Высокочастотные магнитомягкие материалы

Эти материалы должны работать на частотах выше сотен Гц или тысяч Гц.

Основное требование - большое удельное сопротивление.

1. Магнитодиэлектрики – материалы, состоящие из ферромагнитной основы (наполнитель) и связующего вещества.

Наполнитель:

1. Карбонильное железо

2. Альсифер

(порошок с размерами частиц 0,5 – 500 мкм)

Связующие:

1. Фенолформальдегидная или эпоксидная смола

2. Полистирол

Достоинства:

1. Высокое удельное сопротивление ρ_V = 10¹² – 10¹⁴ Ом м

2. Высокая температурная стабильность магнитных свойств.

Недостатки:

1. Низкие магнитные свойства из-за введения диэлектрика μ_нач = 10 – 250.

2. Старение диэлектрической связки, что ариводит к уменьшению ρ_V.

Применение

Сердечники для катушек индуктивности фильтров, частотомеров, генераторов и т.д..

Ферриты

Ферриты 0 это химические соединения окисла железа Fe₂O₃ с окислами других металлов.

Магнитные свойства ферритов определяются нескомпенсированным антиферромагнетизмом.

Достоинства ферритов:

1. Сочетание высоких магнитных свойств с большим удельным сопротивлением, следовательно, с низкими потерями в области ВЧ и СВЧ.

2. 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:

1. Химическая чистота исходного сырья

2. Степень дисперсности

3. Химическая активность

4. 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:

1. Относительно низкая температурная стабильность из-за низкой температуры Кюри (300⁰ С)

2. Невысокая индукция насыщения

3. 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 f_КР, когда tgδ достигает значения 0,1.

По назначению:

1. Магнитомягкие ферриты

Никель-цинковые ферриты – (NiO + ZnO) Fe₂O₃

1-я группа до частоты 10⁶ Гц

μ_нач = 200 - 2000, μ_мак = 300 - 7000, , ρ_V = 10 – 10² Ом м

2-я группа до частоты 10⁸ Гц

μ_нач = 10 - 150, μ_мак = 40 - 350, , ρ_V = 10³ – 10⁴ Ом м

Получили наибольшее распространение, т.к. обладают хорошими магнитными свойствами и просты в изготовлении.

Группа определяется % соотношением компонентов.

2. Ферриты для СВЧ устройств

Марганец-цинковые ферриты (MnO + ZnO) Fe₂O₃ Имеют самое большое значение μ:

до частоты 10⁶ Гц μ_нач = 700 - 6000, μ_мак = 2000 - 10000, ρ_V = 0,1 – 20 Ом м.

3. Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса

Литиево-цинковые ферриты (Li₂O + ZnO) Fe₂O₃

Самое большое значение ρ_V = 10¹⁰ Ом м

Но низкое μ_мак = 30 – 60, до частоты 10⁹ Гц

4. Магнитотвердые ферриты

Полиферриты – в основном никель-цинковые с частичным замещением ионов никеля ионами меди, магния, марганца.

μ_мак = 250 – 1000, до частоты 10⁸ Гц. Т.е. сочетание высокой граничной частоты с высоким значением магнитной проницаемости.