Curie-Temperatur

Die Temperatur, ab der die ferromagnetische bzw. ferroelektrische Ordnung verschwindet, wird als Curie-Temperatur T_C bzw. (nach Pierre Curie) bezeichnet.

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Auftreten

Ferromagnetische und ferrimagnetische Materialien verlieren ihre magnetischen Eigenschaften (spontane oder gerichtete Magnetisierung von Kristallbereichen), wenn sie über ihre materialspezifische Curie-Temperatur erhitzt werden. Etwas unterhalb dieser Temperatur erlangen die Werkstoffe wieder ihre magnetischen Eigenschaften zurück, d. h., es zeigt sich auch ohne äußeres Magnetfeld eine spontane Magnetisierung der Weiss-Bezirke.

Oberhalb der Curie-Temperatur zeigen die Materialien nur noch paramagnetisches Verhalten, d. h. sie werden in einem äußeren Feld zwar magnetisiert, verstärken dessen Feld jedoch nur schwach.

Auch die Polarisierung eines Dauermagneten verschwindet beim Überschreiten der Curie-Temperatur T_C, der Magnet macht einen Phasenübergang von der ferromagnetischen bzw. ferrimagnetischen Phase in die paramagnetische durch. Je nachdem, ob bei Abkühlung ein äußeres Magetfeld präsent ist, wird er danach polarisiert (dauermagnetisch) oder nicht mehr dauermagnetisch sein.

Analoges Verhalten zeigen auch polarisierte und unpolarisierte Ferroelektrika beim Erwärmen und dem Übergang zur paraelektrischen Phase. Es ist die Ursache der teilweise recht niedrigen Einsatztemperaturen ferroelektrischer Materialien für Kondensatoren und Piezo-Aktoren.

Die Curie-Temperatur einiger typischer Magnetwerkstoffe ist:

• Cobalt 1394 K (1121°C)
• Eisen 1041 K (768°C)
• Nickel 633 K (360°C)
• Gadolinium 293 K (20°C)
• Ferrite 100…350°C (je nach Werkstoffzusammensetzung)

Die Werkstoffe sind nur unterhalb dieser Temperaturen als Magnetwerkstoff einsetzbar.

Verhalten oberhalb der Curie-Temperatur

Oberhalb der Curie-Temperatur lässt sich das magnetische Verhalten häufig durch ein Curie-Weiss-Gesetz beschreiben. Die paramagnetische, bzw. dielektrische Suszeptibilität folgt in guter Näherung der Relation mit der Curie-Konstanten C.

Bedeutung und Anwendungen

• Permanentmagnete verlieren bei Erhitzen bis an die Curie-Temperatur die Magnetisierung. Besonders starke Magnete, insbesondere magnetische Legierungen mit seltenen Erden, z. B. NdFeB, haben relativ niedrige Curie-Temperaturen. Diese Magnete dürfen daher nicht zu hoch erhitzt werden. Analog dazu verlieren Ferroelektrika wie z. B. piezoelektrische Keramiken beim Erhitzen bis an die Curie-Temperatur die elektrische Polarisierung.

• Datenspeicherung: In magneto-optischen Speichermedien wird die magnetische Schicht durch einen Laser punktförmig bis zur Curie-Temperatur erhitzt, um die vorhandene Information zu löschen und neue Daten schreiben zu können. Beim Abkühlen wird die Magnetisierung „eingefroren“. Das Erhitzen von (herkömmlichen, nicht-magneto-optischen) Festplatten über die Curie-Temperatur gewährleistet eine hundertprozentige Vernichtung aller Daten. Angewandt wird diese Technik aber meistens nur bei streng geheimen Daten.

• Als Thermostat im sogenannten „Magnastat-Lötkolben“: Der Lötkolben wird durch einen Magnetschalter eingeschaltet. Sobald die Lötspitze heiß genug ist, verliert das daran befestigte ferromagnetische Material seinen Magnetismus und öffnet den magnetischen Kreis, das heißt, das Magnetfeld eines Dauermagneten kann den Schalter nicht mehr schließen. Der Strom bleibt unterbrochen, bis das Material bei Abkühlung wieder ferromagnetisch wird und den Schalter schließt.

• Paläomagnetismus oder Paläomagnetik: Heiße, aus dem Erdinnern austretende Lava liegt in ihrer Temperatur über der Curie-Temperatur. Wenn sie erstarrt, dann „frieren“ daraus auskristallisierende eisenhaltige Minerale das zu dem Zeitpunkt vorherrschende Magnetfeld ein. In der Regel ist dies das natürliche Magnetfeld der Erde. Auf diese Weise können Schwankungen und Polumkehrungen im Verlauf der Erdgeschichte nachgewiesen werden.

• Geophysik : Da im Erdinnern schnell Temperaturen erreicht werden, die über den Curie-Temperaturen liegen (Curie-Tiefe), entsteht das Magnetfeld der Erde nicht durch einen Permanentmagneten in der Erdmitte.

• Ferritkerne, u.a. für Schaltnetzteil-Übertrager, zeigen etwas unterhalb der recht niedrigen Curie-Temperaturen eine starke Änderung der Permeabilitätszahl, sie steigt zunächst an, um bei weiter steigender Temperatur steil abzufallen. Diese Temperatur darf daher im Betrieb nicht erreicht werden. Oft besitzen jedoch die Kernverluste im Bereich um 100°C ein Minimum, sodass eine weitere Erwärmung im Betrieb begrenzt wird.

Siehe auch

• Ferromagnetismus
• Ferroelektrizität