Магнітом’які високочастотні матеріали

Під високочастотними магнітом’якими матеріалами розуміють магнітні речовини, які працюють за частот, вищих за декілька сотень герц. Згідно з частотними властивостями їх поділяють на матеріали для звукових, ультразвукових, низьких радіочастот, високих радіочастот та надвисоких радіочастот. Такі матеріали в першу чергу повинні мати великий питомий опір, що зменшує втрати на вихровий струм. Їх поділяють на ферити та магнітодіелектрики.

Ферити

Ферити являють собою магнітну кераміку, здобувану спіканням суміші оксиду заліза Fe₂О₃ з оксидами металів. За типом електропровідності ферити належать до оксидних напівпровідників і мають питомий опір 10³…10¹⁰ Ом×м.

Ферити виготовляють у вигляді кераміки за технологією виробництва радіокераміки. Як початкову сировину використовують окиси відповідних металів. Окиси подрібнюють та перемішують, після чого брикетують та відпалюють на повітрі. Брикети знову подрібнюють у порошок. Його пластифікують водним розчином полівінілового спирту й формують вироби способами пресування чи гарячого лиття. Відформовані вироби печуть.

Одним з основних недоліків виготовлюваних феритів є недостатньо висока відтворюваність їхніх магнітних властивостей, зумовлена коливаннями хімічної активності вихідної сировини, тобто здатністю його при відпалюванні вступати в хімічні сполуки. На активність сировини впливають спосіб здобуття вихідних окисів, ступінь подрібнення часток, наявність шкідливих домішок. Метод здобування окисів у цілому не дозволяє здобувати ферити з добре відтворюваними властивостями, проте спеціальними прийомами, які здорожують виробництво, відтворюваність можна підвищити.

У якості магнітом’ягких феритів найбільш поширені дві групи феритів: марганцево-цинкові та нікель-цинкові, що являють собою трикомпонентні системи Ni - Zn - Fe₂O₃ і Mn - Zn - Fe₂O₃ .

Індукція насичення феритів сягає 0,1¼0,4 Тл, що є значно нижче, аніж у магнітом’яких сплавів. Магнітна проникність розглянутих феритів складає m_п = 20 … 20000 і m_макс = 45 … 35000. Ферити, у котрих m_п = 400 …20000 у слабких полях у багатьох випадках ефективно заміняють листові залізонікелеві сплави й електротехнічну сталь.

Суттєвими перевагами марганець-цинкових феритів перед нікель-цинковими є: у декілька разів менше втрати на гістерезис, більш висока індукція, значно більша температура Кюрі й менше значення температурного коефіцієнта ТКm.

До недоліків марганець-цинкових феритів належить менше значення f_кр. За жорстких вимог до величини нелінійних спотворень марганецьцинкові ферити краще за нікель-цинкові, але останні мають переваги при роботі в пристроях з підмагнічуванням.

Високочастотні нікель-цинкові ферити призначені для використання в слабких полях за частот до 100 МГц, мають малі втрати й низьке значення m_п у широкому температурному інтервалі, й високу термостабільність.

Ферити цієї групи застосовують для виготовлення осердь високочастотних котушок, котушок індуктивності фільтрів.

На основі феритів реалізовано перспективний тип елементів – багатофункційні магнітні радіокомпоненти, які здійснюють водночас трансформацію, стабілізацію, модуляцію й інші види перетворення електричного сигналу.

Магнітодіелектрики

Магнітодіелектрики можна віднести до пластичних мас з феромагнітним наповнювачем з порошку металу, сплаву або фериту. Оскільки в цьому матеріалі дрібні магнітні частки є ізольовані одна від одної прошарками сполучувального діелектрика, для нього притаманний механізм електропровідності діелектрика. Питомий опір r таких магнітних матеріалів сягає 10¹⁴ Ом×м.

Магнітні властивості феритів і магнітодіелектриків значною мірою залежать від методів і технологічних режимів їхнього здобування.

Магнітодіелектрики являють собою пластмасу, яка складається з порошку магнітного матеріалу з малою величиною коерцитивної сили, причому частки матеріалу електрично ізольовані одна від одної діелектриком. Шляхом подрібнення магнітом’якого матеріалу на дрібні частки, що вони не стикаються поміж собою, досягають малих втрат на гістерезис і вихрові струми. Основним видом втрат у магнітодіелектриках є втрати на магнітну післядію, котрі перевищують у 10¼30 разів інші види втрат.

Магнітодіелектрики - це високочастотні магнітні матеріали, характерною рисою яких є більш висока стабільність магнітних властивостей і, зокрема, стабільність магнітної проникності, за зміни зовнішнього магнітного поля. Технологія виготовлення магнітодіелектриків, подібна до надто поширеної технології виробництва пластмас, дозволяє з меншими витратами здобувати вироби значно більш високих класів точності, аніж вироби з феритів. Але з низки важливих електромагнітних параметрів магнітодіелектрики поступаються феритам, унаслідок чого області застосування магнітодіелектриків поступово скорочуються. У промисловості застосовують магнітодіелектрики на основі альсіферу, молібденового пермалою і карбонільного заліза.

Магнітодіелектрики на основі альсіферу. Альсіфер - це потрійний сплав алюмінію (аль-), кремнію (-сі-)..і заліза (-фер). Для магнітодіелектиків застосовують сплави з вмістом кремнію 9¼11 % і алюмінію 7,5 %.

Вимоги до точності підтримки складу сплаву невисокі, тому що властивості магнітодіелектрика мало залежать від властивостей вихідного магнітного матеріалу. Вони визначаються в основному розмірами, формою і взаємним розташуванням часток цього матеріалу. Альсіфер є дешевий, недефіцитний матеріал. Змінюючи вміст кремнію й алюмінію, можна регулювати величину температурного коефіцієнта магнітної проникності ТК_m і домогтися практично нульових його значень. Все це забезпечило альсіферу широке застосування при виробництві магнітодіелектриків.

Значення m_п магнітодіелектриків на основі альсіферу є невелике (20¼90), діапазон робочих частот 0,01¼ 0,1 МГц.

Магнітодіелектрики на основі залізонікелевих сплавів (пермалоїв) вигідно відрізняються від альсіферів високими значеннями початкової магнітної проникності m_п = 200 ¼ 250 і зниженими значеннями ТК_m. Вихідною сировиною в цьому разі є молібденовий пермалой 79НМ. Присадку сірки вводять для надання пермалою крихкості,після чого він змелюється до часток розміром у декілька мікрометрів, що дає можливість зменшити втрати на гістерезис. Магнітодіелектрикам на основі пермалою властиве певне зниження проникності за підвищеної вологості, тому осердя з цього матеріалу потрібно застосовувати в герметизованій апаратурі.

Магнітодіелектрики на основі карбонільного заліза. Порошкоподібне карбонільне залізо можна здобувати з розміром часток до 1¼5 мкм і величиною m_п до 3000 за робочої частоти до 60 МГц. Промисловість випускає два класи карбонільних порошків: для радіоапаратури - класу “Р” і для проводового зв'язку - класу “П”. Слід пам'ятати, що за підвищеної вологості в умовах експлуатації цей матеріал поглинає вологу і тому осердя повинні бути герметизовані.

Порівняння магнітних характеристик усіх типів магнітодіелектриків виявляє переваги осердь з карбонільного заліза, що вони полягають в широті робочого діапазону частот, мінімальній величині втрат, високій стабільності впродовж тривалого часу.

Магнітотверді матеріали