्ध हैं। सामग्री और कण आकार को पाप किए जा रहे बर्तन से मिलान करके, भट्ठी के लोडिंग को अधिकतम करते हुए सतह की क्षति और संदूषण को कम किया जा सकता है।

उपयोग करता है

फेराइट कोर का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक इंडिकेटर्स, ट्रांसफॉर्मर और इलेक्ट्रोमैग्नेट में किया जाता है, जहां फेराइट के उच्च विद्युत प्रतिरोध से बहुत कम एड़ी का नुकसान होता है।

फेराइट्स एक कंप्यूटर केबल में एक गांठ के रूप में भी पाए जाते हैं, जिसे फ़ेराइट बीड कहा जाता है, जो उच्च आवृत्ति वाले विद्युत शोर (रेडियो आवृत्ति हस्तक्षेप) को बाहर निकलने या उपकरण में प्रवेश करने से रोकने में मदद करता है; इस प्रकार के फेराइट हानिकारक सामग्रियों से बने होते हैं जो न केवल अवरुद्ध (प्रतिबिंबित) होते हैं, बल्कि गर्मी, अवांछित उच्च-आवृत्ति ऊर्जा के रूप में अवशोषित और नष्ट भी होते हैं।

प्रारंभिक स्मृति हार्ड फेराइट कोर के अवशिष्ट चुंबकीय क्षेत्रों में डेटा संग्रहीत करती है, जिन्हें कोर मेमोरी के सरणियों में इकट्ठा किया गया था। चुंबकीय टेप के लेप में फेराइट पाउडर का उपयोग किया जाता है।

फेराइट कणों का उपयोग रडार-अवशोषित सामग्री के एक घटक के रूप में या चुपके प्रौद्योगिकी # सिद्धांत विमान में उपयोग किए जाने वाले कोटिंग्स और विद्युत चुम्बकीय संगतता माप के लिए उपयोग किए जाने वाले कमरों को अस्तर करने वाली अवशोषण टाइलों में भी किया जाता है। अधिकांश सामान्य ऑडियो मैग्नेट, जिनमें लाउडस्पीकर और पिक अप (म्यूजिक टेक्नोलॉजी)#चुंबकीय पिकअप में उपयोग किए जाने वाले मैग्नेट शामिल हैं, फेराइट मैग्नेट हैं। कुछ पुराने उत्पादों को छोड़कर, फेराइट मैग्नेट ने इन अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर अधिक महंगे Alnico मैग्नेट को विस्थापित कर दिया है। विशेष रूप से, हार्ड हेक्साफेराइट्स के लिए आज भी सबसे आम उपयोग अभी भी रेफ्रिजरेटर सील गास्केट, माइक्रोफोन और लाउड स्पीकर, ताररहित उपकरणों के लिए छोटे मोटर्स और ऑटोमोबाइल अनुप्रयोगों में स्थायी चुंबक के रूप में हैं।[22] चुंबकीय नैनोपार्टिकल्स सुपरपरामैग्नेटिक गुण प्रदर्शित करते हैं।

इतिहास

टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के योगोरो काटो और ताकेशी ताकेई ने 1930 में पहले फेराइट यौगिकों का संश्लेषण किया। इसके कारण सामग्री के निर्माण के लिए 1935 में TDK Corporation की स्थापना हुई।

बेरियम हेक्साफेराइट (बाओ•6Fe2O3) की खोज 1950 में Philips Natuurkundig Laboratorium (Philips Physics Laboratory) में की गई थी। खोज कुछ हद तक आकस्मिक थी - एक सहायक की गलती के कारण जो एक अर्धचालक सामग्री के रूप में इसके उपयोग की जांच करने वाली टीम के लिए हेक्सागोनल लेण्टेनियुम फेराइट का एक नमूना तैयार करने वाला था। यह पता चलने पर कि यह वास्तव में एक चुंबकीय सामग्री है, और एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा इसकी संरचना की पुष्टि करते हुए, उन्होंने इसे चुंबकीय अनुसंधान समूह को दे दिया।[23] बेरियम हेक्साफेराइट में उच्च ज़बरदस्ती (170 kA/m) और कम कच्चे माल की लागत दोनों हैं। इसे PHILIPS इंडस्ट्रीज (नीदरलैंड्स) द्वारा एक उत्पाद के रूप में विकसित किया गया था और 1952 से व्यापार नाम फेरोक्सड्योर के तहत विपणन किया गया था।[24] कम कीमत और अच्छे प्रदर्शन के कारण स्थायी चुम्बकों के उपयोग में तेजी से वृद्धि हुई।[25] 1960 के दशक में फिलिप्स ने स्ट्रोंटियम हेक्साफेराइट (SrO•6Fe2O3), बेरियम हेक्साफेराइट से बेहतर गुणों के साथ। बेरियम और स्ट्रोंटियम हेक्साफेराइट कम लागत के कारण बाजार पर हावी हैं। अन्य सामग्री बेहतर गुणों के साथ पाई गई है। BaO•2(FeO)•8(Fe2O3) 1980 में आया था।[26] और बा2ZnFe18O23 1991 में आया था।[27]


यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी कड़ियाँ

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स्रोत


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