¿Qué son los Imanes de Ferrita?
Los imanes de ferrita están hechos principalmente de óxido de hierro mezclado con cobalto, níquel y manganeso. La fórmula molecular se expresa como MFe2O4 (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, Cd, etc.).
El metal compuesto M está dominado por cationes divalentes, y el Fe3O4, donde M = Fe, es negro y una materia prima muy conocida conocida como magnetita. Existen otros compuestos en los que el metal compuesto M es 1, 3 o incluso cationes tetravalentes, denominados ferrita.
El proceso de producción consiste en prensar ferrita en polvo y hornearla a altas temperaturas. También es un tipo de cerámica. Puede sintetizarse a partir del óxido de hierro Fe2O4 por lo que es barata.
Sus características son que se puede moldear fácilmente en cualquier forma y es fácil de procesar. Al ser químicamente estable, es resistente a la corrosión por óxido y productos químicos.
Usos de los Imanes de Ferrita
Los imanes de ferrita pueden dividirse en dos tipos de aplicaciones: ferrita dura y ferrita blanda.
1. Ferrita Dura
La ferrita dura son un imanes de ferrita que se convierte en imanes permanente tras entrar en contacto con un imán fuerte (aplicando un campo magnético fuerte). Constituyen la mayoría de los imanes que se ven habitualmente en la vida cotidiana. Los imanes en forma de U son un ejemplo típico.
Otras aplicaciones son pequeños motores, altavoces, auriculares y cintas de casete.
2. Ferrita Blanda
Las ferritas blandas son imanes de ferrita que se convierten en imanes cuando entran en contacto con un campo magnético y dejan de serlo cuando se retiran del campo. Suelen utilizarse como núcleo magnético y son adecuadas para aplicaciones en transformadores y bobinas.
Ejemplos sencillos y concretos se utilizan en radios, televisores, videoconsolas, automóviles, ordenadores, hornos microondas, aspiradoras y frigoríficos.
Principio de los Imanes de Ferrita
Las propiedades magnéticas de los imanes de ferrita difieren entre ferritas duras y blandas. En primer lugar se explican las propiedades magnéticas.
1. Propiedades Magnéticas
- Ferromagnetismo: un material en el que el momento magnético (cantidad vectorial que representa la fuerza y la orientación del imán) se alinea sin la aplicación de un campo magnético se denomina material ferromagnético.
- Sustancias ferrimagnéticas: una sustancia es ferrimagnética si los momentos magnéticos de los átomos vecinos son opuestos en dirección pero diferentes en magnitud, de modo que la sustancia en su conjunto está magnetizada. Todos los imanes de ferrita son ferrimagnéticos.
- Paramagnética: Una sustancia es paramagnética si, en ausencia de campo magnético, sus momentos magnéticos están orientados en varias direcciones, pero cuando se aplica un campo magnético, los momentos magnéticos se alinean.
La magnetización de saturación es la magnetización máxima a la que no aumenta la magnetización de un material cuando se incrementa el campo magnético. La temperatura de Curie es la temperatura a la que el material pasa de ferromagnético a paramagnético.
2. Ferrita Dura
Las ferritas duras son imanes ferromagnéticos y permanentes. Las ferritas duras pueden clasificarse a su vez en dos tipos en función de la orientación de los polos magnéticos de las moléculas: imanes isótropos y anisótropos.
- Imanes isótropos: el momento magnético está orientado en varias direcciones. Como la orientación magnética no es uniforme, el imán puede magnetizarse desde cualquier dirección, pero la fuerza magnética es más débil.
- Imanes anisótropos: la orientación del momento magnético de las moléculas está alineada, por lo que son direccionales pero pueden proporcionar una fuerte fuerza magnética. Se producen alineando los polos magnéticos de cada molécula de ferrita mediante la aplicación de un campo magnético durante el endurecimiento.
3. Ferrita Blanda
Las ferritas blandas son magnéticas sólo mientras se aplica un campo magnético externo. Aunque el campo magnético es menor que el de las ferritas duras, es superior en una amplia gama de frecuencias.
Por ejemplo, los que tienen una estructura cristalina de tipo espinela tienen la propiedad de una alta permeabilidad magnética (grado de magnetización del material) en una amplia gama de frecuencias. Los de tipo granate tienen la propiedad de que los cristales individuales no se rompen fácilmente en la gama de frecuencias de microondas.
Comparación con los Imanes de Álnico
Los imanes de álnico son imanes fabricados añadiendo elementos aditivos como aluminio (Al), níquel (Ni) y cobalto (Co) al hierro, mediante métodos de fundición o sinterizando el polvo.
Los imanes de álnico se caracterizan por una temperatura de Curie (temperatura a la que dejan de ser imanes permanentes) extremadamente alta, de 860 °C, lo que permite utilizarlos en entornos de alta temperatura. A temperaturas comprendidas entre la temperatura ambiente y los 400 °C, pueden recuperar casi su fuerza magnética original al volver a la temperatura ambiente. Los fabricados por fundición también tienen una excelente resistencia mecánica.
Las aplicaciones de los imanes de álnico incluyen motores eléctricos, sensores, unidades de altavoces y pastillas magnéticas en guitarras eléctricas.
Diferencias con los Imanes de Ferrita
Los imanes de ferrita están compuestos principalmente de óxido de hierro, mientras que los imanes de álnico están hechos principalmente de hierro con la adición de aluminio, níquel y cobalto. La retención de fuerza magnética en los imanes de álnico es pequeña y se desmagnetizan fácilmente.
Existe la limitación de que tienen que tener una forma alargada debido a la necesidad de una gran distancia entre los polos. Además, el suministro de la materia prima cobalto es inestable y caro, por lo que los imanes de ferrita son más baratos.
Comparación con los Imanes de Samario-Cobalto
Los imanes de samario-cobalto son imanes de tierras raras compuestos por samario (Sm) y cobalto (Co). Se dividen en dos tipos según la relación de composición, SmCo5 (serie 1-5) y Sm2Co17 (serie 2-17), siendo la serie 1-5, que contiene menos samario, la más utilizada en la actualidad.
Los imanes de samario cobalto se caracterizan por una elevada temperatura de Curie, de unos 800 °C como máximo. Debido a su excelente resistencia a la corrosión, pueden utilizarse tal cual sin tratamiento superficial y se caracterizan también por su forma altamente selectiva. Las propiedades magnéticas son superiores a las de los imanes de ferrita y sólo superadas por las de los imanes de neodimio.
Diferencias con los Imanes de Ferrita
Dado que pueden utilizarse en entornos de hasta 350 °C, se emplean en espacios reducidos y a altas temperaturas, donde se requieren fuerzas magnéticas superiores a las de los imanes de ferrita. Por otro lado, su baja resistencia tiene el inconveniente de que son propensos a agrietarse y astillarse. Las materias primas samario y cobalto son ambas raras y, por tanto, muy caras en comparación con los imanes de ferrita.
Comparación con los Imanes de Neodimio
Los imanes de neodimio se componen principalmente de neodimio (Nd), hierro (Fe) y boro (B). Los imanes de neodimio se caracterizan por su fácil oxidación y su elevada dependencia térmica.
Debido a su susceptibilidad a la oxidación, se niquelan en la superficie antes de su uso. Suelen utilizarse a temperaturas inferiores a 80 °C. Debido a su resistencia relativamente alta, también son resistentes al agrietamiento y al astillamiento.
Diferencias con los Imanes de Ferrita
En comparación con los imanes de ferrita, las propiedades magnéticas son muy elevadas: la retención de fuerza magnética es aproximadamente cuatro veces superior y el producto de energía máxima es diez veces superior. Más caros que los imanes de ferrita, pero menos caros que los imanes de samario-cobalto.