Особенности
ферримагнетиков
Строение ферримагнетиков. Ферримагнетики
получили свое название от
ферритов, под которыми понимают
химические соединения окисла
железа Fe2O3 с окислами других
металлов. В настоящее время используют
сотни различных марок ферритов,
отличающихся по химическому
составу, кристаллической структуре,
магнитным, электрическим и другим
свойствам.
Наиболее широкое применение
нашли ферриты со структурой
природного минерала шпинели.
Химический состав ферритов-шпинелей
отвечает формуле МеFe2O4, где под
Ме понимают какой-либо двухвалентный
катион. На примере этих соединений
рассмотрим наиболее характерные
особенности магнитных свойств ферримагнетиков.
Исследования показывают, что наличие
или отсутствие магнитных свойств определяется
кристаллической структурой материалов
и, в частности, расположением ионов
двухвалентных металлов и железа между
ионами кислорода. Элементарная ячейка
шпинели представляет собой куб, в состав
которого входит восемь структурных единиц
типа МеFe2O4, т.е. 32 иона кислорода, 16 ионов
трехвалентного железа и 8 ионов двухвалентного
металла. Кислородные ионы расположены
по принципу плотной кубической упаковки
шаров. При этом возникают междуузлия
двух типов: тетраэдрические, образованные
окружением четырех ионов, и октаэдрические,
образованные окружением шести ионов
кислорода. В этих кислородных междуузлиях
находятся катионы металлов. Всего в элементарной
ячейке шпинели может быть заполнено 8
тетраэдрических промежутков (назовем
их позициями типа А) и 16 октаэдрических
мест ( позиции типа В). Структуру, в которой
все катионы двухвалентного железа занимают
позиции типа А, а катионы трехвалентного
железа распределяются в междуузлиях
типа В, называют нормальной шпинелью.
Учитывая такой характер распределения
катионов по кислородным междуузлиям,
формулу феррита со структурой нормальной
шпинели можно представить в следующем
виде: (Мe2+)[Fe3+Fe3+]O4 где в круглых скобках
указаны ионы, занимающие позиции типа
А, а в квадратных - ионы в позициях типа
В. Стрелками условно показано направление
магнитных моментов катионов. В структуре
нормальной шпинели кристаллизуются ферриты
цинка (ZnFe2O4) и кадмия (CdFe2O4). Как будет показано
далее, ферриты со структурой нормальной
шпинели немагнитны
Чаще
встречаются ферриты с иным
характером распределения катионов
по кислородным междуузлиям. Структура,
в которой катионы Ме2+ находятся
в позициях типа В, а катионы
трехвалентного железа поровну
распределяются между позициями
А и В, получила название
обращенной шпинели. Формулу обращенной
шпинели с учетом распределения
катионов можно записать в
виде: (Fe3+)[Me2+Fe3+]O4 Структуру обращенной
шпинели имеют ферриты никеля, кобальта,
меди и некоторых других элементов.
Большинство реальных ферритов
характеризуется некоторым промежуточным
распределением катионов, когда
и ионы Ме2+, и ионы трехвалентного
железа Fe3+ занимают позиции того
и другого типов. Такие структуры
называют амфотерной шпинелью. Промежуточному
распределению катионов соответствует
структурная формула
(Me2+1-x Fe3+x)[Me2+x
Fe3+1-x]O4
где параметр х
характеризует степень обращенности
шпинели. Структуре нормальной и
обращенной шпинели отвечают значения
х, равные, соответственно, нулю и
единице.
Природа магнитного
упорядочения. В ферритах магнитоактивные
катионы находятся достаточно далеко
друг от друга, поскольку разделены
анионами кислорода, не обладающими
магнитным моментом. Поэтому прямое
обменное взаимодействие между катионами
оказывается очень слабым или
отсутствует вообще. Их электронные
оболочки практически не перекрываются.
2.3. Ферриты.
Как отмечалось выше, ферриты
представляют собой оксидные
магнитные материалы, у которых
спонтанная намагниченность доменов
обусловлена нескомпенсированным
антиферромагнетизмом.
Большое удельное сопротивление,
превышающее удельное сопротивление
железа в 103-1013 раз, а следовательно,
и относительно незначительные
потери энергии в области повышеных
и высоких частот наряду с
достаточно высокими магнитными
свойствами обеспечивают ферритам
широкое применение в радиоэлектронике.на
пример
Общего применения 100НН,
400НН, 400НН1, 600НН, 1000НН, 2000НН 1000НМ, 1500НМ, 2000НМ,
3000НМ
Термостабильные 7ВН,
20ВН, 30ВН, 50ВН, 100ВН, 150ВН
700НМ, 1000НМ3, 1500НМ1,
1500НМ3, 2000НМ1, 2000НМ3
Высокопроницаемые 4000НМ,
6000НМ, 6000НМ1, 10000НМ, 20000НМ
Для телевизионной
техники 2500НМС1, 3000НМС
Для импульсных
трансформаторов
300ННИ, 300ННИ1, 350ННИ,
450ННИ, 1000ННИ, 1100ННИ 1100НМИ
Для перестраиваемых
контуров 10ВНП, 35ВНП, 55ВНП, 60ВНП, 65ВНП,90ВНП,
150ВНП, 200ВНП, 300ВНП
Для широкополосных
трансформаторов 50ВНС, 90ВНС, 200ВНС, 300ВНС
Для магнитных
головок 500НТ, 500НТ1, 1000НТ, 1000НТ1, 2000НТ
500МТ, 1000МТ, 2000МТ,
5000МТ
Для датчиков температуры 1200НН,
1200НН1, 1200НН2, 1200НН3, 800НН
Для магнитного
экранирования 200ВНРП, 800ВНРП
Высокопроницаемые ферриты. В
качестве магнитомягких материалов
наиболее широко применяют никель-цинковые
и марганец-цинковые ферриты.
Они кристаллизуются в структуре
шпинели и представляют собой
твердые растворы замещения, образованные
двумя простыми ферритами, один
из которых (NiFe2O4 или MnFe2O4) является
ферримагнетиком, а другой (ZnFe2O4)
– немагнитен. Чтобы объяснить наблюдаемые
закономерности, необходимо принять во
внимание, что катионы цинка в структуре
шпинели всегда занимают тетраэдрические
кислородные междоузлия, а катионы трехвалентного
железа могут находиться как в тетра-,
так и в октаэдрических промежутках.
Ослабление обменного взаимодействия
между катионами при увеличении
содержания немагнитного компонента
приводит к уменьшению констант
кристаллографической анизотропии
и магнитострикции. Благодаря
этому облегчается перемагничивание
ферримагнетика в слабых полях,
т.е. возрастает начальная магнитная
проницаемость. Максимальному значению
проницаемости отвечает точка в треугольнике
составов с ориентировочными координатами
50% Fe2O3, 15% NiO и 35% ZnO. Можно сделать вывод,
что ферриты с высокой начальной магнитной
проницаемостью должны обладать невысокой
температурой Кюри. Аналогичные закономерности
наблюдаются для марганец-цинковых ферритов.
Сравнение магнитных свойств
ферритов с одинаковой начальной
магнитной проницаемостью показывает,
что в области частот до 1 МГц
марганец-цинковые ферриты имеют
существенно меньший относительный
тангенс угла потерь, чем никель-цинковые
ферриты. Это объясняется очень
малыми потерями на гистерезис
у марганец-цинковых ферритов
в слабых полях. Дополнительным
преимуществом высокопроницаемых
марганец-цинковых ферритов является
повышенная индукция насыщения
и более высокая температура
Кюри. В то же время никель-цинковые
ферриты обладают более высоким
удельным сопротивлением и лучшими
частотными свойствами.
5).
Найти силу тока
в медном проводнике
длиной 12 мм, на который
подано напряжение 15мВ.
Дано: L=12мм
S=2мм2
V=15мВ.
Удельное сопротивление
из таблицы сопротивления материалов
= ρ=0,0175ом∙мм2∕м
Решение.
R==2,917 oм
=
Ответ: