За последние годы были разработаны и приобрели широкое применение в электротехнике новые магнитные материалы, получившие название ферритов. Эти материалы неметаллические, их изготовляют из смеси окиси железа (Fе2О3) с окислами других металлов — цинка (ZnО), марганца (МnО), никеля (NiO) и др.
Если обозначить любую окись двухвалентного металла, входящую в состав ферритов, в общем виде МеО, где Ме означает двухвалентный металл, то простейшей химической формулой феррита будет:
МеО + Fе2О3 МеFе2О4.
Характерной особенностью ферритов является то, что при наличии хороших магнитных свойств они обладают весьма большим по сравнению с магнитными металлами и сплавами удельным электрическим сопротивлением. Ферриты относятся к группе полупроводников и обладают сопротивлением ρ =104- 109 Ом-см, тогда как ферромагнитные металлические материалы имеют ρ =105-1014 Ом -см. Сопротивление ферритов больше сопротивления металлических ферромагнетиков в 108—1014 раз, поэтому у ферритов потери на вихревые токи в переменных магнитных полях очень малы. Это составляет одно из важнейших преимуществ ферритов.
Ферриты, как и металлические ферромагнетики, делятся на магнитно-мягкие и магнитно-твердые. Магнитно-мягкие ферриты обладают примерно следующими характеристиками: коэрцитивная сила Нс до 2,4 а/см; индукция насыщения Вs от 420 до 5000 гс; остаточная индукция Вг от 200 до 3000 гс; начальная магнитная проницаемость от 30 до 3000.
Ферриты называются по входящему в их состав двухвалентному металлу. Так, если в феррит входит окись марганца (МnО), то он называется ферритом марганца (МnFе2О4), если же в феррит входит окись никеля (NiО) — ферритом никеля (NiFе2О4) и т. п. Давно известен естественный феррит, называемый магнетитом. Он представляет собой феррит железа и обозначается химической формулой FеFе2О4. Ферриты, состоящие из окиси лишь одного металла и окиси железа, называются простыми. Для практического использования применяются смеси простых ферритов. В этом случае получают твердые растворы двух или нескольких ферритов, например твердый раствор двух простых
ферритов NiFе2О4 и ZnFе2О4, т. е. никелевого и цинкового ферритов. В результате этого создается смешанный никельцинковый феррит. Его химическая формула
Fe₂O₄
В приведенной формуле х означает молярную долю содержания в этом материале окиси никеля, а (1—х) — долю окиси цинка, причем сумма их должна быть равна единице.
Изготовляются ферриты по керамической технологии, т. е. в результате обжига порошков при температуре до 1350°С.
Процесс изготовления ферритов состоит из следующих главных операций. Исходные материалы — окиси двухвалентных металлов и окись железа, взятые в определенных количествах, смешиваются и размалываются в шаровых мельницах. После сушки смесь окислов прессуют в брикеты и подвергают первому обжигу.
Спекшийся материал снова размалывают и формуют в изделия с добавлением органического связующего (парафин и др.), затем обжигают в печах при высокой температуре. Чтобы готовые изделия не спекались друг с другом, их припудривают окисью алюминия. В печах изделия постепенно нагреваются до конечной температуры обжига, а затем охлаждаются. Обжиг производится по режиму, устанавливаемому для каждого вида изделия и его состава.
Отечественной промышленностью изготовляются четыре группы ферритов: никельцинковые, литийцинковые, марганеццинковые и магниймарганцевые.
Никельцинковые ферриты различаются по маркам: Ф-20, Ф-100, Ф-250, Ф-400, Ф-600, Ф-1000 и Ф-2000. В этих обозначениях цифры 20, 100 и т. д. означают величины начальной магнитной проницаемости μн. На рис. 180. показаны кривые магнитной индукции в зависимости от величины Н внешнего магнитного поля для ферритов отдельных марок. Эти ферриты имеют неизменяемость магнитной проницаемости до определенных частот. Установлено, что чем выше μн, тем ниже частота, при которой эта величина начинает падать, а потери возрастать.
Литийцинковые ферриты обладают меньшими характеристиками и применяются в установках почти тех же частот, что и никельцинковые, но при слабых магнитных полях. Марганеццинковые ферриты используются для работы в полях, изменяющихся с частотой порядка 1 МГц (мегагерц).
В табл.50 приведены основные магнитные характеристики описанных выше ферритов.
Магниймарганцевые ферриты составляют две группы материалов.
Одна из них обладает высоким электрическим сопротивлением и малыми потерями. Вторая группа ферритов характеризуется прямоугольностью петли гистерезиса, что позволяет их применять в счетно-решающих машинах для запоминающих устройств, в магнитных усилителях и т. п.
На рис. 181.приведена петля гистерезиса таких ферритов.
Рис.180.Кривые намагничивания никельцинковых Рис.181.Прямоугольная петля
Ферритов марок: 1 – Ф-2000, 2 – Ф-1000, 3 – Ф-40, гистерезиса ферритов
4 – Ф-25 (В – гс; Н – Г/см)
Наиболее широко используются никельцинковые ферриты. Из них изготовляются различные кольца, стержни цилиндрические и трубчатые детали для телевизоров (сердечники для строчных трансформаторов, регуляторы размера строк), детали для звукозаписывающей аппаратуры и Ш-образные сердечники для трансформаторов.
Из марганеццинковых ферритов изготовляются кольца, сердечники трансформаторов и другие детали.
Таблица.50.