Материалы для высоких и сверхвысоких частот. Ферриты

Ферримагнетиками называются вещества, в которых магнитные моменты атомов выстраиваются антипараллельно друг другу, причем величины этих магнитных моментов имеют различные значения, благодаря чему результирующая намагниченность может быть большой (­¯­¯­¯).

К ферримагнетикам относятся ферриты. Наиболее распространенными являются соединения оксида железа Fe₂O₃ с оксидами других металлов, структурная формула таких соединений: МеО × Fe₂O₃, где Ме - двухвалентный металл (Fe, Ni, Mn, Zn, Co, Cu и др.).

Магнитные параметры ферритов (магнитная проницаемость m, индукция насыщения В_нас) в постоянных и низкочастотных полях ниже соответствующих параметров металлических магнитных материалов. Зависимость магнитной проницаемости ферритов от напряженности магнитного поля на различных частотах представлена на рис.5.9.

Удельное электрическое сопротивление большинства ферритов в 10⁶ - 10¹¹ раз превышает удельное сопротивление металлических ферромагнетиков, что обеспечивает безусловные преимущества ферритов при работе в высокочастотном диапазоне. Вследствие этого вихревые токи в ферритах при воздействии на них переменных магнитных полей очень малы, и ферриты применяются в качестве магнитных материалов при частотах до сотен мегагерц.

Для ферримагнетиков, как и для ферромагнетиков, характерно наличие доменной структуры, и их магнитные свойства тесно связаны со строением кристаллических решеток. Так, препятствиями, мешающими свободному перемещению доменных границ при воздействии на феррит слабого магнитного поля, являются микроскопические поры, примесные включения, участки с дефектной кристаллической структурой. Устранение этих структурных барьеров позволяет существенно повысить магнитную проницаемость материала.

Большое влияние на значение начальной магнитной проницаемости оказывает размер кристаллических зерен. Марганец-цинковые ферриты с крупнозернистой структурой могут обладать начальной магнитной проницаемостью до 20000. Это значение близко величине начальной магнитной проницаемости для лучших марок пермаллоя.

Рис. 5.9. Зависимость магнитной проницаемости ферритов от напряженности магнитного поля на различных частотах

Инерционность смещения доменных границ, проявляющаяся при высоких частотах приводит не только к росту магнитных потерь, но и к снижению магнитной проницаемости m. Частоту f_гр, при которой начальная магнитная проницаемость уменьшается до 0,7 от ее значения в постоянном магнитном поле, называют граничной

Марганец-цинковые ферриты имеют сравнительно малое значение удельного электрического сопротивления (r~0,01-10 Ом м) и применяются на частотах до 1 МГц; никель-цинковые ферриты имеют r~10⁴ Ом м, применяются и как низкочастотные, и как высокочастотные (до 100 МГц).