Classificação de materiais magnéticos

1.1.1. Classificação de acordo com a estrutura interna e suas características no campo magnético externo

De acordo com a intensidade da magnetização apresentada por um material em um campo magnético externo, os materiais são classificados em: materiais antimagnéticos, materiais paramagnéticos, materiais ferromagnéticos, materiais antiferromagnéticos e materiais subferromagnéticos. A maioria dos materiais é antimagnética ou paramagnética, reagindo de forma fraca ao campo magnético externo; os materiais ferromagnéticos e subferromagnéticos são materiais altamente magnéticos, sendo que o termo "material magnético" geralmente se refere aos materiais com alta magnetização.

(1) Materiais ferromagnéticos

Materiais ferromagnéticos são materiais que apresentam uma intensidade e direção de magnetização evidentes sob a ação de um campo magnético externo. Esses materiais incluem metais como ferro, cobalto e níquel, bem como materiais sintetizados artificialmente, como ferrites e neodímio-ferro-boro. Os materiais ferromagnéticos possuem alta magnetização e boa estabilidade, mas são facilmente magnetizados e apresentam elevadas perdas por histerese.

(2) Materiais antimagnéticos

Materiais antimagnéticos são materiais que, sob a ação de um campo magnético externo, não apresentam intensidade ou direção de magnetização significativas. Esses materiais incluem metais como cobre, prata e ouro, bem como ligas como alumínio, ferro e magnésio. Os materiais antimagnéticos possuem baixa magnetização e boa estabilidade, mas são difíceis de magnetizar.

(3) Materiais ferromagnéticos

Materiais paramagnéticos são materiais que, sob a ação de um campo magnético externo, apresentam uma intensidade e direção de magnetização evidentes. Esses materiais incluem metais como ferro, níquel e cromo, bem como materiais sintetizados artificialmente, como óxido de ferro e óxido de cromo. Os materiais paramagnéticos possuem alta magnetização, mas baixa estabilidade, sendo facilmente afetados por temperatura e campo magnético.

1.1.2. Classificação de acordo com as propriedades magnéticas

De acordo com as propriedades magnéticas, podem ser divididos em materiais magnéticos macios, materiais magnéticos duros e materiais magnéticos reticulares.

(1) Materiais magnéticos duros

Os materiais magnéticos duros, também conhecidos como materiais permanentes magnéticos, são materiais que, após a magnetização por um campo magnético externo, mantêm uma forte remanência magnética mesmo após a remoção do campo externo. Esses materiais possuem alta coercitividade, elevada intensidade de magnetização residual, grande energia magnética, curva de histerese ampla, alta densidade de fluxo magnético residual e excelente estabilidade. Os materiais magnéticos duros incluem principalmente materiais magnéticos duros de terras raras, materiais magnéticos duros metálicos e materiais magnéticos duros de ferrite. Atualmente, os mais amplamente utilizados são os ímãs de neodímio-ferro-boro (NdFeB) e os ímãs de ferrite. O material magnético de neodímio-ferro-boro é uma liga composta por neodímio, óxido de ferro e outros elementos, também conhecida como aço magnético, sendo o resultado mais recente no desenvolvimento dos materiais magnéticos permanentes de terras raras. O neodímio-ferro-boro possui um alto produto de energia magnética, alta coercitividade e elevada densidade energética. Já os ímãs de ferrite são produzidos por métodos de metalurgia de pó, apresentam baixa remanência magnética e pequena permeabilidade magnética de recuperação. Apesar disso, possuem alta coercitividade e grande resistência à desmagnetização.

(2) Materiais magnéticos macios

Os materiais magnéticos macios têm como principais funções a condutividade magnética, a conversão e transmissão de energia eletromagnética, exigindo alta permeabilidade magnética, alta intensidade de indução magnética, curva de histerese estreita e baixa perda magnética. Em comparação com os materiais magnéticos duros, apresentam menor força coercitiva e curva de histerese mais estreita. Os materiais magnéticos macios incluem principalmente ferro puro, aço carbono, ligas de níquel-ferro, materiais cerâmicos magnéticos, ligas amorfas, materiais magnéticos macios nanocristalinos. Atualmente, são amplamente utilizados núcleos de pó magnético e núcleos de ferro bobinado. Entre os núcleos de pó magnético estão os núcleos de pó de ferro, núcleos de pó de ferro-silício-alumínio, núcleos de pó de alto fluxo magnético, núcleos de pó de liga permalloy e núcleos de ferrite. Já os núcleos de ferro bobinado incluem chapas de aço silício, liga permalloy, ligas amorfas e nanocristalinas.

1.1.3 Introdução à classificação dos núcleos de pó magnético

O núcleo de pó magnético é um material magnético mole produzido pela compactação de partículas de pó ferromagnético misturadas com um meio isolante. Devido ao tamanho reduzido das partículas ferromagnéticas, que são separadas por uma camada de material isolante elétrico não magnético, o material pode bloquear correntes parasitas, tornando-se adequado para frequências elevadas. Por outro lado, o efeito de espaçamento entre as partículas resulta em baixa permeabilidade magnética e características de condutividade magnética constantes. Além disso, como o tamanho das partículas é pequeno, praticamente não ocorre o efeito de skinning, fazendo com que a variação da permeabilidade magnética com a frequência seja relativamente estável. As propriedades magnéticas e elétricas do núcleo de pó magnético dependem principalmente da permeabilidade magnética do material de pó, do tamanho e forma das partículas, do coeficiente de preenchimento, do teor do meio isolante, da pressão de moldagem e do processo de tratamento térmico. Os núcleos de pó magnético mais comumente utilizados incluem núcleos de pó de ferro, núcleos de pó de liga de permalloy e núcleos de pó de ferro-silício-alumínio.

(1) Núcleo de pó de ferro

O núcleo de pó de ferro comumente utilizado é composto por pó ímico de ferro à base de carbono e pó ímico de ferro à base de resina, sendo o mais barato entre os núcleos de pó. A intensidade de indução magnética saturada é de aproximadamente 1,4 T, com uma permeabilidade magnética na faixa de 22 a 100; a estabilidade da permeabilidade magnética inicial varia bem com a frequência; apresenta boa capacidade de sobrecarga em corrente contínua; porém, tem elevadas perdas em alta frequência.

(2) Núcleo de pó de liga de permalloy

Os núcleos de pó de liga de Permalloy consistem principalmente em núcleos de alumínio (MPP) e núcleos de pó de alto fluxo magnético. A intensidade de indução magnética saturada do MPP é de aproximadamente 7500 GS; a permeabilidade magnética varia entre 14 e 550, apresentando as menores perdas entre os núcleos de pó e excelente estabilidade térmica. Já os núcleos de pó de alto fluxo magnético possuem uma intensidade de indução magnética saturada de cerca de 15000 GS; sua permeabilidade magnética varia entre 14 e 160, oferecendo a maior intensidade de indução magnética, a maior capacidade de polarização contínua e um volume reduzido de núcleo.

(3) Núcleo de pó de ferro, silício e alumínio

O núcleo de pó de ferro, silício e alumínio substitui principalmente o núcleo de pó de ferro, com perda 80% menor do que o núcleo de pó de ferro. Pode ser utilizado em frequências acima de 8 kHz, com permeabilidade magnética saturada em torno de 1,05 T, uma faixa de permeabilidade magnética entre 26 e 125, coeficiente de magnetorrensação próximo a zero, não produzindo ruído quando operando em diferentes frequências; possui maior capacidade de tensão DC do que o MPP, oferecendo a melhor relação custo-benefício.