Ферити і магнітодіелектрики - магнітні властивості матеріалів
Ферити і магнітодіелектрики
Ферити - хімічні сполуки окису заліза Fe2 О3 з оксидами одного або декількох двовалентних металів, що мають загальну формулу МеОFe2 O3. де Ме - двовалентний метал. Ферит може бути магнітним, якщо на місці Ме варто іон марганцю, нікелю, магнію, міді і деякі інші метали, і немагнітним - якщо стоїть іон цинку.
Ферити отримують у вигляді кераміки і монокристалів. Феритова кераміка не містить склоподібної фази. Вироби з феритів отримують методом спікання спресованого маси порошкоподібних оксидів металів. Ферити є твердими і тендітними матеріалами і допускають тільки шліфування і поліровку [9, c.167 - 169].
Технічні ферити являють собою розчин магнітного і немагнітного феритів. Ферити для радіочастот діляться на дві групи: нікель-цинкові (NiO-ZnO-Fe2 O3) та марганець-цинковий (MnO-ZnO-Fe2 O3). Цинкові ферити додають в магнітні ферити для збільшення магнітної проникності і зменшення коерцитивної сили, але це призводить до зниження температурної стабільності магнітних властивостей.
Значення величин н і Hc визначається складом і структурою матеріалу. Мікроскопічні пори, ділянки з дефектною кристалічною решіткою і ін. Заважають вільному переміщенню доменних меж і є причиною зменшення магнітної проникності. Зі збільшенням розміру кристалічних зерен зростає н.
У слабких змінних магнітних полях ферити мають незначними втратами на вихрові струми і гістерезис. Тому значення тангенса кута втрат tg на високих частотах в основному визначається магнітними втратами, зумовленими релаксаційним і резонансними явищами. Частота, при якій починається різке зростання tg називається критичною fкр. Зазвичай fкр - це частота, при якій tg = 0.1.
Інерційність зміщення доменних кордонів, яка проявляється на високих частотах призводить також до зниження магнітної проникності феритів. Частоту fгр. при якій н зменшується до 0.7 від її значення в постійному магнітному полі називають граничною. Як правило, fкр fгр.
Марганець - цинкові ферити в області частот до 1 МГц мають кращі магнітними властивостями, ніж нікель - цинкові. У них менший відносний тангенс кута втрат - tg / н. більш висока індукція насичення і температура Кюрі. Однак нікель-цинкові ферити мають більш високим питомим опором і кращими частотними властивостями. Чим більше н. тим при більш низьких частотах спостерігається її зниження. Ферити з великим значенням еф володіють великим значенням tg і меншим fкр [3, 9].
Щоб уникнути погіршення магнітних характеристик, ферити слід оберігати від механічних навантажень.
Маркування магніто-м'яких феритів наступна. На першому місці стоїть чисельне значення н. наступне за ним букви Н і В означають відповідно низькочастотний (fкр = 0.1-50МГц) або високочастотний (fкр = 50 - 600МГц) матеріал, що стоїть далі буква М означає марганець-цинковий, велика Н - нікель-цинковий, літій - цинковий і т. д. ферити. Буква С означає, що феррит застосовується в області сильних полів, Н - контурах, перебудовуються підмагнічуванням.
За електричними властивостями ферити відносяться до напівпровідників з електронною провідністю. Їх електропровідність обумовлена слабо зв'язаної електронами, які належать іонів заліза або іншим катіонів змінної валентності. Такі електрони під впливом теплового руху можуть переходити від іона Fe 2+ до іона Fe 3+. який перетворюється в двовалентний іон Fe 2+ і зберігає цю властивість деякий час. Зі збільшенням концентрації іонів Fe 2+ зростає питома провідність і зменшується енергія активації Е0. Зростання температури супроводжується різким підвищенням провідності через збільшення числа переміщаються електронів [9, c.171].
де 0 - постійна величина для даного матеріалу;
Е0 - енергія активації електропровідності (Е0 = 0.1 - 0.5 ЕВ).
Концентрація двовалентних іонів Fe 2+ залежить від складу фериту і режиму його випалу. Для зниження концентрації Fe 2+ вводять різні добавки. Процеси поляризації феритів і діелектричні втрати визначаються дрейфом слабосвязанних електронів під дією електричного поля. З ростом частоти поля зменшується число електронів, які бере участь в дрейфі, і зменшується відстань, на яке вони зміщуються, і відповідно знижується поляризованность. Наприклад на частотах нижче 1000 Гц у марганець-цинкових феритів величина 100000, а зі збільшенням частоти різко падає до значення близько 100. Частотні характеристики діелектричних втрат мають максимум.
Магнітодіелектрики - це композиційні магнитомягкие матеріали, що складаються з феромагнетика і діелектрика, що застосовується в якості сполучного електроізоляційного матеріалу. Основа повинна володіти високими магнітними властивостями, а зв'язка - здатністю утворювати між зернами суцільну електроізоляційну плівку однакової товщини. В якості основи застосовують карбонильное залізо, альсифера, молібденовий пермаллой. Ізолюючої зв'язкою служать фенолформоальдегідние смоли, полістирол, скло та ін.
Сумарні втрати потужності в магнітодіелектриків визначаються втратами на вихрові струми, післядія, гістерезис і діелектричними втратами. Зі зменшенням розміру частинок феромагнетика втрати знижуються, особливо обумовлені вихровими струмами. Магнітна проникність магнітодіелектриків (н = 10 - 250) нижче магнітної проникності монолітних ферромагнетиков. Це пов'язано з тим, що ізольовані один від одного феромагнітні частинки створюють внутрішнє поле, спрямоване назустріч зовнішньому, і слабко виражений механізм намагнічування за рахунок зміщення доменних кордонів, що визначає значення н [3, 9].
Через сильний впливу розмагнічуючого фактора магнітодіелектрики мають близьку до лінійної залежність індукції від напруженості магнітного поля і характеризуються незначними втратами на гістерезис.
Переваги магнітодіелектриків: малі питомі втрати енергії, слабка залежність параметрів від температури, часу і напруженості магнітного поля, сталість магнітної проникності в діапазоні частот, а недолік - порівняно мала початкова магнітна проникність.
Пресовані сердечники з магнітодіелектриків застосовуються в котушках індуктивності контурів радіоприймальних пристроїв, генераторів, фільтрів і т.д.
магнітний матеріал магнитомягкий феррит
Сердечники на основі карбонільного заліза мають високу стабільність, малими втратами, позитивним температурним коефіцієнтом магнітної проникності і можуть використовуватися в широкому діапазоні частот. Карбонильное залізо виходить за допомогою термічного розкладання пентакарбоната заліза у вигляді тонкого порошку, що зручно для виготовлення пресованих магнітних сердечників. У карбонільного заліза відсутня кремній, фосфор, сірка, але міститься вуглець.
Промисловість випускає два класи карбонільного заліза: Р (марки Р-10, Р-20, Р-100) - для радіоапаратури і Пс - для дротового зв'язку. Цифри вказують максимальну робочу частоту в МГц.
Альсифера володіє невисокою вартістю. Його температурний коефіцієнт магнітної проникності залежить від вмісту алюмінію і кремнію і може бути позитивним, негативним або рівним нулю [5].