Ферриты

Ферриты являются химическим соединением оксида железа Fe₂О₃ с оксидами двухвалентных (реже одновалентных) металлов: Ni, Mn, Cu, Co, Mg , Li и др, спонтанная намагниченность доменов в которых обусловленная нескомпенсированным антиферромагнетизмом.

Ферриты вырабатывают в виде керамики по технологии производства радиокерамики. Как начальное сырье используют окислы соответствующих металлов. Окислы размельчают и перемешивают, после чего брикетируют и отжигают на воздухе. Брикеты снова размельчают в ферримагнитный порошок. Его пластифицируют водным раствором поливинилового спирта и формируют изделия средствами прессования или горячего литья. Отформованные изделия запекают.

Одним из основных недостатков изготовляемых ферритов является недостаточно высокая воспроизводимость их магнитных свойств, обусловленная колебаниями химической активности исходного сырья, то есть возможностью его при отжиге вступать в химические соединения. На активность сырья влияют средства получения исходных оксидов, степень измельчения частиц, наличие вредных примесей. Метод оксидов в целом не позволяет получать ферриты с хорошо воспроизводимыми свойствами, тем не менее специальными приемами, которые удорожают производство, воспроизводимость можно повысить.

Ферритовые изделия по механическим свойствам близки к изделиям из фарфора, их можно обрабатывать с помощью карборундового порошка. Тем не менее основным методом механической обработки ферритов является шлифование с помощью абразивных инструментов из синтетических алмазов. Прошивка отверстий и пазов в ферритовых деталях осуществляется ультразвуковым методом. Он же разрешает делать пайку ферритов между собою и с металлами (медью, алюминием и др.). Возможно соединение ферритовых деталей путем склеивания полистирольным и эпоксидным клеями.

В качестве магнитомягких ферритов наиболее распространены две группы ферритов: марганцево-цинковые и никель-цинковые, которые представляют собой трехкомпонентные системы Ni - Zn - Fe₂O₃ и Mn - Zn - Fe₂O₃ .

Индукция насыщения ферритов достигает 0,1-0,4 Тл, что значительно ниже, чем в магнитомягких сплавов. Магнитная проницаемость рассмотренных ферритов составляет m_н = 20- 20000 и m_max= 45- 35000. Ферриты, в которых m_н = 400-20000, в слабых магнитных полях в многих случаях эффективно заменяют листовые железоникелевые сплавы и электротехническую сталь. Тем не менее в средних и сильных полях низкой частоты использование магнитомягких ферритов нецелесообразно, поскольку они имеют в 2-3,5 раза более низкую индукцию насыщения, чем металлические магнитные материалы.

Для ферритов характерная сильная зависимость начальной магнитной проницаемости m_н от температуры. Начальная проницаемость ферритов повышается с ростом температуры, а после достижения температуры Кюри резко снижается в связи с потерей ферримагнитных свойств.

Тангенс угла магнитных потерь ферритов в общем случае имеет такие составляющие: потери на гистерезис, на вихревые тока и на магнитную вязкость. В слабых полях потери на гистерезис малы, потери на вихревые тока в ферритах также незначительны, вследствие их высокого удельного сопротивления. Таким образом, для ферритов в высокочастотном поле основным видом потерь есть потери на магнитную вязкость материала.

Среди низкочастотных ферритов наиболее широко используют ферриты марок 2000НМ, 600НН, 400НН, которые идут на изготовление строчных трансформаторов, раструбов отклоняющих систем телевизоров, сердечников магнитных антенн радиовещательных приемников и т.д.

Существенными преимуществами марганец-цинковых ферритов перед никель-цинковыми являются: в несколько раз меньшие потери на гистерезис, более высокая индукция, значительно большая температура Кюри и меньшее значение температурного коэффициента ТКm.

К недостаткам марганец- цинковых ферритов относится меньшее значение f_кр. При жестких требованиях к величине нелинейных искажений марганец- цинковые ферриты лучше никель-цинковых, но последние имеют преимущества при работе в устройствах с подмагничиванием.

Высокочастотные никель-цинковые ферриты предназначены для использования в слабых полях при частотах до 100 МГц, имеют малые потери и низкое значение m_н в широком температурном интервале, и высокую термостабильность. Ферриты этой группы применяют для изготовления сердечников высокочастотных катушек фильтров.

На основе ферритов реализован перспективный тип элементов – многофункциональные магнитные радиокомпоненты, которые осуществляют одновременно трансформацию, стабилизацию, модуляцию и другие виды преобразования электрического сигнала.

Согласно условиям эксплуатации ферриты условно делят на 11 групп (табл. 5.2).

Магнитные свойства ферритов некоторых групп приведенные в табл. 5.3.