चुंबकीय सिरेमिक

चुंबकीय सिरेमिक, ऑक्साइड सामग्री जो एक निश्चित प्रकार के स्थायी चुंबकीयकरण को दिखाती है जिसे फेरिमैग्नेटिज़्म कहा जाता है। व्यावसायिक रूप से तैयार चुंबकीय सिरेमिक का उपयोग विभिन्न प्रकार के स्थायी चुंबक, ट्रांसफार्मर, दूरसंचार और सूचना रिकॉर्डिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है। यह लेख प्रमुख चुंबकीय सिरेमिक सामग्रियों की संरचना और गुणों का वर्णन करता है और उनके मुख्य वाणिज्यिक अनुप्रयोगों का सर्वेक्षण करता है।

फेराइट्स: संरचना, संरचना और गुण

चुंबकीय मिट्टी के पात्र फेराइट से बने होते हैं, जो किसी अन्य धातु के संयोजन में लौह ऑक्साइड से बने क्रिस्टलीय खनिज होते हैं। उन्हें सामान्य रासायनिक सूत्र M (Fe _x O _y), M लोहे की तुलना में अन्य धातु तत्वों का प्रतिनिधित्व करते हैं। सबसे परिचित फेराइट मैग्नेटाइट है, जो स्वाभाविक रूप से होने वाली लौह फेराइट (Fe [Fe ₂ O ₄], या Fe ₃ O ₄) है, जिसे आमतौर पर लॉस्टस्टोन के रूप में जाना जाता है। प्राचीन काल से कंपास में मैग्नेटाइट के चुंबकीय गुणों का शोषण किया गया है।

फेराइट द्वारा प्रदर्शित चुंबकीय व्यवहार को फेरिमैग्नेटिज्म कहा जाता है; यह चुंबकत्व (फेरोमैग्नेटिज़्म कहा जाता है) से काफी अलग है जो कि धातु जैसे लोहे द्वारा प्रदर्शित किया जाता है। फेरोमैग्नेटिज्म में केवल एक प्रकार की जाली वाली साइट होती है, और बिना इलेक्ट्रान वाले "स्पिन्स" (इलेक्ट्रॉनों की गति जो चुंबकीय क्षेत्र का कारण बनती है) एक दिए गए डोमेन के भीतर एक दिशा में होती है। फेरिमैग्नेटिज्म में, दूसरी ओर, एक से अधिक प्रकार की जाली वाली साइट होती है, और इलेक्ट्रॉन स्पिन एक दूसरे का विरोध करने के लिए संरेखित करते हैं - कुछ "स्पिन-अप" और कुछ "स्पिन-डाउन" - एक दिए गए डोमेन के साथ। विरोधाभासों के अपूर्ण रद्द करने से शुद्ध ध्रुवीकरण होता है, जो कि फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों की तुलना में कुछ कमजोर होता है, लेकिन यह काफी मजबूत हो सकता है।

फेराइट्स की तीन बुनियादी कक्षाएं चुंबकीय सिरेमिक उत्पादों में बनाई जाती हैं। उनकी क्रिस्टल संरचना के आधार पर, वे स्पिनल्स, हेक्सागोनल फेराइट्स और गार्नेट हैं।

Spinels

स्पिनल्स का सूत्र M (Fe ₂ O ₄) है, जहां M आमतौर पर मैंगनीज (Mn ²⁺), निकल (Ni ²⁺), कोबाल्ट (Co ²⁺), जस्ता (Z2 ²⁺), तांबा जैसे एक गुणकारी धनायन है। (Cu ²⁺), या मैग्नीशियम (Mg ²⁺)। एम, मोनोवालेंट लिथियम कटियन (ली ⁺) या यहां तक ​​कि रिक्तियों का भी प्रतिनिधित्व कर सकते हैं, जब तक कि सकारात्मक चार्ज के इन अनुपस्थिति को अतिरिक्त ट्रिटेंट लोहे के उद्धरण (Fe ³⁺) द्वारा मुआवजा दिया जाता है । ऑक्सीजन आयनों (O ²⁻) एक क्लोज-पैक क्यूबिक क्रिस्टल संरचना को अपनाते हैं, और धातु के पिंजरे एक असामान्य दो-जाली व्यवस्था में अंतरालीय पर कब्जा कर लेते हैं। प्रत्येक यूनिट सेल में, 32 ऑक्सीजन आयन होते हैं, 8 उद्धरण 4 ऑक्सीजेंस (टेट्राहेड्रल साइट) द्वारा समन्वित होते हैं, और 16 उद्धरण 6 ऑक्सीजेंस (ऑक्टाहेड्रल साइट्स) द्वारा समन्वित होते हैं। दो उपग्रहों के बीच चुंबकीय स्पिंस के एंटीपैरल समानांतर संरेखण और अपूर्ण रद्दीकरण एक स्थायी चुंबकीय क्षण की ओर जाता है। क्योंकि स्पिन संरचना में क्यूबिक हैं, चुम्बकीयकरण की कोई पसंदीदा दिशा नहीं है, वे चुंबकीय रूप से "नरम" हैं; यानी, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के अनुप्रयोग के माध्यम से मैग्नेटाइजेशन की दिशा को बदलना अपेक्षाकृत आसान है।

हेक्सागोनल फेराइट्स

तथाकथित हेक्सागोनल फेराइट्स में सूत्र एम (Fe ₁₂ ओ ₁₉) है, जहां एम आमतौर पर बेरियम (बा), स्ट्रोंटियम (सीन), या सीसा (पीबी) है। क्रिस्टल संरचना जटिल है, लेकिन इसे एक अद्वितीय सी अक्ष, या ऊर्ध्वाधर अक्ष के साथ हेक्सागोनल के रूप में वर्णित किया जा सकता है। यह मूल संरचना में चुंबकीयकरण की आसान धुरी है। क्योंकि मैग्नेटाइजेशन की दिशा को आसानी से किसी अन्य अक्ष में नहीं बदला जा सकता है, हेक्सागोनल फेराइट को "हार्ड" कहा जाता है।

गार्नेट फेराइट्स

गार्नेट फेराइट्स में सिलिकेट खनिज गार्नेट और रासायनिक सूत्र M ₃ (Fe ₅ O ₁₂) की संरचना है, जहां M yttrium या एक दुर्लभ-पृथ्वी आयन है। टेट्राहेड्रल और ऑक्टाहेड्रल साइटों के अलावा, जैसे कि स्पिनल्स में देखा जाता है, गार्नेट में डोडेकाथेड्रल (12-समन्वित) साइटें हैं। नेट फेरिमैग्नेटिज्म इस प्रकार तीन प्रकार की साइटों के बीच एंटीपैरल समानांतर संरेखण का एक जटिल परिणाम है। गार्नेट भी चुम्बकीय रूप से कठोर होते हैं।

सिरेमिक फेराइट्स का प्रसंस्करण

सिरेमिक फेराइट पारंपरिक मिश्रण, कैलक्लाइनिंग, प्रेसिंग, फायरिंग और फिनिशिंग स्टेप्स द्वारा बनाए जाते हैं। राशन संरचना और गैस वातावरण का नियंत्रण आवश्यक है। उदाहरण के लिए, स्पिन फेराइट के संतृप्ति चुंबकत्व को नी (Fe ₂ O ₄) या Mn (Fe ₂ O ₄) के लिए Zn (Fe ₂ O ₄) के आंशिक प्रतिस्थापन द्वारा बहुत बढ़ाया जा सकता है । जस्ता के टुकड़े टेट्राहेड्रल समन्वय को पसंद करते हैं और ऑक्टाहेड्रल साइटों पर अतिरिक्त Fe ³⁺ को मजबूर करते हैं। इसके परिणामस्वरूप कम रद्दीकरण और अधिक संतृप्ति चुंबकीयकरण होता है।

उन्नत प्रसंस्करण का उपयोग फेराइट निर्माण के लिए भी किया जाता है, जिसमें कोपरेवेरिंग, फ्रीज-ड्राइडिंग, स्प्रे रोस्टिंग और सोल-जेल प्रसंस्करण शामिल हैं। (इन विधियों को लेख उन्नत चीनी मिट्टी की चीज़ें में वर्णित किया गया है।) इसके अलावा, एकल क्रिस्टल को फ्लक्स के पिघलने (Czochralski विधि) से खींचकर या पिघल के ढाल ठंडा (Bridgman विधि) द्वारा उगाया जाता है। फेराइट को रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी), तरल-चरण एपिटाक्सी (एलपीई) और स्पटरिंग द्वारा उपयुक्त सब्सट्रेट पर पतली फिल्मों के रूप में भी जमा किया जा सकता है। (इन विधियों को क्रिस्टल में वर्णित किया गया है: क्रिस्टल वृद्धि: पिघल से विकास।)

अनुप्रयोग

स्थायी मैग्नेट

हार्ड मैग्नेटिक फेराइट को स्थायी मैग्नेट के रूप में और रेफ्रिजरेटर सील गैसकेट में उपयोग किया जाता है। उनका उपयोग माइक्रोफोन और स्पीकर गैसकेट में भी किया जाता है। स्थायी मैग्नेट के लिए सबसे बड़ा बाजार कॉर्डलेस उपकरणों और ऑटोमोबाइल अनुप्रयोगों के लिए छोटे मोटर्स में है।