Ферриты
Ферриты – это ферримагнитная керамика, сочетающая в себе высокие магнитные свойства и высокое удельное электрическое сопротивление и, следовательно, низкие потери на вихревые токи. Это позволяет применять их в области высоких и СВЧ, т.е. там, где металлические магнитомягкие материалы применять уже нельзя.
Ферриты представляют собой сложные системы оксидов железа и двухвалентного (реже одновалентного) металла, имеющие общую формулу MeO*Fe2O3. В качестве металла применяют Ni, Mn, Co, Fe, Zn, Cd, Li и др., котрые и дают название ферриту. Например, NiO*Fe2O3 – никелевый феррит, ZnO*Fe2O3 – цинковый феррит. Применяющиеся в технике ферриты называют также называют также оксиферами. В последнее время широко применяют ферриты с общей формулой 3Me2O3*5Fe2O3 (где Ме – двух- или трехвалентный металл).
Свойства ферритов и соответственно изделий из них сильно зависят от их состава и технологии получения. В промышленности используют наиболее простую технологию, которая заключается в спекании оксидов при повышенной температуре: в подготовленный ферритовый порошок, состоящий из обожженных оксидов соответствующих металлов, тонко измельченных и тщательно перемешанных, добавляют пластификатор (обычно раствор поливинилового спирта), из полученной массы под большим давлением прессуют изделия требуемой формы и обжигают их при температуре 1100 – 1400оС. В процессе обжига и формируется феррит, представляющий собой твердый раствор оксидов. При этом происходит усадка, которая может составлять 10 – 20%. Очень важно, чтобы обжиг происходил в окислительной атмосфере (обычно в воздухе). Присутствие даже небольшого количества водорода может вызвать частичное восстановление оксидов, что приведет к увеличению магнитных потерь. Полученные ферритовые изделия являются твердыми, хрупкими и не позволяют производить какую-либо механическую обработку, кроме шлифования и полирования.
Ферриты имеют гранецентрированную плотно упакованную кристаллическую решетку, в которой ионы кислорода образуют тетраэдры и октаэдры. В центре тетраэдра располагается ион металла. Если этим ионом является Fe2+, материал обладает магнитными свойствами. Примером таких материалов могут служить никелевый (NiO*Fe2O3) и марганцевый (MnO*Fe2O3) ферриты. Если этим ионом является Zn2+ или Cd2+, образуется немагнитный цинковый (ZnO*Fe2O3) или кадмиевый (CdO*Fe2O3) феррит. Указанные явления объясняются тем, что в ферритах между магнитными моментами соседних атомов осуществляется косвенное обменное взаимодействие, которое приводит к их антипараллельной ориентации. В связи с этим в магнитном отношении кристаллическую решетку ферритов можно представить как состоящую из двух подрешеток, имеющих противоположные направления магнитных моментов ионов (атомов). В магнитном феррите намагниченность подрешеток не одинакова, в результате чего возникает суммарная спонтанная намагниченность, а в немагнитном феррите суммарная намагниченность равна нулю.
К магнитомягким ферритам в первую очередь относятся две группы ферритов: никель-цинковые и марганец-цинковые, представляющие собой трехкомпонентные системы NiO – ZnO – Fe2O3 и MnO – ZnO – Fe2O3.
В основу маркировки магнитомягких ферритов положена величина на-чальной магнитной проницаемости. Первое число в обозначении марки феррита указывает номинальное значение Mн. Следующая за ним буква Н или В обозначает низкочастотный или высокочастотный материал. Далее следует буква, указывающая на состав феррита: Н – никель-цинковый, М – марганец-цинковый. Например, марка 2000НМ означает низкочастотный марганец-цинковый феррит с Mн = 2000.
В ряде случаев в конце маркировки добавляют букву, которая указывает на область преимущественного использования данной марки феррита: С – в сильных полях, П – в контурах, перестраиваемых подмагничиванием, Т – для магнитных головок, РП – для радиопоглощающих устройств.
Специальные индексы в маркировке этих ферритов – цифры 1, 2 и 3, которые ставятся в конце обозначения, означают различия в свойствах.
Основные недостатки ферритов – трудность получения точных размеров изделий из-за большой усадки при обжиге (до 20%), недостаточно высокая воспроизводимость магнитных свойств, невысокие значения индукции насыщения и температуры Кюри, невысокая стабильность магнитных параметров во времени.