Общая характеристика ферритов
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

К этой группе материалов относятся ферриты. Они представляют собой магнитную керамику, получаемую спеканием оксида железа с оксидами других металлов. Характерная особенность свойств ферритов – высокое, как у диэлектриков, удельное электрическое сопротивление   103 - 1011 Ом  Вследствие низкой (в 108 - 1014  раз меньшей, чему металлических ферромагнетиков) электропроводности потери на вихревые токи у ферритов минимальны, что обусловило их широкое применение в технике высоких и сверхвысоких частот. По магнитным свойствам ферриты уступают металлическим ферромагнетикам и не могут с ними конкурировать в области низких частот. Ферриты имеют невысокую индукцию насыщения (Bs 0,4 Тл), относительно большую коэрцитивную силу (Нс ) и невысокую температуру точки Кюри (  что ограничивает их рабочую температуру и ухудшает температурную стабильность свойств. Ферриты – твердые и хрупкие материалы, обрабатывать которые можно только алмазным инструментом.

Большинство применяемых ферритов обладают кристаллической структурой шпинели и отвечают формуле: Me О  Fe 2 O 3, где Me – двухвалентные металлы (Mn , Ni , Mg , Ba , Co , Cu , Zn , Cd). К этой группе относится также феррит одновалентного лития Li 2 О  5Fe 2 O 3.

По строению ферриты представляют собой ионные кристаллы. Их кристаллическую решетку образуют отрицательные ионы кислорода и положительные ионы металлов. Элементарная ячейка ферритов типа шпинели состоит из восьми формульных единиц Me О  Fe 2 O 3. Она содержит 32 иона кислорода и 24 иона металлов ( 8 ионов Me 2+ и 16 ионов Fe 3+). Ионы кислорода образуют ГЦК решетку. Между ионами кислорода имеются 64 тетраэдрические поры (поры А) и 32 октаэдрические поры (поры В), в которых располагаются ионы металлов, занимая 8 пор А и 16 пор В. Между ионами металлов в этих порах существует сильное обменное взаимодействие, приводящее к антипараллельному , как у антиферромагнетиков, расположению спиновых магнитных моментов. Однако в отличие от антиферромагнетиков у ферритов суммарный магнитный момент ионов в порах В не равен суммарному магнитному моменту в порах А. Из-за нескомпенсированного антиферромагнетизма ферриты называют ферримагнетиками. Небольшой результирующий момент определяет невысокую индукцию насыщения ферритов. Результирующий момент обусловлен неодинаковыми магнитными моментами ионов, расположенных в порах А и В, или разным числом ионов в этих порах.

Расположение ионов в порах А и В у большинства ферритов соответствует обращенной или смешанной структуре шпинели. В структуре обращенной шпинели ионы Me 2+ занимают 8 пор В, а ионы Fe 3+ – 8 пор В и 8 пор А. Условная формула таких ферритов:

ФОРМУЛА с 543

Где в скобках указаны ионы, расположенные в порах В, а перед скобками – ионы, находящиеся в порах А. Результирующий магнитный момент создают ионы Me 2+, так как магнитные моменты ионов Fe 2+ компенсируются. Обращенную структуру шпинели имеют никелевый и медный ферриты.

Для смешанной структуры шпинели характерно, что ионы Me 2+ и Fe 3+ располагаются как в порах В, так и в порах А. расположение ионов в таких ферритах отвечает формуле:

ФОРМУЛА с 544

 

(где n – коэффициент, характеризующий меру обращенности). При n = 0 получается обращенная структура шпинели, при 0 n  – смешанная. Значение n зависит от технологии получения ферритов.

В технике преимущественно применяют не простые (однокомпонентные), а сложные ферриты, получаемые из смеси нескольких оксидов двухвалентных металлов. Ценными свойствами обладают ферриты, представляющие твердые растворы ферритов цинка и кадмия.  В состав сложных ферритов вводят также оксиды трехвалентных металлов (Cr , Al). Многообразие сочетаний исходных компонентов предоставляет возможность получать ферриты с разнообразными свойствами. На рис. 9.10 в качестве примера показано изменение свойств никель-цинкового феррита при изменении в нем концентрации оксида цинка. Немагнитный цинковый феррит, добавленный в никелевый феррит, понижает , Нс и резко увеличивает н, поэтому состав феррита должен быть точно выдержан. Этот фактор предъявляет повышенные требования к технологии получения ферритов, включая и необходимость точного поддержания всех технологических параметров – температура спекания, размера частиц порошков и т.д.

Особенность свойств ферритов состоит в том, что при нагреве начальная магнитная проницаемость сначала возрастает, а затем резко падает при температуре точки Кюри (рис. 9.11), которая и определяет допустимую рабочую температуру феррита.

Важной характеристикой ферритов, влияющей на область их применения, является критическая частота f кр, при которой начинает резко возрастать тангенс угла потерь. Граничной частотой принято считать частоту, при которой tg δ  1.

Дата: 2019-02-18, просмотров: 463.