Ферриты

Ферриты – вещества, в которых обменное взаимодействие осуществляется не непосредственно между магнитоактивными атомами, а через немагнитный ион кислорода.

Основным достоинством ферритов является сочетание высоких магнитных параметров с большим электрическим сопротивлением, которое превышает сопротивление ферромагнитных металлов и сплавов в 10³...10¹³ раз, и, следовательно, они имеют относительно малые потери в области повышенных частот, что позволяет использовать их в высокочастотных электромагнитных устройствах. Ферриты подразделяются на магнитотвердые и магнитомягкие.

Магнитотвердые ферриты. Наибольшее распространение получили магнитотвердые материалы на основе бариевого (стронциевого) феррита BaFe₁₂О₁₉ (BaO – 6Fе₂0₃) и кобальтового феррита CoFe₂О₄, (CoO – Fе₂О_з). Кобальтовый феррит имеет структуру типа шпинели, а бариевый – структуру природного минерала магнитоплюмбита с гексагональной решеткой. Бариевые и стронциевые магниты обладают большой магнитной анизотропией, которая наряду с мелкозернистой структурой приводит к повышенным значениям коэрцитивной силы (до 350 кA/м). Промышленность выпускает бариевые, стронциевые и смешанные бариево-стронциевые ферриты, содержащие изотропные (маркировка БИ) и анизотропные (БА, СА – стронциевый и РА – смешанный) редкоземельные добавки. Технология производства магнитов БИ не отличается от технологии магнитомягких ферритов.

Особенность производства анизотропных магнитов состоит в том, что после предварительного обжига в результате мокрого помола приготовляется полужидкая масса порошка феррита, которая прессуется в сильном магнитном поле при откачке влаги. В результате в материале создается магнитная текстура, и он становится анизотропным. В названии марок первые цифры обозначают значение (BH)_max, три цифры в конце – значение коэрцитивной силы по намагниченности, буквы в середине – тип феррита.

Все магниты, на основе гексагональных ферритов обладают высокой стабильностью при воздействии магнитных полей, вибрации и ударном воздействии, их можно использовать в магнитных цепях, работающих в высокочастотных полях, так как сопротивление бариевых магнитов велико (до 10⁶...10⁹ Ом·м).

К недостаткам бариевых магнитов относятся низкая остаточная индукция, высокая хрупкость и твердость, а также значительная зависимость магнитных свойств от температуры. Кобальтовые ферриты более температуростабильны.

Магнитомягкие ферриты. Химический состав магнитомягких ферритов с высокой магнитной проницаемостью может быть записан химической формулой МеОFе₂О₃, или MeFe₂О₄, где в качестве металла используются двухвалентные ионы Мn²⁺, Fe²⁺, Со²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Mg²⁺ и др. Ионы двухвалентного металла характеризуют феррит, который получает название по характеризующему металлическому иону, например NiFe₂О₄ – никелевый феррит, ZnFe₂О₄ – цинковый феррит. Кристаллическая структура приведенных ферритов аналогична структуре природного минерала – благородной шпинели MgAl₂O₄, поэтому их называют ферритами со структурой шпинели или феррошпинели. Такая структура представляет собой гранецентрированную плотноупакованную кубическую решетку, в которой наиплотнейшую упаковку образуют большие ионы кислорода (ионный радиус 0,132 нм). Металлические ионы, имеющие меньший ионный радиус (0,04 ... 0,1 нм), располагаются в промежутках (узлах), которые образуются между ионами кислорода.

Магнитомягкие ферриты используют для изготовления сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, магнитных антенн, статоров и роторов высокочастотных электрических моторов небольшой мощности, деталей отклоняющих систем телевизионной аппаратуры. Магнитомягкие ферриты маркируются следующим образом: на первом месте ставится примерное значение магнитной проницаемости, затем стоят буквы, определяющие частотный диапазон. Ферриты для частот 0,1 ... 50 МГц обозначают буквой Н (низкочастотные), для диапазона 50 ... 600 МГц высокочастотные ферриты обозначаются ВЧ. Далее в маркировке следуют буквы, означающие состав материала: М – марганеццинковые, Н – никель-цинковые и т.д. Никель-цинковые ферриты маркируются также маркой ВЧ.

Ферриты получают методом керамической технологии. В промышленности в основном используются метод смешивания оксидов или карбонатов нерастворимых в воде и метод термического разложения солей различных металлов. Наиболее простым является метод смешивания оксидов или карбонатов. Технология получения ферритов по этому методу состоит в следующем: исходные оксиды взвешивают, подвергают первому помолу и тщательному перемешиванию в шаровых или вибрационных мельницах. Затем, после сушки и прессования брикетов (или гранулирования), осуществляют предварительный обжиг при температуре на несколько сот градусов ниже температуры окончательного обжига. После этого следует второй помол, и порошок и в дальнейшем используют для получения изделий.

Ферритовые спеченные изделия отличаются высокой твердостью и хрупкостью. Ферриты можно обрабатывать абразивным инструментом из синтетических алмазов или подвергать их резке, шлифовке и полировке.