6.5. Магнитная керамика

Потребность в высокочастотных магнитомягких материалах побудило разработку ферритов, представляющих собой магнитную керамику с незначительной электронной проводимостью. Ферриты относятся к ферримагнетикам. Химический состав ферритов описывается общей формулой МеFе₂О₄, где Ме – символ двухвалентного металла. Чаще общую формулу ферритов изображают в виде оксидов МеО^.Fе₂О₃, тем самым подчёркивая керамическую технологию их изготовления, заключающуюся в спекании соответствующих оксидов. Ферриты имеют кубическую кристаллическую решётку. Ферриты, обладающие наиболее интересными магнитными свойствами и нашедшие техническое применение, представляют собой, как правило, твёрдые растворы замещения нескольких простейших соединений, в том числе и немагнитных. Так, например, широко распространённый никель-цинковый феррит mNiO^.Fe₂O₃ + nZnO^.Fe₂O₃ + pFeO^.Fe₂O₃ содержит в своём составе ZnO^.Fe₂O₃ , не проявляющий магнитных свойств. Тем не менее, его присутствие улучшает магнитные свойства феррита, т.к. оптимально изменяет параметры кристаллической решётки твёрдого раствора. На рис. 6.1 представлена частотная область использования различных ферритов.

Рис.6.1. Ориентировочная схема использования ферритов при различных частотах.

Точка Кюри различных марок ферритов лежит в диапазоне 110–630 ^оС.

Кроме магнитомягких ферритов разработаны магнитотвёрдые ферриты. Наиболее высокими значениями коэрцитивной силы, достигающей 2^.10⁵ А/м и максимальной магнитной энергии до 30 кДж/м³, обладают бариевые ВаО^.6Fe₂O₃ и кобальтовые СоFe₂O₄ ферриты.

Вопросы для самопроверки.

1. От чего зависит стойкость керамики к термоударам?

2. Основные стадии технологического процесса производства керамики.

3. Электротехническая керамика – основные представители, области применения.

4. Высокоогнеупорная оксидная керамика.

5. Корундовая керамика – особенности строения, свойства, области применения.

6. Твёрдые электролиты на основе оксидной керамики – основные представители, свойства, области применения.

7. Бескислородная керамика – основные представители.

8. Карбиды, карбидная керамика. Состав, свойства, области применения.

9. Нитридная керамика, состав, свойства, области применения.

10. Боридная и силицидная керамика – свойства, области применения.

11. Конденсаторная керамика с низкой и высокой диэлектрической проницаемостью.

12. В чём преимущества и недостатки ферритов по сравнению с металлическими магнитными материалами.

13. По какому параметру отличают магнитомягкие материалы от магнитотвёрдых?

7. Полимерные материалы

Полимеры подразделяются на природные, искусственные и синтетические. Природные – это созданные природой: целлюлоза, натуральный каучук, белки (шерсть) и др. Искусственные – это модифицированные природные: эфиры целлюлозы, резины из натурального каучука, модифицированные белки и др. Синтетические полимеры получают искусственным путём из низкомолекулярных соединений – мономеров. Существует два основных способа синтеза полимеров: полимеризация и поликонденсация. В соответствии с этим полимеры ещё можно подразделять на полимеризационные и поликонденсационные. По отношению к нагреву полимеры подразделяются на термопласты, размягчающиеся при нагревании, и реактопласты, отверждающиеся при нагревании. Полимеры являются основной составляющей частью пластических масс.

Пластические массы обычно представляют собой многокомпонентные материалы. Кроме полимеров пластические массы содержат в различных соотношениях стабилизаторы, пластификаторы, наполнители, а также технологические примеси (присутствие последних нежелательно). Стабилизаторы предохраняют полимеры от старения под действием температуры (термостабилизаторы), окислителей (антиоксиданты), ультра-фиолетового облучения (светостабилизаторы). Пластификаторы понижают вязкость полимерв, повышают эластичность. Стабилизаторы и пластификаторы обычно диспергированы в полимере до размеров молекул и образуют с ним истинные растворы. Наполнители химически не взаимодействуют с полимерами и свойства наполненных полимерных композиций могут быть рассчитаны как аддитивные по известным формулам. Так, для порошкообразных наполнителей применим логарифмический закон смешения

lg e_см = у₁lg e₁ + y₂lg e₂ (2.1)

где e_см – диэлектрическая проницаемость композиции; e₁ и e₂ – диэлектрическая проницаемость полимера и порошкообразного наполнителя; у₁ и у₂ – объёмные доли компонентов.

Наполнители могут иметь любое агрегатное состояние: твёрдое, жидкое, газообразное. Твёрдые наполнители могут иметь различную форму: а) мелкодисперсные с формой, близкой к шарообразной; б) анизометричную – нитевидные кристаллы, волокна различной длины; в) слоистую – плёнки, ткани и др. Жидкие наполнители имеют шарообразную или эллипсоидную форму. Форма газообразных наполнителей зависит от степени наполнения и технологии. Газонаполненные полимеры называются пено- и поропластами. Пенопласты имеют закрытые поры, а поропласты – открытые поры. Закрытые поры обеспечивают лучшую теплоизоляцию. Природа полимера мало влияет на диэлектрическую проницаемость e и теплоизоляционные свойства (в основном влияет объёмное содержание пор), но влияет на tgd и r_v.