Ферриты, их параметры и получение

При повышении частоты перемагничивания до десятков мегагерц (диапазон радиочастот) потери на вихревые токи у магнитомягких сплавов настолько возрастают, что их использование становится неэффективным. Эти потери снижаются при увеличении электрического сопротивления материала и уменьшении его индукции. Такими свойствами – малым значением В и высоким значением ρ обладают неметаллические магнитные материалы: ферриты и магнитодиэлектрики.

Ферриты представляют собой магнитную керамику, получаемую спеканием смеси оксида железа Fe₂O₃ с оксидами металлов. По электропроводности относятся к оксидным полупроводникам и имеют удельное сопротивление до 10¹⁶ Ом·м.

Ферриты являются химическим соединением оксида железа с оксидами двухвалентных металлов. Могут быть получены различными способами, но освоена промышленностью пока только простая технология термического спекания оксидов. Составленную композицию оксидов подвергают первому помолу в шаровых или вибромельницах до получения однородной массы.

При последующем предварительном обжиге получают массу с частичным или полным образованием феррита.

Второй помол позволяет получить более измельченную и однородную массу, которую используют при производстве изделий.

Формование ферритовых изделий производят прессованием деталей на гидравлических прессах в стальных формах при давлении (1-3)·10⁸ Па или методом экструзии (выдавливания) стержней, трубок через мундштук. Более сложные изделия получают методом горячего литья под давлением.

Завершающей операцией является обжиг (обычно на воздухе), приводящий к спеканию изделия и завершению процесса ферритизации, т. е. образования единого химического соединения различных оксидов.

Ферриты выпускаются: магнитомягкие, магнитотвердые, для СВЧ-диапазона, с прямоугольной петлей гистерезиса и др.

По составу ферриты могут быть одинарными (моноферриты), двойными (биферриты) и многокомпонентными (полиферриты). Наибольшее распространение получили биферриты: марганцево-никелевые, никелево-цинковые, литиево-цинковые.

Марганцево-никелевые обладают следующими свойствами:

• высокое значение μн = 40 000;

• малые потери на перемагничивание до частот 10⁸ Гц.;

• низкая остаточная и относительно большая максимальная индукция;

• более высокая индукция, большая температура Кюри и меньшее значение температурного коэффициента магнитной проницаемости по сравнению с марганцево-цинковыми ферритами.

Применяют для изготовления сердечников импульсных трансформаторов с узким фронтом импульса и для сердечников аппаратуры дальней связи.

Никелево-цинковые обладают следующими свойствами:

• малые потери и низкие значения начальной μ_н в широком интервале температур;

• высокая временная стабильность μ_н (составляет десятые доли процента в год);

• μ зависит от температуры, частоты, величины подмагничивающего поля;

• μ не зависит от механических воздействий;

• свойства зависят от состава и технологии изготовления.

Различают четыре группы.

Материалы первой группы с высокой μ и узким диапазоном рабочих температур применяют для изготовления сердечников, работающих при частотах в несколько сот кГц.

Материалы второй группы со средним значением μ, меньшими потерями на перемагничивание, более высоким ρ используют для изготовления сердечников катушек постоянной и переменной индуктивностей (вариометров) и магнитных антенн на частотах до нескольких мегагерц.

Ферриты третьей группы с низким значением μ, высокой т. Кюри и температурным диапазоном применяют на частотах несколько десятков мегагерц.

Ферриты четвертой группы со сверхнизким значением μ, большим ρ, незначительными потерями на перемагничивание применяют для изготовления сердечников высокочастотных катушек индуктивности с частотами до 200 МГц.

Литиево-цинковые ферриты обладают самым низким ТКμ; малыми потерями на вихревые токи до частот до 2 *10⁸ ГЦ; гистерезисными потерями, большими чем у других ферритов. Сердечники контурных катушек из этих ферритов имеют большую добротность по сравнению с другими магнитомягкими материалами.

На основе ферритов реализован перспективный тип элементов – многофункциональные магнитные радиокомпоненты, осуществляющие одновременно трансформацию, стабилизацию, модуляцию и другие виды преобразования электрического сигнала.