Магнитомягкие ферриты.

Магнитомягкие ферриты — химические соединения окисла железа Fe2O3 с окислами других металлов. Наиболее широко применяются ферриты со структурой шпинели, отвечающими формуле MeFe2O4, где Me – какой-либо двухвалентный катион.

Самопроизвольная намагниченность ферритов обусловлена спиновыми магнитными моментами трехвалентных ионов железа и двухвалентных ионов металла, между которыми существует косвенное обменное взаимодействие через ионы кислорода.

Монокристаллические ферриты выращивают в печах по методу Вернейля: исходную шихту медленно просыпают через водородно-кислородную плазму, частички порошка, проходя через пламя, расплавляются и затем кристаллизуются на затравочном кристалле (помещенном вне пламени), который постепенно вытягивается вниз. Применяются для изготовления магнитных головок записи в магнитофонах (марганец- цинковый феррит).

Благодаря невысокой стоимости и относительной простоте технологического цикла более широко распространены поликристаллические ферриты изготовляемые по керамической технологии с применением двукратного обжига в окислительной среде (в воздухе).

Синтез поликристаллических ферритов может быть осуществлен по трем различным технологическим схемам: 1 — из механической смеси оксидов или карбонатов; 2 — термическим разложением твердой смеси солей, полученной выпариванием из водного раствора; 3 — из совместно сочетаемых гидроксидов, карбонатов, оксилатов.

Наиболее распространенный — первый способ.

Магнитомягкие ферриты применяются:

Ø для магнитопроводов, работающих в слабых, сильных магнитных полях до 100 МГц и в импульсном режиме;

Ø для изготовления магнитных усилителей, сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, статоров и роторов высокочастотных двигателей, термомагнитных компенсаторов и так далее.

Механические свойства, как и у керамики — твердость, хрупкость, недопустимость обработки резанием. При спекании — усадка от 10 до 20%. Хорошо шлифуются и полируются абразивными материалами, режутся алмазным инструментом.

Ферриты имеют гранецентрированную плотноупакованную кубическую решетку, в которой ионы кислорода образуют тетраэдры. Ионы кислорода образуют и октаэдры, которые тоже участвуют в формировании магнитных свойств. Если в центре тетраэдра располагается ион металла: Fe3+, то материал обладает магнитными свойствами, например, ферриты никелевый (NiO-Fe2O3) и марганцевый (MnO-Fe2O3). Если же Zn2+ или Cd2+, то магнитные свойства отсутствуют, образуется немагнитный феррит, например, цинковый (ZnO-Fe2O3) или кадмиевый (CdO-Fe2O3).

Кристаллическую решетку ферритов можно представить как состоящую в магнитном отношении из двух подрешеток, имеющих противоположные направления магнитных моментов ионов (атомов). В магнитном феррите намагниченность подрешеток неодинаковая и возникает суммарная спонтанная намагниченность, а в немагнитном феррите суммарная намагниченность равна нулю.

Наиболее широко в качестве магнитомягких ферритов применяют никель- цинковые и марганец-цинковые ферриты, представляющие собой твердые растворы замещения, образованные простыми ферритами NiFe2O4 и MnFe2O4, являющиеся ферромагнетиками с немагнитным ZnFe2O4.

В переменных полях для оценки допустимого частотного диапазона ферриты кроме m характеризуются м tgd – тангенсом угла магнитных потерь. Для ферритов потерями на вихревые токи и гистерезис в области слабых полей можно пренебречь.

При повышении частоты, начиная с некоторой, характерной для данной марки феррита значения, м tgd возрастает более резко, при этом уменьшается m. Эту частоту называют критической . f_кр Частоту, при которой m_нач уменьшается до 0,7 от ее значения f = 0 называют граничной – f_гр

Причина уменьшения и роста м tgd связывается со сложными резонансными и релаксационными процессами.

Маркировка. Стоящее впереди число указывает номинальное значение μн. Следующие за числом буква Н или В означают соответственно низкочастотный или высокочастотный материал. Далее следует буква, указывающая состав феррита: М — марганец-цинковый, Н — никель-цинковый. Например, 2000НМ – низкочастотный марганец-цинковый феррит с m нач = 2000. В ряде случаев в конце маркировки добавляют букву, указывающую преимущественное использование данной марки: С — в сильных полях, П — в контурах, перестраиваемых подмагничиванием, Т — для магнитных головок, РП — для радиопоглощающих устройств. Иногда в конце ставят еще цифру 1, 2 или 3, которая означает различие по свойствам.

Для ферритов одного состава критическая частота увеличивается при уменьшении начальной магнитной проницаемости. Зависимость m эфф и м tgd от частоты для разных марок никель-цинкового феррита показана на рисунке 9.19.

Магнитные и электрические свойства трех марок никель-цинковых ферритов приведены в таблице.

r ферритов в зависимости от химического состава и термической обработки изменяется от 10 до 108 Ом × м. Основной недостаток ферритов по сравнению с металлическими магнитными материалами — малое значение их магнитной проницаемости. Некоторые типы изделий из магнитомягких ферритов показаны на рисунке 9.20.