Ферримагнитные материалы

АМОРФНЫЕ МАГНИТОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ (АММ)

Это новая группа магнитомягких материалов с перспективным сочетанием высоких магнит­ных, электрических и механических свойств. Упорядоченное расположение атомов в этих ма­териалах существует только в ближнем порядке. Такое аморфное состояние формируется при вы­сокой скорости охлаждения жидкого расплава металла или сплава, частицы при этом не успева­ют образовать кристаллическую решетку. На практике наиболее широко применяют метод быстрой закалки. Процесс производства АММ дешевле, чем традиционных листовых магнито­мягких металлов (МММ).

Металлические АММ содержат 75—85 % пе­реходных металлов (железо, кобальт, никель), сплавленных с 15—25 % металлоида — бора, уг­лерода, кремния, фосфора, использующихся в качестве стеклообразующих. Дополнительно АММ легируются хромом, танталом, ванадием, марганцем и др. По магнитным свойствам АММ не уступают электротехническим сталям и пер­маллоям. Удельное электрическое сопротивле­ние АММ 1.25—1,8 мкОм-м. Магнитные потери в АММ для переменных полей высоких частот (до 100 кГц) ниже, чем потери в электротехниче­ских сталях. Основным разработчиком АММ в России являлся ЦНИИчермет. В настоящее вре­мя в России налажено производство АММ раз­личных марок.

В настоящее время большое внимание уделя­ется ферритам. Ферриты ведут свое происхожде­ние от магнетита — естественного постоянного магнита, известного на протяжении всей исто­рии человечества. Природный минерал — фер­рит железа, или магнетит РёзОд, был давно из­вестен как один из магнитных материалов. Учи­тывая низкую удельную электрическую прово­димость магнетита (100 Ом-см). С. Гильберт (Германия) уже в 1909 г. предложил использо­вать его в высокочастотных магнитных цепях. Однако из-за плохих магнитных свойств, и пре­жде всего из-за низкой магнитной проницаемо­сти, ферриты железа не нашли практического применения; к тому же сама техника высоких частот делала в те годы первые шаги. Лишь по­сле интенсивных исследований, начатых в Гол­ландии в 1933 г., удалось существенно улучшить характеристики ферритов и организовать их ши­рокое внедрение в технику.

В 1936 г. научные исследования в этом направлении начала лаборатория фирмы «Фи­липс». К концу второй мировой войны благодаря фундаментальным исследованиям Я- Сноска в Голландии был разработан ряд синтетических магнитомягких ферритов с начальной магнит­ной проницаемостью 10.

В СССР пионерами разработки ферритов яв­лялись коллективы ученых, возглавляемые Г.А. Смоленским, Н.Н. Шольц, К.А. Пискаре-вым, С.В. Вонсовским, К.М. Поливановым, С.А. Медведевым, К.П. Беловым, Е.И. Кондор-ским, Р.В, Телесниным, Я.С. Шуром, Т.М. Пере­калиной, И.И. Ямзиным, Л.И. Рабкиным, А.И. Образцовым и многими другими.

Для получения высокой магнитной прони­цаемости ферритов, относящихся к группе поли­кристаллических материалов с кубической гра-нецентриро ванной решеткой, необходимо стре­миться к уменьшению внутриструктурных на­пряжений и кристаллической анизотропии. Дру­гими словами, магнитострикция и константа кристаллографической анизотропии должны быть близкими к нулевому значению- Исследо­ваниями было установлено, что если образовать твердый кристаллический раствор оксида железа Ре^Оз с немагнитной присадкой, то точку Кюри можно сместить в область, близкую к комнат­ным температурам, и таким образом резко повы­сить магнитную проницаемость в рабочем диа­пазоне температур. В качестве немагнитного компонента наиболее пригодным оказался оксид цинка, так как феррит цинка кристаллизуется не в обращенной магнитной форме, а в форме нор­мальной немагнитной шпинели. В последующие годы была разработана большая группа магнитомягких ферритов для различных диапазонов час­тот путем присадки цинка и никеля или цинка и марганца. По сравнению с никель-цинковыми марганец-цинковые ферриты обладают более высокой магнитной проницаемостью и намагни­ченностью насыщения. Наряду с этим тангенс угладиэлектрических потерь возрастает быстрее у марганец-цинковых ферритов начиная с часто­ты около 1 МГц; причина этого явления — сме­щение в сторону более низких частот гиромаг­нитной граничной частоты, увеличение разме­ров зерен структуры и уменьшение удельного электрического сопротивления материала. По­этому в катушках высокой добротности марга­нец-цинковые ферриты применяют только для работы на частоте до 2 МГц, а для работы на час­тотах до 300 МГц сердечники изготовляют из ни­кель-цинковых ферритов, имеющих также куби­ческую поликристаллическую структуру, но бо­лее низкую магнитную проницаемость.

Л. Неель, Ф. Берто, Д. Форра и Р. Потенэ (Фран­ция) назвали эту новую группу ферримагнитных материалов редкоземельными гранатами.

В 1958—1970 гг. Д. Геллер и А. Джилео (США), А.Г. Титова, В.А. Тимофеева и Н.Д. Ур-суляк (СССР) продолжили изучение структуры граната и ферримагнитных свойств иттриевого граната. Это соединение оказалось наиболее важным представителем данного класса ве­ществ. Такие материалы оказались незаменимы­ми в сверхвысокочастотных устройствах.

Дата добавления: 2014-12-25