Что такое феррит и где он применяется? - справочник по pc и гаджетам

Производство

Магнитомягкие ферриты

Исходными продуктами для производства магнитомягких ферритов являются тонкоизмельченные железо-кислородные соединения, такие как оксид железа (III) или гематит. Эти оксиды железа широко известны как ржавчина. В качестве добавок также добавляются тонкоизмельченные оксиды металлов или карбонаты металлов. Эти порошковые материалы смешиваются друг с другом как можно более равномерно либо в сухом виде, либо на водяной бане. Затем смесь подвергают химическому процессу, называемому прокаливанием, при температуре около 1000 ° C. Этот процесс уже давно известен как «предварительное спекание» . В процессе прокаливания кислородные или карбонатные соединения частично разлагаются, и добавки внедряются в кубическую кристаллическую систему оксида железа. После прокаливания полученный порошок снова смешивают с водой и связующим и измельчают на мелкие зерна того же размера, насколько это возможно, с размером зерна примерно от 1 до 2 мкм. Эти зерна образуют соответствующие элементарные магниты более позднего материала.

После высыхания порошка его прессуют в желаемую форму с помощью высокого и равномерного давления. Затем заготовки спекаются в специально адаптированной атмосфере при температуре от 1000 до 1450 ° C. Во время спекания объем сердцевины уменьшается примерно на 40-50%. Химический состав и особенно молекулярная структура предварительно спеченного продукта и спеченного продукта, магнитомягкого керамического феррита, сильно различаются.

Ферритовые сердечники с воздушным зазором необходимо точно переточить для обеспечения точности размеров. Для поддержания напряжения изоляции и диэлектрической прочности обмоточного провода, если изоляция провода повреждена, керамические ферритовые сердечники обычно покрывают подходящей изоляцией (париленом, эпоксидной смолой или полиуретаном). Керамические ферриты, как и все керамические материалы, твердые и хрупкие, поэтому склонны к разрушению.

Другой возможностью производства магнитомягкого феррита является смешивание измельченных зерен с термопластичным композитным материалом и придание этой массе желаемой формы посредством процесса литья под давлением. Это может происходить без спекания, то есть без усадки, в результате чего могут быть достигнуты очень жесткие механические допуски. Возможна последующая обработка обычными для пластика методами. Так называемые «пластоферриты» производятся в виде держателей катушек, сердечников с несколькими отверстиями, а также в виде корпусов, заглушек и фольги. Типичными примерами применения пластоферритов являются, помимо их использования в качестве магнитопроводов для индуктивностей, экранов, дросселей для подавления помех и гибких антенн.

Твердые магнитные ферриты

Исходными продуктами для производства магнитотвердых ферритов также являются тонкоизмельченные соединения железа и кислорода, такие как оксид железа (III) или гематит. Этот порошок смешивают с тонко измельченным карбонатом бария , стронция или кобальта, а затем подвергают процессу прокаливания, описанному выше. Затем продукт реакции измельчают настолько тонко, насколько это возможно (частицы с одной площадью, белые участки , размер зерна от 1 до 2 мкм), формуют в гранулы, сушат и спекают. Компакты могут быть сформированы во внешнем магнитном поле, при этом зерна (если возможно, однозонные частицы) имеют предпочтительную ориентацию ( анизотропию ).

В случае небольших геометрически простых форм, так называемое «сухое прессование» также может использоваться для придания формы заготовкам; Здесь сильная тенденция к (повторной) агломерации мельчайших частиц (от 1 до 2 мкм) является причиной худших магнитных характеристик по сравнению с «мокрыми» прессованными деталями. Прессованные изделия, сформированные непосредственно из исходных материалов, действительно можно кальцинировать и спекать совместно, но магнитные свойства продуктов, изготовленных таким образом, очень плохие.

Основные материалы из твердого магнитного феррита также могут быть смешаны с термопластичным композитным материалом и приданы желаемой форме с помощью процесса литья под давлением. Пластомагнетики изготавливают в виде полос, пластин, колец и полых форм. Наиболее известное применение пластоферрита — магнитные полосы в уплотнениях холодильников.

Механизмы электропроводности ферритов

Изучение кинетических явлений в магнитоупорядоченных диэлектриках, к которым относятся широко применяемые в технике ферропшинели, представляет значительный научный и практический интерес, т.к. электрофизические свойства этих веществ тесно связаны с их составом, условиями приготовления и магнитными свойствами.

В ферритах всегда присутствуют положительно заряженные ионы (Fe3+, Fe2+ и др.). Вокруг таких ионов, в силу кулоновского взаимодействия, группируются слабосвязанные электроны. Такие электроны под воздействием теплового движения могут переходить от одного иона железа к другому, причем ион Fe3+, на который перешел один из слабосвязанных электронов, превращается в двухвалентный ион Fe24″ и остается таким до тех пор, пока какой-нибудь валентный электрон снова не покинет его, тогда он снова станет ионом Fe3+. Переход электронов от двухвалентного иона к трехвалентному эквивалентен обмену местами этих ионов. При приложении внешнего электрического поля происходят переходы электронов преимущественно вдоль направления поля. Поэтому, процесс электронных переходов Fe3++e – Fe2+ обуславливает поляризацию релаксаторов в виде пар разноза-рядных ионов. Частота электронных переходов Fe +е – Fe ” зависит от состава феррита, от концентрации дефектов и слабосвязанных электронов и от температуры феррита.

Так как в малых тетраэдрических промежутках ионы железа могут находиться преимущественно в трехвалентном состоянии, то естественно предпо-ложить, что переходы Fe +е о Fe происходят между ионами Fe, находящимися в октаэдрических промежутках.

Слабосвязанные электроны делают ферриты специфическими полупроводниками и определяют.их основные электрические свойства. Как и свободные электроны в металлах, слабосвязанные электроны в ферритах являются одним из агентов, передающих тепло. Чем больше этих электронов, тем больше удельная электропроводность ферритов, которая может колебаться от 2-Ю2 (Ом-см)”1 у магнетита до 10 10 … 10″и (Ом-см)”1 у магниево-марганцевых ферритов, ферриталюминатов магния, феррогранатов иттрия и некоторых лантанидов.

Чтобы получить феррит с заданными свойствами, требуется не только правильно выбрать его состав, но и обеспечить в нем определенную концен-трацию ионов Fe , что достигается спеканием в надлежащих условиях. На практике применяют обжиги в кислороде, азотно-кислородных смесях, воздухе, разреженной воздушной среде, азоте, аргоне, углекислом газе – при разных температурах, в течение разного времени, с разной скоростью охлаждения после спекания.

При высоких температурах более стабильны ионы двухвалентного, при низких трехвалентного железа. Поэтому, чем более окислительной является атмосфера, тем меньше будет ионов Fe + в феррите. Спекание ферритов и последующее охлаждение, осуществляемое в инертных газах или в сильно разреженном воздухе, и быстрое охлаждение после спекания увеличивают кон-центрацию ионов Fe .

По своим электрическим свойствам ферриты относятся к классу так называемых полупроводников контролируемой валентности, исследованных впервые Вервеем и Де-Буром. Это окислы металлов переходной группы с незаполненной 3d – оболочкой. Из общих соображений следует, что эти окислы должны обладать металлической проводимостью благодаря незаполненной 3d – зоне. Однако образцы стехиометрического состава при отсутствии примесей являются изоляторами. В итоге, проводимость этих окислов может быть резко увеличена путем введения в решетку ионов того же сорта, но другой валентности, либо: 1) путем частичного восстановления или окисления в результате чего в решетке образуются вакансии ионов кислорода или ионов металла и для сохранения электронейтральности эквивалентная часть ионов металла изменяет валентность, либо 2) путем введения примеси ионов другого элемента, например ионов Li в NiO (или Ті4+ в Fe203), в результате чего в решетке NiO появляется соответствующее количество ионов Ni (а в Fe203 -Fe2+).

Ссылки [ править ]

^ Картер, К. Барри; Нортон, М. Грант (2007). Керамические материалы: наука и техника . Springer. С. 212–15. ISBN 978-0-387-46270-7.
^ Spaldin, Nicola A. (2010). Магнитные материалы: основы и приложения, 2-е изд . Издательство Кембриджского университета. п. 120. ISBN 9781139491556.
Перейти ↑ Okamoto, A. (2009). «Изобретение ферритов и их вклад в миниатюризацию радиоприемников». 2009 IEEE Globecom Workshops . С. 1–42. DOI10,1109 / GLOCOMW.2009.5360693 . ISBN 978-1-4244-5626-0. S2CID 44319879 .
^ Ассади, М. Хусейн Н .; Х., Катаяма-Ёсида (2019). «Ковалентность путь для достижения высокой намагниченности в соединениях TMFe ₂ O ₄J. Phys. Soc. Jpn . 88 (4): 044706. arXiv2004.10948 . DOI10,7566 / JPSJ.88.044706 . S2CID 127456231 .
^ Шрайвер, Д. Ф.; и другие. (2006). Неорганическая химия . Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4878-6.
^ a b c Уллах, Зака; Атик, Шахид; Насим, Шахзад (2013). «Влияние легирования свинцом на структурные, электрические и магнитные свойства Sr-гексаферритов». Журнал сплавов и соединений . 555 : 263–267. DOI10.1016 / j.jallcom.2012.12.061 .
^ «Магниты — Узнайте больше о ферритовых сердечниках» .
^ Хосни (2016). «Полутвердые магнитные свойства наночастиц феррита кобальта, синтезированных методом соосаждения». Журнал сплавов и соединений . 694 : 1295–1301. DOI10.1016 / j.jallcom.2016.09.252 .
^ Olabi (2008). «Дизайн и применение магнитострикционных материалов» . Материалы и дизайн . 29 (2): 469–483. DOI10.1016 / j.matdes.2006.12.016 .
^ Сато Туртелли; и другие. (2014). «Коферрит — материал с интересными магнитными свойствами» . Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 60 : 012020. DOI10,1088 / 1757-899X / 60/1/012020 .
^ JC Слончевский (1958). «Происхождение магнитной анизотропии в кобальтзамещенном магнетите». Физический обзор . 110 (6): 1341–1348. DOI10.1103 / PhysRev.110.1341 .
Перейти ↑ Lo (2005). «Улучшение магнитомеханических свойств феррита кобальта магнитным отжигом». IEEE Transactions on Magnetics . 41 (10): 3676–3678. DOI10,1109 / TMAG.2005.854790 . S2CID 45873667 .
^ Ван (2015). «Магнитострикционные свойства ориентированного поликристаллического CoFe2O4». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 401 : 662–666. DOI10.1016 / j.jmmm.2015.10.073 .
Перейти ↑ Aubert, A. (2017). «Одноосная анизотропия и усиленная магнитострикция CoFe2O4, вызванная реакцией под одноосным давлением с SPS» . Журнал Европейского керамического общества . 37 (9): 3101–3105. arXiv1803.09656 . DOI10.1016 / j.jeurceramsoc.2017.03.036 . S2CID 118914808 .
Перейти ↑ Aubert, A. (2017). «Усиление магнитоэлектрического эффекта в мультиферроидном бислое CoFe2O4 / PZT за счет индуцированной одноосной магнитной анизотропии» . IEEE Transactions on Magnetics . 53 (11): 1–5. arXiv1803.09677 . DOI10,1109 / TMAG.2017.2696162 . S2CID 25427820 .
^ «Ферритовые постоянные магниты» . Арнольд Магнитные Технологии. Архивировано из оригинального 14 мая 2012 года . Проверено 18 января 2014 года .
^ «Карбонат бария» . Корпорация химических продуктов. Архивировано из оригинала на 1 февраля 2014 года . Проверено 18 января 2014 года .
^ «Аморфные магнитные ядра» . Hill Technical Sales. 2006 . Проверено 18 января 2014 года .
^ Губин, Сергей П; Кокшаров Юрий А; Хомутов, ГБ; Юрков, Глеб Ю. (30 июня 2005 г.). «Магнитные наночастицы: получение, структура и свойства». Российские химические обозрения . 74 (6): 489–520. DOI10,1070 / RC2005v074n06ABEH000897 .
^ М. Виттенауэр, П. Ван, П. Меткалф, З. Кайкол, Дж. М. Хониг (2007). «Рост и характеристика монокристаллов ферритов цинка, Fe3-X ZNX O4». Рост и характеристика монокристаллов ферритов цинка, Fe _{3 − x} Zn _x O ₄ . Неорг. Synth . Неорганические синтезы. С. 124–132. DOI10.1002 / 9780470132616.ch27 . ISBN 9780470132616.
^ Пуллар, Роберт С. (сентябрь 2012 г.). «Гексагональные ферриты: обзор синтеза, свойств и применения гексаферритовой керамики». Прогресс в материаловедении . 57 (7): 1191–1334. DOI10.1016 / j.pmatsci.2012.04.001 .
^ Марк де Фрис, 80 лет исследований в лаборатории Philips Natuurkundig (1914-1994) , стр. 95, Amsterdam University Press, 2005 ISBN 9085550513 .
^ Рауль Валенсуэла, Магнитная керамика , стр. 76, Cambridge University Press, 2005 ISBN 0521018439 .
^ Р. Гербер, CD Райт, Г. Асти, Прикладной магнетизм , стр. 335, Springer, 2013 ISBN 9401582637
^ Lotgering, FK; Вроманс, PHGM; Huyberts, MAH (1980). «Материал постоянного магнита, полученный спеканием гексагонального феррита W = BaFe18O27». Журнал прикладной физики . 51 (11): 5913–5918. DOI10.1063 / 1.327493 .
^ Рауль Валенсуэла, Магнитная керамика , стр. 76-77, Cambridge University Press, 2005 ISBN 0521018439 .

Структуры сталей при различных температурах

Стали

, как указывалось выше, являются сплавами железа с углеродом.

Структуры углеродистых сталей в зависимости от содержания в них углерода, а также структурные превращения, которые происходят в этих сталях при нагреве и медленном охлаждении, изучаются по диаграмме Fe—С.

На рисунке приведена часть диаграммыFe—С , характеризующаяструктуры сталей . Диаграмма дана в несколько упрощенном виде.

Прежде чем рассматривать структурные превращения в сталях, выясним, какие структуры в них встречаются при комнатных температурах и при нагреве.

Линии диаграммы

определяюттемпературы , при которых в сталях происходят какие-либо структурные, превращения.

Феррит

Феррит

— твердый раствор углерода в железеа. При комнатной температуре в феррите может растворяться не более чем 0,006% углерода.

Если содержание углерода встали больше чем 0,006%, то, кроме феррита, в структуре стали имеются другие структурные составляющие.

Феррит обладает небольшой прочностью и твердостью, но высокой пластичностью. Он имеет хорошие магнитные свойства.

Цементит

Цементит

— химическое соединение железа с углеродом, отвечающее формуле Fe3C. Содержание углерода в цементите составляет 6,67% и не изменяется во всем интервале температур, вплоть до температуры плавления.

Цементит является самой твердой структурной составляющей стали. Он имеет высокую прочность, но чрезвычайнохрупок .

Перлит

Перлит

— механическая смесь феррита и цементита (после травления эта структура имеет перламутровый отлив).

Перлит бывает пластинчатым (цементит в виде пластинок) и зернистым (цементит в виде зернышек). Твердость перлита выше, чем у феррита, но меньше, чем у цементита.

Аустенит

Аустенит

(название дано в честь английского металловеда Аустена) — твердый раствор углерода в железе γ (модификация железа с гранецентрированной кристаллической решеткой). Максимальная растворимость углерода в железе γ составляет 2% при температуре 1130°.

Аустенит имеет невысокую твердость, обладает достаточно высокой прочностью наряду с хорошей пластичностью, большой стойкостью против коррозии, высоким электросопротивлением. Он немагнитен.

Диаграмма железоуглеродистых сплавов

Вернемся к вышеприведенной диаграмме, так линия АС

показывает, при каких температурах при охлаждении начнется процесс кристаллизации в стали. Линия АЕ показывает, при каких температурах кристаллизация закончится, т.е. сплавзатвердеет.

Из диаграммы видно, что чистое железо кристаллизуется при постоянной температуре (1539°).

Сталь с содержанием С=0,8% кристаллизуется не при постоянной температуре, а в некотором интервале температур. Точка 1 определяет температуру начала кристаллизации, точка2

— температуру конца кристаллизации стали с содержанием С = 0,8%.

Таким образом, при температурах ниже линии АЕ сталь будет находиться в твердом состоянии и структура стали будет аустенит.

При этом весь углерод, который в стали имеется, будет растворен в аустените.

Структура аустенита сохранится в стали и при последующем охлаждении до температур, определяемых линиямиGS

иSE. §

Применение

В качестве сырья

Помимо гематита, магнетит является одной из наиболее важных руд, т.к. имеет самое высокое содержание металла — около 72% железа. Термин черный оксид железа означает тонко измельченный магнетит.

Строительный материал

Магнетит используется в строительной промышленности как природный гранулированный заполнитель с высокой насыпной плотностью (от 4,65 до 4,80 кг / куб. дм) для тяжелого бетона, а также для защиты от радиации.

Животный мир

Различные виды животных полагаются на магнетит для ориентации в магнитном поле Земли. К ним относятся пчелы и моллюски. Особо следует упомянуть голубей, которые определяют магнитный полюс Земли, внедряя небольшие зерна магнетита в свои клювы, что помогает им ориентироваться в пространстве.

Использует [ редактировать ]

Ферритовые сердечники используются в электронных индукторах , трансформаторах и электромагнитах, где высокое электрическое сопротивление феррита приводит к очень низким потерям на вихревые токи . Обычно они представляют собой комок в компьютерном кабеле, называемый ферритовым шариком , который помогает предотвратить выход или проникновение высокочастотного электрического шума ( радиопомех ) в оборудование.

Ранняя компьютерная память хранила данные в остаточных магнитных полях твердых ферритовых сердечников, которые были собраны в массивы памяти сердечника . Ферритовые порошки используются в покрытиях лент для магнитной записи .

Частицы феррита также используются в качестве компонента радиопоглощающих материалов или покрытий, используемых в самолетах- невидимках, и в поглощающих плитках, облицовывающих помещения, используемые для измерений электромагнитной совместимости . Наиболее распространенные аудиомагниты, в том числе те, которые используются в громкоговорителях и звукоснимателях электромагнитных инструментов , представляют собой ферритовые магниты. За исключением некоторых «винтажных» продуктов, ферритовые магниты в значительной степени вытеснили более дорогие магниты Alnico в этих приложениях. В частности, твердые гексаферриты сегодня наиболее часто используются в качестве постоянных магнитов в уплотнительных прокладках холодильников, микрофонах и громкоговорителях, небольших двигателях для беспроводных устройств и в автомобилях.

Наночастицы феррита проявляют суперпарамагнитные свойства.

Математический анализ диэлектрических характеристик феррита с использованием модифицированной модели Дебая

Для математического анализа установленных в работе закономерностей диэлектрической релаксации в исследуемом феррите необходимо прежде всего проанализировать возможность использования для этой цели известных классических моделей поляризации Дебая и Вагнера-Купса и выбрать наиболее подходящую из них. Таковой признавалась та модель, математические выражения которой позволяли удовлетворительно аппроксимировать полученные в предыдущем разделе экспериментальные зависимости.

Напомним, что в обеих рассматриваемых моделях поляризации постоянная времени т релаксационного процесса не зависит от длительности поляризующего импульса напряжения и, следовательно, от частоты измерительного сигнала. Поэтому величина є1 достигает насыщения при увеличении Т (или уменьшении со) – статической диэлектрической проницаемости цв, и не зависит от / даже если существуют распределения для значений энергии активации релаксационного процесса Е& в выражении для характеристического времени релаксации т. Таким образом, когда т (7) = const (f), для любой частоты измерительного сигнала всегда (теоретически) существует температурный интервал, в котором практически все релаксаторы участвуют в переориентации и величина s достигает одного и того же значения ss.

Полученные в предыдущем разделе экспериментальные зависимости г%Т) и є”(7) математически обрабатывались с использованием выражений, определяющих поляризацию по классической модели релаксационной поляризации Дебая (для двух типов релаксаторов) (1.8, 1.9) и по модели межслоевой поляризации Вагнера-Купса (1.13-1.15), в ходе регрессионного анализа (“подгонки”) с использованием программы Origin 7.0. Суть такого анализа состоит в том, что указанная программа, используя записанные в ней математические выражения с заданными начальными значениями параметров, производит автоматический итерационный расчет (по методу наименьших квадратов) теоретической кривой (Non-linear Curve Fit). При последующих итерациях происходит перерасчет значений параметров выражений таким образом, чтобы обеспечить максимально возможное совпадение расчетной кривой и соответствующих экспериментальных точек. Таким образом, при циклическом перерасчете параметров выражений расчетные кривые стремятся к соответствующим экспериментальным зависимостям. Тогда, для определенного типа принятых для расчета выражений, возможно хорошее совпадение расчетных “подгоночных” кривых и соответствующих температурно-частотных зависимостей комплексной диэлектрической проницаемости. В этом случае, наборы значений параметров выражений, при которых расчетных кривые удовлетворительно описывают как температурные, так и частотные экспериментальные зависимости компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, принимаем за искомые диэлектрические параметры феррита. Расчет с использованием выражений Дебая показал, что экспериментальные данные рис. 4.1а невозможно объяснить в рамках этой модели, так как значения эффективного уровня насыщения зависимости s =F(T)- sSf зависят от частоты измерительного поля f (раздел 4.1). В подтверждение этого положения на рис. 4.3 приведены данные рис. 4.1а с аппроксимацией расчетными кривыми, полученными с использованием выражений классической модели Дебая (1.8). Здесь, при “подгонке” температурной зависимости проницаемости на частоте 10 кГц, найден набор значений параметров поляризации, с которыми построены кривые (simulation) на других частотах. Значение энергии активации релаксационного процесса составило порядка а-0,38…0,4 эВ.. Из рисунка видно, что значение s Sf, определенное на частоте тест-сигнала 10 кГц, не подходит для других частот.

Все расчетные кривые, построенные на различных частотах для e =F(T) с одним и тем же набором значений параметров, достигают одного и того же значения уровня насыщения & =F(T), который не совпадает с эффективными уровнями насыщения экспериментальных температурных зависимостей проницаемости.

Для каждой из частот тест-сигнала оказываются также различными и значения предэкспоненциального множителя – входящего в выражение Аррениуса для времени релаксации т (1.8).

Ферромагнитный феррит

Ферромагнитные ферриты представляют собой соединения окислов различных материалов с окисью железа и имеют общую формулу МоРе2Оз, где М представляет собой ион двухвалентного металла, как, например, Ni, Zn, Mg и др. Ферриты являются керамическими материалами со структурой типа шпинели и изготовляются описанными в этой главе обычными методами технологии керамического производства.

Они представляют собой соединения различных ферромагнитных ферритов ( Си, MO, Мп, №) с цинковым немагнитным ферритом.

Основные данные цилиндрических карбонильных сердечников.

Магнитно-мягкие оксид ые фе р р ом а г и е т и к и ( оксиферы) – твердые растворы одного или нескольких ферромагнитных ферритов, например, ферр ита никеля или марганца с неферромарнитным ферритом цинка. Ферритом называется соединение окисла трехвалентного железа с окислом двухвалентного металла.

Линия OS – верхняя граница области сосуществования феррита ( в ферромагнитном состоянии) и аустенита; при охлаждении эта линия соответствует температурам у – – превращения с образованием ферромагнитного феррита.

Линия 05 – верхняя граница области сосуществования феррита ( в ферромагнитном состоянии) и аустенита; при охлаждении эта линия соответствует температурам 7 – – – превращения с образованием ферромагнитного феррита.

Линия OS – верхняя граница области сосуществования феррита ( в ферромагнитном состоянии) и аустенита; при охлаждении эта линия соответствует температурам у – а – превращен и я с образованием ферромагнитного феррита.

Кривая намагничивания и петля гистерезиса F4.

При определении магнитной восприимчивости химически чистых веществ легко могут быть обнаружены ничтожные примеси ферромагнитных металлов – таких, как железо, никель, кобальт и др., так как их магнитная восприимчивость на несколько порядков больше и обнаруживает существенную зависимость от величины намагничивающего поля, а также очень малые количества ферромагнитного феррита или карбидов в аустенитной стали.

Микроструктура электроплавленой шпинели MgAl2O4.

Типичными ферритами являются сложные ферриты, имеющие большое практическое значение. Эти ферриты представляют собой твердые растворы ферромагнитных ферритов никеля, марганца, магния и меди. Ферритовые изделия широко применяют в технике связи, автоматике, телемеханике, для изготовления деталей электроизмерительных приборов, работающих при звуковых и высоких частотах, катушек индуктивности, магнитных усилителей, радиоволновых элементов, экранов и пр. Ферриты обладают в 104 – 1012 раз большим электрическим сопротивлением, чем металлы. Добавляя немагнитный феррит цинка к магнитным ферритам ( например, введение в феррит NiO. Это объясняется снижением точки Кюри1 до температур, превышающих на 50 – 100 рабочую температуру изделий: вблизи же точки Кюри магнитная проницаемость феррита резко возрастает.

Железо-медные катализаторы уже после осаждения из азотнокислых солей обладают ферромагнитными свойствами, но ход магнитных кривых неравномерный. Соединения с такой точкой Кюри представляют собой, повидимому, ферромагнитный феррит меди.

Большинство шпинелидов, соответствующих указанным выше химическим формулам и не являющихся ферритами, а также ферриты Cd и Zn, не ферромагнитны. Однако все эти соединения ( ферриты, алюминаты, хромиты, галлаты, титанаты и пр. Ni, Mn, Cu, Mg, Li и др. и могут образовывать с ними твердые растворы замещения с неограниченной или ограниченной растворимостью в зависимости от различия в атомных радиусах ионов. Твердые растворы, как правило, имеют иные электромагнитные свойства, иногда сильно отличающиеся от свойств ферромагнитных ферритов. Это позволяет создавать магнитные материалы с комплексом заданных электромагнитных свойств.

Линия AW – верхняя граница области сосуществования двух фаз – б-феррита и аустенита. При охлаждении эта линия соответствует температурам начала полиморфного превращения б-феррита в аустенит. Линия N1 – нижняя граница области сосуществования б-феррита и аустенита; при охлаждении соответствует температурам окончания превращения б-феррита в аустенит. Линия OS – верхняя граница области сосуществования феррита ( в ферромагнитном состоянии) и аустенита; при охлаждении эта линия соответствует температурам у-мх-лревращения с образованием ферромагнитного феррита.

Порошки для магнитодиэлектриков.

Электропроводность спеченных образцов литий-титанового феррита на постоянном токе

Для определения типа основного носителя тока в Lii ферритах был использован метод измерения коэффициента термо-ЭДС . Измерения проводились в области температур 300…600К на сошлифованных с двух сторон образцах феррита, полученных спеканием на воздухе при Г=1283 К С в течение 2-х часов. Конечная толщина составляла 250 мкм. Исследуемый образец помещался в медную цилиндрическую измерительную ячейку с плотно закрывающейся. крышкой. Для получения градиента температур АГ между торцевыми сторонами образца, производился нагрев нижней поверхности образца с помощью омического трубчатого нагревателя, встроенного в донную часть ячейки. Скорость нагрева составляла 5 /мин. К верхней и нижней поверхности образца подводились измерительные спаи ХА термопар, разность ЭДС ДУ которых измерялась с помощью вольтметров В7-21 .

Коэффициент термо-ЭДС (а) определялся следующим выражением:

При среднем градиенте температуры на образце 10 градусов был установлен отрицательный коэффициент термо-ЭДС. Зависимость а от температуры показана на рис. 3.1. Во всем измерительном интервале температур коэффициент термо-ЭДС сохраняет свой знак и среднюю величину а«650 мкВ/град. Таким образом, измерения термо-ЭДС показали, что образцы Lii феррита в температурном интервале 300…600К имеют электронный тип проводимости.

Как известно из обзора литературы, независимость от температуры значений коэффициента термо-ЭДС а для широкого класса ферритов означает независимость от температуры концентрации электронов проводимости. В этом случае, экспоненциальный рост электропроводности с увеличением Г феррита, трактуется в пользу “прыжкового” механизма электропереноса носителей заряда по локализованным состояниям (в феррите это ионы Fe или комплексы , ). На основании этого мы считаем, что в исследуемом литий-титановом феррите электропроводность осуществляется перескоками электронов по локализованным состояниям (“прыжковый” механизм проводимости). Для более точного определения механизма электропереноса в феррите требуются данные о величине и температурной зависимости подвижности ц. носителей заряда. Ферриты обладают полупроводниковыми свойствами, поэтому к ним можно применить методики для определения \І, например измерение эффекта Холла . Однако, как показано в , применение этой методики для ферримагнетиков крайне затруднено, вследствие трудности выделения составляющей эффекта Холла, обусловленной только внешним магнитным полем.

Характерной особенностью ферритов является принадлежность их к соединениям переменного состава. В процессе термической обработки происходит обмен кислородом между кислородной матрицей шпинели и атмосферой. В общем случае результат этого обмена определяется содержанием кислорода в атмосфере, температурой обжига, временем выдержки, скоростью охлшкдения и рядом других факторов. В зависимости от эффективности протекания диффузионно-контролируемых окислительно-восстановительных реакций, определяемой технологическими факторами, формируется тот или иной комплекс физико-механических свойств керамики, в том числе и электрофизических.

Взаимодействие спекаемых ферритовых прессовок с кислородом окружающей атмосферы при диффузионном характере процесса способно приводить к существенной неоднородности в распределении кислорода по глубине спекаемой керамики. Согласно данным , диффузия кислорода по МЗГ протекает на несколько порядков быстрее, чем в объеме зерна. Данное обстоятельство приводит к тому, что концентрация кислорода в области МЗГ оказывается более высокой, чем в зерне. В соответствии с общепринятыми представлениями, это должно сопровождаться снижением концентрации свободных носителей в области МЗГ по отношению к зерну. В терминах зонной модели различие концентрации свободных носителей в зерне и прослойке, обусловленное разной степенью их окисления, при выравнивании уровня Ферми приводит к возникновению области пространственного заряда, искривлению энергетических зон и образованию межзеренного потенциального барьера dc, величина которого напрямую связана с разностью концентрации кислорода в зерне и МЗГ

Заключение

В настоящее время во всех отраслях техники активно применяют вещества, обладающие ферромагнитными свойствами. Помимо существенной экономии энергетических ресурсов, благодаря применению подобных веществ можно упрощать технологические процессы.

Например, вооружившись мощными постоянными магнитами, можно существенно упростить процесс создания транспортных средств. Мощные электромагниты, применяемые в настоящее время на отечественных и зарубежных автомобильных комбинатах, позволяют полностью автоматизировать самые трудоемкие технологические процессы, а также существенно ускорить процесс сборки новых транспортных средств.

В радиотехнике ферромагнетики позволяют получать приборы высочайшего качества и точности.

Ученым удалось создать одношаговую методику изготовления магнитных наночастиц, которые подходят для применения в медицине и электронике.

В результате многочисленных исследований, проводимых в лучших исследовательских лабораториях, удалось установить магнитные свойства наночастиц кобальта и железа, покрытых тонким слоем золота. Уже подтверждена их способность переносить антираковое лекарство или атомы радионуклидов в нужную часть организма человека, увеличивать контрастность изображений магнитного резонанса.

Кроме того, такие частицы можно использовать для модернизации устройств магнитной памяти, что станет новым шагом в создании инновационной медицинской техники.

Коллективу российских ученых удалось разработать и апробировать методику восстановления водных растворов хлоридов для получения комбинированных кобальто-железных наночастиц, подходящих для создания материалов с усовершенствованными магнитными характеристиками. Все исследования, проводимые учеными, направлены на повышение ферромагнитных свойств веществ, увеличение их процентного использования в производстве.