Решение ТОЭ онлайн
Техника высоких напряжений ТВН
Электротехника, основы электроники
Электрические измерения, электрические материалы

 
на правах рекламы

Ферриты

Ферриты

Промышленные типы ферритов, их электрофизические свойства и область применения

Магнитные свойства материалов обусловлены внутренними скрытыми формами движения электрических зарядов, представляющими собой элементарные круговые токи. Такими круговыми токами являются: вращение электронов вокруг собственных осей – электронные спины и орбитальное вращение электронов в атомах. Явление ферромагнетизма связано с образованием внутри некоторых материалов ниже определенной температуры (точки Кюри) таких кристаллических структур, при которых в пределах макроскопических областей, называемых магнитными доменами, электронные спины оказываются ориентированными параллельно друг другу и одинаково направленными. Таким образом, характерным для ферромагнитного состояния вещества является наличие в нем самопроизвольной (спонтанной) намагниченности без приложения внешнего магнитного поля. Однако, хотя в ферромагнетике и образуются самопроизвольно намагниченные области, но направления магнитных моментов отдельных доменов получаются самыми различными, как это вытекает из закона о минимуме свободной энергии системы. Магнитный поток такого тела во внешнем пространстве будет равен нулю. Возможные размеры доменов для некоторых материалов составляют около 0,001–10 мм3 при толщине пограничных слоев между ними в несколько десятков – сотен атомных расстояний. У особо чистых материалов размеры доменов могут быть и больше.

В качестве магнитных материалов техническое значение имеют ферромагнитные вещества и ферритыферримагнитные химические соединения.

Ферромагнетик – кристаллическое вещество, в котором результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля.

Ферримагнетик (феррит) – кристаллическое вещество, магнитную структуру которого можно представить в виде двух или более подрешеток, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля.

Ферриты представляют собой магнитную керамику с незначительной электронной электропроводностью. Большое удельное сопротивление, превышающее ρ железа в 106–1011 раз, а следовательно, и относительно небольшие потери анергии в области повышенных и высоких частот наряду с достаточно высокими магнитными свойствами обеспечивают ферритам самое широкое применение при повышенных и высоких частотах. На рис. 3.1 показан внешний вид некоторых ферритовых деталей.

Детали из ферритов

Рис. 1 Детали из ферритов

Ферриты представляют собой системы из оксидов железа и оксидов двухвалентных, реже одновалентных металлов, соответствующих общей формуле MeO-Fe2O3, где Me – символ двухвалентного металла. Ферриты имеют кубическую кристаллическую решетку.

Ферриты, обладающие наиболее интересными магнитными свойствами и нашедшие техническое применение, представляют собой, как правило, твердые растворы нескольких простейших соединений, в том числе и немагнитных. Так, например, общая формула широко распространенных никель-цинковых ферритов имеет следующий вид:

mNiO-Fe2O3 + nZnO-Fe2O3 + pFeO-Fe2O3,

где коэффициенты m, n, p определяют количественные соотношения между компонентами.

Процентный состав компонентов играет существенную роль в получении тех или иных магнитных свойств материала.

Применяющиеся в технике ферриты называют оксиферами, желая подчеркнуть, что они представляют собой сложные оксидные ферримагнетики, что, конечно, более правильно, однако первое название получило большее распространение. За рубежом для некоторых типов ферритов употребляется название «феррокскуб», подчеркивающее кубическое строение решетки этим материалов.

Технология изготовления ферритов оказывает весьма существенное влияние на свойства готовых изделий. Технологический процесс производства ферритовых изделий вкратце сводится к тому, что предварительно получают ферритовый порошок, состоящий из тонко измельченных, тщательно перемешанных и предварительно обожженных оксидов соответствующих металлов. В него добавляют пластификатор – обычно раствор поливинилового спирта, и из полученной массы прессуют под большим давлением изделия требуемой формы. Изделия подвергают обжигу при температуре 1100–1400 °С. При этом происходит спекание и образование твердых растворов ферритов. Обжиг должен производиться обязательно в окислительной среде (обычно в воздухе). Присутствие даже в небольшом количестве водорода в рабочем пространстве печи может вызвать частичное восстановление оксидов, что приведет к резкому увеличению магнитных потерь. Усадка ферритов при обжиге может достигать 20 %.

Ферриты – твердые и хрупкие материалы, не позволяющие производить обработку резанием и допускающие только шлифовку и полировку.

Магнитомягкие ферриты – ферриты с высокой магнитной проницаемостью имеет максимальную индукцию свыше 0,3 Тл и малую коэрцитивную силу, около 16 А/м.

Магнитная проницаемость магнитомягких ферритов повышается с ростом температуры до точки Кюри, а затем резко падает. Основные физические характеристики магнитомягких ферритов ферритов следующие: плотность 4–5 Мг/м3, удельная теплоемкость около 0,7 кДж/(кг·К), коэффициент теплопроводности примерно 5 Вт/(м·К), температурный коэффициент линейного расширения около 10–5 К–1, удельное сопротивление 10–3–108 Ом·м.

Магнитомягкие ферриты имеют относительно большую диэлектрическую проницаемость, зависящую от частоты и состава ферритов. С повышением частоты диэлектрическая проницаемость ферритов падает.

Тангенс угла потерь магнитомягких ферритов ферритов от 0,005 до 0,1.

Наиболее распространенная маркировка магнитомягких ферритов отражает следующее. Первое число означает величину затем идут буквы, обозначающие частотный диапазон применения, ограничиваемый сверху значением fгр. Под граничной частотой понимают частоту, при которой начинается быстрый рост тангенса угла потерь феррита. Ферриты для звуковых, ультразвуковых и низких радиочастот для краткости обозначают буквой Н (низкочастотные). Граничная частота их для разных марок изменяется от 0,1 до 50 МГц. В маркировке высокочастотных ферритов имеются буквы ВЧ, граничная частота их от 50 до 600 МГц. Далее в маркировке магнитомягких ферритов следуют буквы, обозначающие состав материала: М – марганец-цинковый, Н – никель-цинковый и т. п.

Ферриты с ППГ. Для запоминающих устройств вычислительной техники особенный интерес представляют ферриты, обладающие прямоугольной формой петли гистерезиса. К материалам и изделиям этого типа предъявляются специфические требования, и для их характеристики используются дополнительные параметры. Основным из таких параметров является коэффициент прямоугольности петли гистерезиса КП, представляющий собой отношение остаточной индукции Br к максимальной индукции Bмакс.

Желательно, чтобы КП был возможно ближе к единице. Для обеспечения быстрого перемагничивания сердечников они должны иметь небольшой коэффициент переключения Sq. Коэффициент Sq численно равен количеству электричества, приходящемуся на единицу толщины сердечника, необходимому для перемагничивания его из состояния остаточной индукции в состояние максимальной индукции, противоположной по знаку. Кроме того, материалы с ППГ должны обеспечивать малое время перемагничивания, возможно большую температурную стабильность магнитных характеристик, а следовательно, иметь высокую точку Кюри и некоторые другие свойства.

Магнитострикционные (изменение формы и размеров тела при намагничивании) ферриты используются как магнитострикционные материалы в области повышенных и высоких частот.

Ферриты для СВЧ. Совершенно особую роль играют специальные марки ферритов для СВЧ. В этой области частот в первую очередь используются возможности управления электрическими и магнитными параметрами ферритов. На СВЧ применяются никелевые ферриты, магниевые ферриты, магниевые ферроамоникаты, никелевые и магниевые феррохромиты, а также иттриевые ферриты – гранаты.


Теги: ферриты, ферримагнетик, оксиферы

Комментарии:

Оставить комментарий