Сплавы на основе ферритов для изготовления постоянных магнитов, их достоинства и недостатки

Ферриты представляют собой магнитную керамику с незначительной электронной электропроводностью. Большое удельное сопротивление, превышающее ρ железа в 10⁶—10¹¹ раз, а следовательно, и относительно небольшие потери энергии в области повышенных и высоких частот наряду с достаточно высокими магнитными свойствамиобеспечивают ферритам самое широкое применение при повышенных и высокие частотах

Ферриты представляют собой системы из оксидов железа и оксидов двухвалентных, реже одновалентных металлов, соответствующих общей формуле МеО×nFe₂О₃, где Ме - символ двухвалентного металла. Ферриты имеют кубическую кристаллическую решетку, подобную решетке шпинели, встречающейся в природе (MgO×Al₂O₃). Большинство соединений указанного типа, как и природный магнитный железняк (магнетит) FeO×Fe₂O₃, обладает магнитными свойствами. однако соединения ZnO×Fe₂O₃ и CdO×Fe₂O₃ являются немагнитными. Исследования показали, что наличие или отсутствие магнитных свойств определяется кристаллической структурой этих материалов, и в частности расположением ионов двухвалентных металлов и железа между ионами кислорода.

Ферриты, обладающие наиболее интересными магнитными свойствами и нашедшие техническое применение, представляют собой, как правило, твердые растворы нескольких простейших соединений, в том числе и немагнитных. Так, например, общая формула широко распространенных никель-цинковых ферритов имеет следующий вид:

mNiO×Fe₂O₃+nZnO×Fe₂O₃+pFeO×Fe₂O₃,

где коэффициенты т, п, р определяют количественные соотношения между компонентами.

Процентный состав компонентов играет существенную роль в получении тех или иных магнитных свойств материала. Применяющиеся в технике ферриты называют оксиферами, желая подчеркнуть, что они представляют собой сложные оксидные ферримагнетики, что, конечно, более правильно, однако первое название получило большее распространение. За рубежом для некоторых типов ферритов употребляется название «феррокскуб», подчеркивающее кубическое строение решетки этим материалов.

Все чаще используются для изготовления постоянных магнитов магнитотвердые ферриты. Наибольшее значение из них имеет бариевый феррит ВаО×6Fе₂О₃, который не содержит дефицитных металлов. В Европе на его основе изготавливается около 40% постоянных магнитов. Этот феррит имеет гексагональную структуру и в результате этого высокую кристаллическую анизотропию. Ферриты изготавливаются как изотропными, так и анизотропными. Удельная магнитная энергия анизотропных ферритов в направлении ориентации на порядок больше, чем в перпендикулярном к нему направлении. Анизотропные ферриты прессуются в магнитном поле. Их коэрцитивная сила доходит до 130 кА/м, а (ВН)_таx - до 28 кДж/м³. Свойства материала заметно улучшаются при замене части ионов Ва или Fе ионами других элементов, например Сr. При этом коэрцитивная сила достигает 240 кА/м. Магнитотвердые ферриты имеют небольшую остаточную индукцию, что компенсируется высокими значениями коэрцитивной силы. В отличие от металлических магнитов, которые имеют небольшую площадь, но большую длину в направлении оси магнита, ферритовые магниты изготовляются короткими по оси магнита и имеют большую площадь. Их остаточная индукция сильно зависит от температуры, поэтому они непригодны для измерительных приборов. Однако этот недостаток можно устранить. Их недостатками являются также хрупкость, твердость и необходимость поверхностной защиты, а достоинствами - меньшие цена и плотность, а также возможность использования при высоких частотах.

Относительно хорошие свойства имеют и постоянные магниты из спрессованных однодоменных частиц. Такие частицы могут перемагничиваться только путем поворота магнитных моментов, поэтому эти материалы имеют высокую коэрцитивную силу Н_с. Они часто прессуются в сильном магнитном поле, чтобы однодоменные частицы ориентировались в направлении предстоящего намагничивания. Они выгодны, так как частицы обладают высокой кристаллической анизотропией. Чаще всего используются однодоменные частицы из железа и сплавов Fе-Со или Мn-Вi. Размеры частиц не должны превышать определенного критического значения, которое для частиц из железа равно 0,05 мкм, а для частиц из сплава Мn-Вi достигает 8 мкм. Коэрцитивная сила таких магнитов достигает
60 кА/м, а произведение (ВН)_тах бывает до 27 кДж/м³.