Файл: Стабильность свойств ферритов. (Анализ физических свойств при внешних воздействиях, прогнозирование. Элементы проектирования).pdf

эдрических, другая из октаэдрических, а третья — из додекаэдрических промежутков, в которых находятся ионы характеризующего металла. Формула ферритов, имеющих гексагональную решетку, МеО(Рег03)б. Неко­ торые ферриты с общей формулой Me20 3Fe20 3 кристал­ лизуются в решетке со структурой типа перовскит.

Рассмотренные кристаллические структуры и распре­ деления в них катионов металлов характерны для так называемых моноферритов. Практически широко приме­ няются биферриты и полиферриты, имеющие два и бо­ лее иона характеризующего металла и представляющие собой смешанные ферриты, т. е. твердые растворы не­ скольких моноферритов. Распределение катионов в под­ решетках смешанных ферритов более сложно и менее изучено, чем у моноферритов. Оно характеризуется це­ лым рядом неустойчивых состояний, что является одной из причин нестабильности свойств этих ферритов.

Наиболее распространенные Ni-Zn, Mn-Zn и Mg-Mn ферриты являются типичными примерами смешанных ферритов.

Особенности технологии изготовления ферритов, де­ фекты их структуры и свойства. Приведенные выше хи­ мические формулы присущи ферритам так называемого стехиометрического состава, обладающим практически бездефектной кристаллической решеткой.

Как уже говорилось, химический состав и идеальная кристаллическая структура определяют целый ряд фун­ даментальных свойств ферритов. В какой-то мере сте­ хиометрические составы имеются у большинства монокристаллических ферритов.

Прецизионная технология выращивания монокри­ сталлов по методу Вернейля, Бриджмена, Чохральского подробно изложена в специальных работах [95] и опи­ сывать ее не имеет смысла. Скажем только, что даже такая технология не позволяет избежать целого ряда искажений кристаллической решетки монокристаллов, таких как дислокация, внедрение, вакансии, внутренние напряжения, которые объясняют ухудшение целого ряда свойств ферритов и их нестабильность.

ской технологии. Особенностью этой технологии являет­ ся то, что ферриты образуются вследствие спекания при высокой температуре (1000... 1400° С) предварительно

9

Спрессованных деталей. Спекание и последующее охлаж­ дение ферритов производится в определенной газовой среде, благодаря чему феррит теряет или приобретает кислород. Это приводит к отклонению состава ферритов от стехиометрического и появлению у них дефектов кри­ сталлической решетки.

Избыток кислорода, характерный для целого ряда ферритов, приводит к повышению валентности катионов, появлению катионных вакансий и увеличению электриче­ ского сопротивления и диэлектрической проницаемости. Недостаток кислорода снижает валентность катионов и вызывает появление внедренных катионов и анионных вакансий. При снижении валентности катионов (особен­ но железа до Fe2+) появляются слабосвязанные элек­ троны, что повышает проводимость ферритов. От содер­ жания Fe2+ сильно зависит также величина магнитной проницаемости и ряд других свойств ферритов.

В связи с зависимостью свойств ферритов от появ­ ляющихся дефектов и необходимостью получения фер­ ритов с определенными свойствами требуется нормиро­ вать отклонение их состава от стехиометрического. С дру­ гой стороны, наличие дефектов кристаллической решетки и катионов переменной валентности создает возмож­ ность миграции катионов и диффузии электронов, что снижает стабильность свойств ферритов. Последнее усу­ губляется еще и тем, что технологические процессы про­ текают неравномерно по всему объему изделия и это обусловливает зависимость свойств ферритов от разме­ ров и формы образцов.

не только определенную кристаллохимическую структу­ ру изделий, но также и макроструктуру, характеризую­ щуюся размером и формой зерен кристаллитов, разме­ рами, формой и распределением пор и включений, рав­ номерностью всей структуры в целом и наличием в ней внутренних напряжений. Это обеспечивается составом исходной шихты, качеством пресс-порошков, добавлени­ ем специальных пластификаторов и минерализаторов и, главным образом, режимом и температурой спекания. От макроструктуры ферритов в значительной степени зависит целый ряд структурно-чувствительных свойств, к которым, кроме таких основных, как магнитная прони­ цаемость и потери, относятся стабильность магнитных

10

состояний, механические характеристики, теплофизиче­ ские свойства, гигроскопичность и пр. Все эти свойства, существенно влияющие на работоспособность феррито­ вых изделий, являются наиболее чувствительными как

кневоспроизводимости технологического процесса, так и

квлиянию внешних климатических и механических воз­ действий, в связи с чем требуют всестороннего излучения

иисследования.

1.2. ТИПЫ ФЕРРИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

В настоящее время существует пять основных групп ферритовых материалов:

— магнитомягкие Mn-Zn и Ni-Zn ферриты для радио­

—магнитострикционные ферриты;

—магнитожесткие ферриты;

—ферриты СВЧ диапазона.

своим назначением конкретные конфигурации и разме­ ры. Основной особенностью применения ферритов яв­ ляется то, что ферритовые изделия используются не как самостоятельные элементы радиоэлектронной аппарату­ ры, а как функциональные конструктивные детали таких элементов и узлов.

Наибольшее распространение получили магнитомяг­ кие ферриты. В табл. 1 приведены их данные.

Магнитомягкие ферриты отличаются сравнительно большой нестабильностью к воздействию различных экс­ плуатационных факторов, особенно температуры. В со­ ответствии с этим все магнитомягкие ферриты делятся на термостабильные и нетермостабильные. Следует от­ метить, что стабильность разомкнутых ферритовых магнитопроводов в N раз выше, чем стабильность замкну­ тых магнитопроводов (N — размагничивающий фактор).

Магнитомягкие сердечники выпускаются в виде изде­ лий различной конфигурации: кольцевые и броневые сердечники, стержневые (антенные), сердечники круглого или прямоугольного сечения, Ш-образные сердечники,

И

Т А Б Л И Ц А 1

2500.. .7500 Дроссели, выходные, строчные и импульс­ ные трансформаторы, катушки индуктивно­ сти, элементы вычислительной техники, сер­ дечники отклоняющих систем малогабаритных телевизоров и т. д.

П-образные сердечники и сердечники отклоняющих си­ стем. Кроме того, по специальному заказу изготавли­ ваются сердечники других конфигураций.

На втором месте по массовости выпуска после маг­ нитомягких ферритов стоят ферриты с ППГ. Эти ферриты в основном применяются в логических и запоминающих устройствах. Ферриты с ППГ используются в качестве магнитопроводов трансформаторов и преобразователей, магнитопроводов запоминающих трансформаторов в феррит-транзисторных ячейках в качестве элементов на­ копителей ЗУ и логических элементов.

12