§ 73. Ферриты.

За последние годы были разработаны и приобрели широкое применение в электротехнике новые магнитные материалы, по­лучившие название ферритов. Эти материалы неметалличе­ские, их изготовляют из смеси окиси железа (Fе₂О₃) с окисла­ми других металлов — цинка (ZnО), марганца (МnО), нике­ля (NiO) и др.

Если обозначить любую окись двухвалентного металла, вхо­дящую в состав ферритов, в общем виде МеО, где Ме означает двухвалентный металл, то простейшей химической формулой феррита будет:

МеО + Fе₂О₃ МеFе₂О₄.

Характерной особенностью ферритов является то, что при наличии хороших магнитных свойств они обладают весьма боль­шим по сравнению с магнитными металлами и сплавами удель­ным электрическим сопротивлением. Ферриты относятся к груп­пе полупроводников и обладают сопротивлением ρ =10⁴- 10⁹ Ом-см, тогда как ферромагнитные металлические материа­лы имеют ρ =10⁵-10¹⁴ Ом -см. Сопротивление ферритов больше сопротивления металлических ферромагнетиков в 10⁸—10¹⁴ раз, поэтому у ферритов потери на вихревые токи в переменных маг­нитных полях очень малы. Это составляет одно из важнейших преимуществ ферритов.

Ферриты, как и металлические ферромагнетики, делятся на магнитно-мягкие и магнитно-твердые. Магнитно-мягкие ферриты обладают примерно следующими характеристика­ми: коэрцитивная сила Н_с до 2,4 а/см; индукция насыщения В_s от 420 до 5000 гс; остаточная индукция В_г от 200 до 3000 гс; начальная магнитная проницаемость от 30 до 3000.

Ферриты называются по входящему в их состав двухвалент­ному металлу. Так, если в феррит входит окись марганца (МnО), то он называется ферритом марганца (МnFе₂О₄), если же в фер­рит входит окись никеля (NiО) — ферритом никеля (NiFе₂О₄) и т. п. Давно известен естественный феррит, называемый магне­титом. Он представляет собой феррит железа и обозначается химической формулой FеFе₂О₄. Ферриты, состоящие из окиси лишь одного металла и окиси железа, называются простыми. Для практического использования применяются смеси простых ферритов. В этом случае получают твердые растворы двух или нескольких ферритов, например твердый раствор двух простых

ферритов NiFе₂О₄ и ZnFе₂О₄, т. е. никелевого и цинкового фер­ритов. В результате этого создается смешанный никельцинковый феррит. Его химическая формула

Fe₂O₄

В приведенной формуле х означает молярную долю со­держания в этом материале окиси никеля, а (1—х) — до­лю окиси цинка, причем сумма их должна быть равна единице.

Изготовляются ферриты по керамической технологии, т. е. в результате обжига порошков при температуре до 1350°С.

Процесс изготовления ферритов состоит из следующих глав­ных операций. Исходные материалы — окиси двухвалентных металлов и окись железа, взятые в определенных количествах, смешиваются и размалываются в шаровых мельницах. После сушки смесь окислов прессуют в брикеты и подвергают первому обжигу.

Спекшийся материал снова размалывают и формуют в изделия с добавлением органического связующего (парафин и др.), затем обжигают в печах при высокой температуре. Чтобы готовые изделия не спекались друг с другом, их припудривают окисью алюминия. В печах изделия постепенно нагреваются до конечной температуры обжига, а затем охлаждаются. Обжиг производится по режиму, устанавливаемому для каждого вида изделия и его состава.

Отечественной промышленностью изготовляются четыре груп­пы ферритов: никельцинковые, литийцинковые, марганеццинковые и магниймарганцевые.

Никельцинковые ферриты различаются по маркам: Ф-20, Ф-100, Ф-250, Ф-400, Ф-600, Ф-1000 и Ф-2000. В этих обозначе­ниях цифры 20, 100 и т. д. означают величины начальной магнит­ной проницаемости μ_н. На рис. 180. показаны кривые магнитной индукции в зависимости от величины Н внешнего магнитного поля для ферритов отдельных марок. Эти ферриты имеют неиз­меняемость магнитной проницаемости до определенных частот. Установлено, что чем выше μ_н, тем ниже частота, при которой эта величина начинает падать, а потери возрастать.

Литийцинковые ферриты обладают меньшими характеристи­ками и применяются в установках почти тех же частот, что и ни­кельцинковые, но при слабых магнитных полях. Марганеццинковые ферриты используются для работы в полях, изменяющихся с частотой порядка 1 МГц (мегагерц).

В табл.50 приведены основные магнитные характеристики описанных выше ферритов.

Магниймарганцевые ферриты составляют две группы мате­риалов.

Одна из них обладает высоким электрическим сопротив­лением и малыми потерями. Вторая группа ферритов характе­ризуется прямоугольностью петли гистерезиса, что позволяет их применять в счетно-решающих машинах для запоминающих устройств, в магнитных усилителях и т. п.

На рис. 181.приведена петля гистерезиса таких ферритов.

Рис.180.Кривые намагничивания никельцинковых Рис.181.Прямоугольная петля

Ферритов марок: 1 – Ф-2000, 2 – Ф-1000, 3 – Ф-40, гистерезиса ферритов

4 – Ф-25 (В – гс; Н – Г/см)

Наиболее широко используются никельцинковые ферриты. Из них изготовляются различные кольца, стержни цилиндрические и трубчатые детали для телевизоров (сердечники для строчных трансформаторов, регуляторы размера строк), детали для звукозаписывающей аппаратуры и Ш-образные сердечники для трансформаторов.

Из марганеццинковых ферритов изготовляются кольца, сер­дечники трансформаторов и другие детали.

Таблица.50.

Магнитные характеристики некоторых ферритов

Наименование ферритов		μн		, А/см		, гс		, гс
Никельцинковый		16-2500		0,32-2,4		400-4000		200-3000
Марганеццинковый		1000-3000		0,12-0,28		3500-5000		110-1500
Литийцинковый		20-120		2,4-4,8		1000-2500		800-1700