Ferrit-Magnete - sie ziehen uns alle magnetisch an

Ferrit-Magnete – wer kennt sie nicht, diese schwarzen Magnete. Fast jeder kennt sie – man denke dabei nur an eine Magnettafel. Egal ob Generatoren, Lautsprecher oder Mikrofone – Ferrit-Magnete kommen hier zum Einsatz. Selbst in der Computerperipherie oder im Automotive-Bereich finden sich Ferrit-Magnete – nämlich solche aus Hartferrit.

Keine Frage: Magnete aus Ferrit werden immer beliebter – nicht nur wegen ihres vergleichsweise günstigen Preises und ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit, sondern auch wegen ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.

Weichmagnetische oder hartmagnetische Ferrite

Ferrit-Magnete sind Dauermagnete (auch Permanentmagnete genannt), die aus einem Stück des magnetisierbaren Materials Ferrit bestehen. Bei Ferrit-Magneten handelt es sich gemäß der magnetischen Ordnung - der ferrimagnetischen Ordnung - um eine Mischform: zwischen Ferromagneten und Antiferromagneten. Ferrit verliert sein statisches Magnetfeld nicht.

Keine Frage: Bei Ferrit-Magneten handelt es sich um die am meisten produzierten Magnete weltweit. Die Herstellungsmethoden dieser Magnete ähneln stark denen anderer keramischer Stoffe.
Unterschieden werden weichmagnetische Ferrite auf der einen und hartmagentische Ferrite auf der anderen Seite. 


Während sich weichmagnetische Ferrite durch eine vergleichsweise geringe Koerzitivfeldstärke auszeichnen, weisen hartmagnetische Ferrite demgegenüber eine relativ hohe Feldstärke auf. Als magnetische Koerzitivfeldstärke gilt die magnetische Feldstärke, welche benötigt wird, um die vollständige Entmagnetisierung einer ferromagnetischen Substanz zu erzeugen. 

Das bedeutet: Je höher die Koerzitivfeldstärke ist, desto leichter gelingt es dem Magneten seine Magnetisierung zu halten, wenn er auf ein Gegenfeld trifft. 

Wie ist er nun - der magnetische Werkstoff: eher weich- oder doch hartmagnetisch? Näheren Aufschluss hierzu gibt die sogenannte Hysteresekurve - auch Hystereseschleife genannt: Sie ist nichts weiter als die Magnetisierungskurve, welche Flussdichte und Feldstärke in ihrem Zusammenhang darstellt. 

Was die Herstellung von Ferrit-Magneten betrifft, so dominiert Asien – hier werden inzwischen die meisten Massenferrite produziert. Gerade in China wurden in den letzten Jahren riesige Fertigungskapazitäten bereitgestellt.

Isotrope und anisotrope Magnete

Ferrit-Magnete werden – je nach Herstellungsart – in isotrope (schwächere) oder aber anisotrope (stärkere) unterteilt. 

Die Erzeugung isotroper Magnete findet mittels Pressung unter sogenannter trockener Herstellung statt. Anschließend erfolgt die Magnetisierung der Magnete im Magnetfeld. Ferrit-Magnete, diese sogenannten Dauermagnete oder Permanentmagnete, werden in verschiedenen Verfahren hergestellt – dem Trockenpressverfahren oder dem Nasspressverfahren. Die Trockenherstellung beinhaltet einen großen Vorteil: Es ist möglich, die Magnete in verschiedene Richtungen zu magnetisieren – je nach Kundenwunsch. 

Demgegenüber werden die anisotropen Magnete auf dem Wege der nassen Herstellung erzeugt – in Spritzform und Magnetfeldwirkung. Bei der anschließenden Magnetisierung erhält das Magnetfeld die vorbestimmte Vorzugsrichtung. Doch der Vorteil der Anisotropen besteht in ihrer ein- bis zu dreimal höheren Energiedichte.

Herstellungsprozess

Ferrit-Magnete werden in der Regel in einem Sinterprozess hergestellt. Die hartmagnetischen Ferrite werden durch eine sogenannte Kalzination hergestellt. Dabei handelt es sich um eine chemische Reaktion aus den Ausgangsstoffen Eisenoxid und Barium beziehungsweise Strontiumcarbonat. Bei diesem Prozess spricht man – veraltet – von "vorsintern". Danach erfolgt das möglichst feine Mahlen des Reaktionsprodukts, die Formung zu Presslingen sowie Trocknung und Sinterung. Geformt werden können die Presslinge durchaus in einem äußeren Magnetfeld. Die Körner werden so in eine Vorzugsorientierung gebracht (Anisotropie).

Das sogenannte Trockenpressverfahren kann auch bei kleinen und geometrisch einfachen Formen zur Bearbeitung von Werkstücken zum Einsatz kommen. Schlechtere magnetische Kennwerte gegenüber den im Nasspressverfahren hergestellten Teilen resultieren aus der starken Tendenz zur (Re-)Agglomeration kleinster Teilchen. Bei direkt aus den Ausgangsstoffen geformten Presskörpern kann zwar eine konzentrierte Kalzination und Sinterung erfolgen, doch die magnetischen Kennwerte dieser so hergestellten Produkte erweisen sich als extrem schlecht.

Auch weichmagnetische Ferrite werden vorgesintert, aufgemahlen sowie gepresst. Die anschließende Sinterung erfolgt jedoch in spezifischen Atmosphären – zum Beispiel Sauerstoffmangel. Sowohl die chemische Zusammensetzung als auch die Struktur von Vorsinterprodukt und Sinterprodukt weichen stark voneinander ab.

Das Besondere des Nasspressverfahrens ist die erzeugte Emulsion aus Legierungspulver und Flüssigkeit. Füllkanäle sorgen dafür, dass die Emulsion auf dem Wege des Einspritzens in das Presswerkzeug gelangt. Das sich anschließende Verdichten beinhaltet die Ausrichtung der Partikel, das heißt die Einstellung der Anisotropie, unter Einschaltung eines Magnetfeldes. Damit ist das Absaugen eines Teils der Flüssigkeit verbunden. Ehe das Sintern beginnen kann, ist ein Trocknen der Presslinge erforderlich – entweder an Luft oder in Trockenöfen. Keine Frage: Das Nasspressverfahren ist aufwendiger als das Trockenpressverfahren. Am Ende stehen aber auch höhere magnetische Eigenschaften.

Vorteile und Nachteile

Unbestritten ist, dass Ferrit-Magnete eine große Koerzitivfeldstärke und einen hohen spezifischen Widerstand besitzen. Letzterer macht ihren Einsatz in veränderlichen Magnetfeldern möglich. Ein großer Vorteil der Ferrit-Magnete ist neben dem günstigen Preis auch, dass sie nicht korrosionsanfällig sind. Eine besondere oberflächliche Bearbeitung ist daher nicht notwendig. Außerdem zeichnen sie sich durch ihre besondere Widerstandsfähigkeit bei hohen Temperaturen aus: Ihre Einsetzbarkeit bei Betriebstemperaturen von -40 °C bis +250 °C unterstreicht ihren robusten Charakter. 

Kein Wunder: Das Sintern der Ferrit-Magnete erfolgt bei hohen Temperaturen. Dies hat zur Folge, dass sie überaus hart und auch beständig gegenüber sehr hohen Betriebstemperaturen sind. Darüber hinaus besitzen sie eine starke Widerstandskraft gegenüber Chemikalien.

Ferrit-Magnete sind allerdings nicht so leistungsfähig wie zum Beispiel Neodym-Magnete und auch Samarium-Kobalt-Magnete. Dies liegt an ihrer vergleichsweise niedrigen Magnetstärke sowie Entmagnetisierungsbeständigkeit.

Zu bedenken ist auch: Zwei verschiedene Mischungen zeichnen die Ferrit-Magnete aus: SrFe und BaFe – also Strontiumferrit und Bariumferrit. BaFe ist zwar in der Regel preisgünstiger als SrFe, dafür jedoch weniger leistungsfähig als SrFe. Ein großer Vorteil von SrFe - im Vergleich zu BaFe - ist die Zulassung im Anwendungsbereich mit Trinkwasser. Demgegenüber sind die Einsatzmöglichkeiten von BaFe mit Barium in diesem Anwendungsbereich problematisch, weshalb vielfach nur SrFe Ferrit-Magnete angeboten werden.

Einsatzmöglichkeiten

Egal ob Hufeisenform oder Scheibe, ob Blöcke oder Ringe, ob individuell zugeschnitten oder was auch immer – als Haftmagnete kennt die Ferrit-Magnete fast jeder. Doch ihre Einsatzbereiche sind so universell, dass sie heute in nahezu allen industriellen Produktbereichen präsent sind: Angefangen von Motoren über Alarmanlagen bis hin zu Möbeln.

Keine Frage also: Ferrit-Magnete finden vielfachen Einsatz. Besonders in der Elektrotechnik sind sie sehr gefragt: Ihre elektrische Leitfähigkeit weist gen Null genauso wie ihre Wirbelstromverluste. Diese Eigenschaften prädestinieren sie als Kernmaterial für Spulen und auch Transformatoren – selbst bei höchsten Frequenzen. 

Im Einzelnen bedeutet das für weichmagnetische Ferrite: Anwendung zum Beispiel als Magnetköpfe in Tonbandgeräten, Computerfestplatten oder Diskettenlaufwerken; Abdichtung von Mikrowellengeräten und vielem mehr. Hartmagnetische Ferrite fungieren vor allem als kostengünstige Dauermagnete jeglicher Art: Anwendung zum Beispiel in permanentmagnetisch erregten Lautsprechern, Elektromotoren & Co. 

Die Verbesserung der Ferrit-Magnete kann einen wichtigen Beitrag zur Lösung vieler Fragen liefern, die unsere Gesellschaft heute bewegt: Dazu gehört die Frage der Einsparung von Energie genauso wie jene des Umweltschutzes oder des sparsamen Umgangs mit Ressourcen im Allgemeinen. Damit erweisen sich Ferrit-Magnete nicht nur als vielseitig einsetzbar, sondern auch als zukunftsfähig. Der ökonomische Nutzen ist unverkennbar – dies umso mehr, als die Entsorgung von Ferrit-Magneten auch keine schädlichen Abfallprodukte für Mensch und Natur hinterlässt. 

Ökonomie und Ökologie, Mensch und Natur – alles im Einklang. Was gibt es Besseres?

Am Ende ziehen uns Ferrit-Magnete eben immer wieder magnetisch an.

Bildnachweis:

• 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