5.5.4. Высококачественные магнитомягкие материалы.

Для работы на высоких (от единиц до десятков мегагерц) частотах используются материалы, по своим электрическим свойствам относящиеся к диэлектрикам и полупроводникам – магнитодиэлектрики и ферриты. Например, величина удельного электрического сопротивления ρ ферритов в 10⁶–10¹¹ раз выше ρ стали, следовательно, ферриты имеют относительно малые потери энергии при повышенных и высоких частотах.

Магнитодиэлектрики – это композиционные материалы из мелкодисперсного порошка низкокоэрцитивного металлического ферромагнетика, частицы которого изолированы друг от друга и механически связаны в единое целое органическими и неорганическими диэлектриками. Исходными ферромагнетиками являются карбонильное железо, пермаллои, алъсиферы (см. п.5.5.3.), а в качестве изолирующего состава, занимающего по объему 5–10%, используется полистирол, жидкое стекло, стеклоэмали. Изделия из магнитодиэлектриков изготавливаются по технологии пластмасс.

Магнитодиэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением, малым tgδ магнитных потерь, начальная магнитная проницаемость составляет 10–250, предельная частота – 250МГц. К их достоинствам относятся высокая температурная стабильность (μ постоянна в широком диапазоне температур), стабильность параметров при механических воздействиях, а к недостаткам – невозможность с помощью внешнего поля управлять магнитными параметрами материала.

Магнитодиэлектрики в основном используются в качестве сердечников катушек индуктивностей, дросселей, трансформаторов, радиочастотных контуров РЭА.

Ферриты – это магнитные материалы на основе оксидов металлов, обладающие ферримагнитными свойствами. Магнитомягкие ферриты – моно- и поликристаллические материалы со значением коэрцитивной силы не более 4кА/м. Промышленные магнитомягкие ферриты – в основном поликристаллические материалы, синтезируемые по керамической технология, включающей в себя составление смеси оксидов в заданной пропорции, ферритизацию смеси (т.е. образование феррита из оксидов), формование изделий и их последующее спекание.

Наибольшее распространение получили две группы ферритов:

–марганец-цинковые (Mn-Zn) ферриты – твердые растворы феррита марганца MnFe₂O₄ и феррита цинка ZnFe₂O₄;

–никель-цинковые (Ni-Zn) ферриты – твердые растворы феррита никеля NiFe₂O₄ и феррита цинка ZnFe₂O₄. Также применяются литий-цинковые, свинцово-никелевые и другие ферриты.

Обычно ферриты используются в слабых и средних полях, так как они имеют относительно низкую индукцию насыщения (0,15–0,7Тл). Ряд марок Mn-Zn ферритов с высокой начальной проницаемостью применяется при частотах до нескольких сотен кГц как в слабых, так и в сильных полях.

Тангенс угла магнитных потерьtgδ ферритов имеет значения 0,005–0,1. В области очень слабых полей потери в основном определяются дополнительными потерями на последействие, так как составляющие потерь на вихревые токи и на гистерезис в ферритах малы, но в слабых и сильных полях эти составляющие возрастают. При повышении частоты tgδ, начиная с некоторой определенной для каждого феррита частоты, значительно возрастает и одновременно уменьшается, что обусловлено главным образом релаксационными явлениями (рис.5.21).

Для ферритов вводится параметр, называемый критической частотой. f_КР – частота магнитного поля, при которой tgδ=O,l (рис.5.21). Для НЧ марганец-цинковых и никель-цинковых ферритов f_КР=0,01÷30МГц, для ВЧ никель-цинковых ферритов f_КР=25÷250МГц. Установлено, что чем выше значение μ_H, тем меньше f_КР.

Свойства ферритов сильно зависят от температуры, особенно по сравнению с магнитодиэлектриками (рис.5.22), что связано с относительно высокой точкой Кюри некоторых ферритов, а при температуре ниже точки Кюри, но близких к ней, магнитная проницаемость и другие свойства значительно изменяются. Для уменьшения ТКμ в ферриты вводят небольшие добавки некоторых веществ (например, CoO), благоприятно действующих на их температурные свойства.

На рис.5.23 указаны ориентировочные значения магнитной проницаемости и частотный диапазон применения ферритов различного состава. Из рисунка видно, что в ВЧ-части спектра радиочастот применяют ферриты с μ в десятки единиц.

В табл. 5.2 приведены параметры некоторых марок ферритов общего применения. Маркировка магнитомягких ферритов: первые цифра – значение начальной магнитной проницаемости, затем идут буквы, обозначающие частотный диапазон применения, ограничиваемый сверху f_ПР. Ферриты для звуковых, ультразвуковых и низких частот обозначаются буквой Н (низкочастотные), высокочастотные – буквой В. Далее в маркировке магнитомягких ферритов следуют буквы, обозначающие состав: М – Mn-Zn, Н – Ni-Zn.

Таблица 2.2. Параметры некоторых магнитомягких ферритов общего применения.

Марка	ТK, °С	μH	μMAX	ТКμ·106K-1 при 20–125°С	fКР, МГц при tgδ=0,1	ρ, Ом·м
20000 НМ	110	15000-25000	35000	-0,5…+0,75	0,005	<0,01
6000 НМ	110	4800-8000	10000	–	0,005	0,1
2000 НМ	200	1700-2500	3500	-1,0…+3,5	0,5	0,5
2000 НН	200	1800-2400	2500	-0,6…+4,5	0,6	0,5
600 НН	110	500-800	1600	–	1,5	10
150 ВН	400	130-170	330	–	25	10
50 ВН	450	40-60	170	0…10	70	10
7 ВН	450	6-8	15	-14…+70	220	10

Рассмотренные группы ферритов используют для изготовления сердечников различной конфигурации и размеров для трансформаторов, катушек индуктивности, фильтров, магнитных антенн, статоров и роторов ВЧ-микродвигателей, деталей отклоняющих систем ТВ аппаратуры.

Свойства ферритов зависят от механических напряжений которые могут возникнуть при плотной обмотке, креплении изделия, поэтому их необходимо оберегать от механических нагрузок.