РОЗДІЛ 2
ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ФЕРИТОВИХ МАТЕРІАЛІВ
2.1 Класифікація феритових матеріалів
Ферити - це неметалічні кристалічні матеріали, які є хімічними сполуками оксиду заліза з оксидами інших металів [128, 132]. Більшість феритів є феримагнетиками і поєднують феромагнітні та напівпровідникові або діелектричні властивості, завдяки чому вони широко використовуються як магнітні матеріали.
Ферити за магнітними властивостями подібні до феромагнетиків, а за електричними - до напівпровідників. Якщо у феромагнетиків електропровідність спадає з ростом температури, то у феритів вона зростає [127].
Ферити (феримагнетики) під дією зовнішнього ЕМП намагнічуються як феромагнетики, проте, на відміну від них, характеризуються низкою особливостей, зумовлених природою феримагнетизму [119]. Існують феримагнетики, в яких магнітні моменти іонів у різних підгратках перебувають у неоднакових ефективних обмінних полях, що спричинює велику відмінність температурної залежності намагніченостей підграток. Наприклад, для феритів-гранатів із загальною формулою (для R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm) існує температура (нижча за точку Кюрі), в околі якої антипаралельні магнітні моменти підграток рідкоземельних металів і заліза взаємно компенсуються, внаслідок чого спонтанна намагніченість обертається в нуль. Ця температура називається температурою магнітної компенсації. Отже, на відміну від феромагнетиків, у намагнічених до насичення феритів магнітні властивості при певних значеннях температури можуть зникати двічі: в точці Кюрі та в точці компенсації. Встановлено, що це явище та низка інших, не властивих феромагнетикам, пояснюються особливостями кристалічної структури феритів, зокрема наявності у феритах декількох магнітних підграток. Крім складнішої температурної залежності намагніченості насичення, в феритах її величина є меншою порівняно з феромагнетиками. Незважаючи на це, ферити знайшли широке застосування головним чином завдяки тому, що за величиною питомої електропровідності вони належать до напівпровідникових матеріалів. Відомо, що в суцільних електропровідних тілах за дії змінного в часі магнітного поля (або при русі таких тіл в неоднорідному магнітному полі) виникають значні електричні струми, які приводять до втрат електромагнітної енергії (зокрема на нагрів феромагнітних сердечників, магнітопроводів), пропорційних до електропровідності матеріалу та частоти поля. В феритових тілах в змінному ЕМП виникають малі струми, які зумовлюють незначні джоулеві втрати навіть на високих і надвисоких частотах [128], що сприяє їх використанню, на відміну від феромагнетиків, у всьому частотному спектрі.
Магнітні властивості феримагнітних матеріалів є природною основою для їх фізичної класифікації. Належність до того чи іншого класу матеріалу визначається кривою намагнічування та параметрами петлі гістерезису [112].
За значенням коерцитивної сили (напруженості магнітного поля, в якому феримагнітний зразок, попередньо намагнічений до насичення, розмагнічується) феритові матеріали поділяють на три групи - магнітном'які ( - вузька петля гістерезисної залежності між індукцією і напруженістю магнітного поля), магнітнотверді ( - широка петля гістерезисної залежності) і матеріали спеціального призначення () [112]. Магнітном'які матеріали служать перш за все для роботи у змінних магнітних полях або в динамічних режимах, магнітнотверді матеріали - для роботи в постійних полях. До матеріалів спеціального призначення належать ферити з прямокутною петлею гістерезису та магнітострикційні ферити.
За своїм складом ферити переважно є твердими розчинами оксиду заліза з оксидами двовалентних металів. При цьому розрізняють прості ферити, хімічна формула яких (де - двовалентний метал), та змішані у вигляді твердих розчинів двох або декількох простих феритів [119].
За кристалічною структурою розрізняють ферити з кубічною, гексагональною та гранатовою структурами [132].
Як магнітном'які матеріали (зокрема для виготовлення сердечників) використовуються різні типи феритів. До найбільше використовуваних у практиці належать наступні типи феритів [132]:
* ферити типу використовуються до частоти , а значення їх відносної максимальної магнітної проникності лежить в межах від 10 до 5000;
* ферити типу використовуються до частот порядку сотень кілогерц і в імпульсних режимах. Їх відносна максимальна проникність , як правило, лежить в діапазоні від 700 до 6000 і досягає в окремих випадках 40000;
* ферити типу використовуються на частотах до ;
* трикомпонентні ферити, наприклад, , де - один із елементів , , , і т.п. Вони використовуються на частотах порядку десятків і сотень мегагерц.
В області НВЧ для різних діапазонів частот використовують різні двокомпонентні або трикомпонентні магнітном'які ферити, наприклад, ферити типу (гранати), в яких частина іонів ітрію замінена іонами , та ін. Ці ферити використовуються при довжині хвилі від до .
Магнітном'які ферити залежно від області застосування в різних умовах експлуатації (слабкі, сильні та імпульсні поля) класифікуються на такі групи: термостабільні низькочастотні ферити для слабких магнітних полів; термостабільні високочастотні магнітном'які ферити для слабких магнітних полів; нетермостабільні низькочастотні марганець-цинкові магнітном'які ферити для слабких магнітних полів; термостабільні магнітном'які ферити для імпульсних магнітних полів; магнітном'які ферити з великою індукцією, високодобротні для сильних магнітних полів; спеціальні магнітном'які ферити для контурів, які переналаштовуються підмагнічуванням; спеціальні ферити для широкосмугових узгоджуючих трансформаторів [112]. Кожна з цих класифікаційних груп характеризується певним комплексом електромагнітних параметрів.
Магнітнотверді ферити використовуються для виготовлення постійних магнітів. Найтиповішими представниками таких феритів є барієвий і стронцієвий гексаферити, а також кобальтовий ферит [126].
Феримагнітні матеріали з прямокутною петлею гістерезису є особливо важливими для обчислювальної техніки і авто
- Київ+380960830922