Составы и свойства ферритов

По технологии изготовления, эксплуатационным параметрам и экономическим показателям ферриты имеют преимущества перед металлическими сплавами. Главным из них является высокое электрическое сопротивление ферритов, исключающее возникновение потерь на вихревые токи при использовании в полях высокой частоты. Изделия из ферритов (кроме пленок и монокристаллов) получают непосредственно из порошков, сочетая процессы образования материала и изготов» ления изделия. Наиболее широко распространены марганец-цинковые (МН), никель-цинковые (НН) и литиевые ферриты. На основе ферритов выпускают сердечники кольцевые, стержневые, дисковые, подстроечные, пластинчатые, трубчатые, Ш-образные, П-образные, броневые и сердечники для отклоняющих систем телевизоров сложной конфигу­рации. Параметры основных марок ферритовых сердечников приведены в табл. 13.3.

Во многих областях техники, в первую очередь в электронно-вычислитель­ной, широко используются ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Ос­новным показателем для этого ряда ферритов служит высокое значение относи­тельной остаточной индукции а_п = B_rlB_m (0,90 -f- 0,94), называемое прямо-

угольностью петли гистерезиса, или же коэффициентом прямоугольности.

Параметр квадратности оценивается через отношение поля трогания к ко­эрцитивной силе Н_Т/Н_С, где Н_т — напряженность поля, соответствующая

уменьшению остаточной индукции В_г на 10 %. Кроме этого, ферриты данного типа должны быть термостабильны.

Условия получения в ферритах прямоугольной петли гистерезиса с высо­ким коэффициентом прямоугольности: Высокая степень симметрии кристаллической решетки материала, обес­печивающая его полную изотропность. Преобладание кристаллографической анизотропии над другими видами
анизотропии при отрицательном значении К₁ отрицательная константа кри­сталлографической анизотропии К₁ соответствует наличию восьми направлений
легкого намагничивания вдоль пространственных диагоналей куба и, таким
образом, максимальной величине коэффициента прямоугольности. Высокая степень структурной однородности по всем показателям. Наличие равномерно распределенных магнитных неоднородности, обес­печивающих возникновение в материале доменов обратной намагниченности. Эти условия могут быть реализованы как выбором химического состава, так и технологической схемой производства. Широко используют ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса системы MgO—MnO—Fe₂O₃ (марки 0,9ВТ, 0,7ВТ, 0,ЗВТ, 0,27ВТ, 0,16ВТ _И 0,12ВТ); ферриты, относящиеся по составу к системе Li₂O—Na₂O—Fe₂O₃ (марки 100П, 101П); к системе Li₂O—Na₂O—MnO—Fe₂O₃ (марки 103П, 105П) и к системе Li₂O—MnO— MgO—Fe₂O₃ (марки ЗВТ и 5ВТ).

В настоящее время для применения в области СВЧ получили наибольшее распространение:

1. Иттриевые феррогранаты, характеризующиеся малыми диэлектрическими потерями, легко управляемой величиной намагниченности насыщения и малой шириной линии ферромагнитного резонанса.

2. Литиевые ферриты, характеризующиеся высокой термостабильностью с прямоугольной петлей гистерезиса.

3. Магний-марганцевые ферриты, не очень термостабильные, но с малыми магнитными и диэлектрическими потерями.

4. Никелевые ферриты с высокими значениями намагниченности насыще­ния и малой шириной линии ферромагнитного резонанса. Они высоко термостабильны. Высоко термостабильны и феррогранаты. Они имеют высокую тем­пературу Кюри и могут быть получены с заданной величиной I_s, узкой шири­ной линии ферромагнитного резонанса.

Совокупность названных свойств в СВЧ-ферритах и определяет предпочти­тельные области их применения в объектах техники СВЧ.

В качестве магнитотвердых материалов широко применяются бариевые и стронциевые ферриты с кристаллической структурой магнетоплюмбита и ко­бальтовые ферриты со структурой шпинели.

Благодаря высокому значению константы магнитокристаллической анизо­тропии эти ферромагнетики обладают высоким значением коэрци­тивной силы, определяющей их магнитную твердость. Так, для бариевого феррита значение коэрцитивной силы, вычисленное по величине константы анизо­тропии, составляет 1360 кА/м.

В постоянных магнитах реализуется значение Я_с/, в 4—5 раз меньшееэтой величины. Это связано с тем, что перемагничивание происходит не в ре­зультате вращения вектора намагниченности, а главным образом в результате зарождения и роста зародышей обратной намагниченности. В спеченных из порошков с размером частиц порядка 1 мкм постоянных магнитах образуются зерна размером I—2 мкм, что вызывает затруднения в процессе образования зародышей обратной намагниченности и замедление процесса роста этих зародышей за счет смещения границ. Наиболее эффективная задержка границ происходит на различных дефек­тах микроструктуры (поры, немагнитные включения и т. д.), размеры которых соизмеримые с толщиной границы. Такой механизм перемагничивания опреде­ляет значения НcJ 300 - 350 кА/м. В результате спекания возникает взаи­модействие между зернами, что нарушает их однодоменность и исключает воз­можность увеличения H_cJ до значения поля анизотропии. Создание немагнит­ных прослоек между однодоменными зернами приводит к значительному паде­нию остаточной индукции. Хотя величина H_cJ значительно меньше поля анизо­тропии, достигнутое ее значение достаточно для получения значений W_max всего на 20—25 % ниже теоретического значения.

На основе магнитотвердых ферритов в СССР изготавливают кольцевые, стержневые, дисковые, трубчатые, пластинчатые магниты, а также магниты сложной конфигурации.