Тема 20. Ферриты
Ферриты это химические соединения окисла железа Fe2O3 с окислами других металлов.
Магнитные свойства ферритов определяются нескомпенсированным антиферромагнетизмом.
Достоинства ферритов:
Сочетание высоких магнитных свойств с большим удельным сопротивлением, следовательно, с низкими потерями в области ВЧ и СВЧ.
Невысокая стоимость и относительная простота технологии получения, высокая степень автоматизации.
Получение ферритов
Ферриты получают в виде керамики и монокристаллов.
При изготовлении ферритовой керамики исходным сырьем являются окислы соответствующих металлов. Схема производства аналогична производству керамики. Однако более высокие требования:
Химическая чистота исходного сырья
Степень дисперсности
Химическая активность
Отсутствие стекловидной фазы
Все процессы массопереноса при синтезе соединений происходят за счет диффузии в твердой фазе.
Исходные окислы измельчают, перемешивают и проводят обжиг для получения феррита. Полученный феррит опять измельчают и порошок используют для получения нужных изделий при t = 11000 – 14000 С в строго контролируемой газовой среде.
Недостатки ферритов:
Относительно низкая температурная стабильность из-за низкой температуры Кюри (3000 С)
Невысокая индукция насыщения
Трудности механической обработки (твердость, хрупкость), т.е. ферриты нельзя обрабатывать резанием, только шлифовка и полировка.
Кроме параметров магнитных материалов для ферритов вводят параметр тангенс угла диэлектрических потерь tgδ. Так как ферриты по своим свойствам близки к диэлектрикам (высокое удельное сопротивление), диэлектрические потери на высоких частотах играют существенную роль.
В связи с этим вводят понятие fКР, когда tgδ достигает значения 0,1.
По назначению:
Магнитомягкие ферриты
Никель-цинковые ферриты – (NiO + ZnO) Fe2O3
1-я группа до частоты 106 Гц
μнач = 200 - 2000, μмак = 300 - 7000, , ρV = 10 – 102 Ом м
2-я группа до частоты 108 Гц
μнач = 10 - 150, μмак = 40 - 350, , ρV = 103 – 104 Ом м
Получили наибольшее распространение, т.к. обладают хорошими магнитными свойствами и просты в изготовлении.
Группа определяется % соотношением компонентов.
Ферриты для СВЧ устройств
Марганец-цинковые ферриты (MnO + ZnO) Fe2O3 Имеют самое большое значение μ:
до частоты 106 Гц μнач = 700 - 6000, μмак = 2000 - 10000, ρV = 0,1 – 20 Ом м.
Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса
Литиево-цинковые ферриты (Li2O + ZnO) Fe2O3
Самое большое значение ρV = 1010 Ом м
Но низкое μмак = 30 – 60, до частоты 109 Гц
Магнитотвердые ферриты
Полиферриты – в основном никель-цинковые с частичным замещением ионов никеля ионами меди, магния, марганца.
μмак = 250 – 1000, до частоты 108 Гц. Т.е. сочетание высокой граничной частоты с высоким значением магнитной проницаемости.
Применение ферритов
Сердечники антенных катушек и катушек ВЧ контуров, в запоминающих устройствах, логических устройствах, в магнитных лентах для записи звука и другой информации.