Ферриты

химические соединения окиси железа Fe₂O₃ с окислами других металлов. У многих Ф. сочетаются высокая намагниченность и полупроводниковые или диэлектрические свойства, благодаря чему они получили широкое применение как Магнитные материалы в радиотехнике, радиоэлектронике, вычислительной технике.

В состав Ф. входят Анионы кислорода O^2-, образующие остов их кристаллической решётки; в промежутках между ионами кислорода располагаются Катионы Fe³⁺, имеющие меньший радиус, чем анионы O^2-, и катионы Me^k+ металлов, которые могут иметь радиусы различной величины и разные валентности k. Существующее между катионами и анионами кулоновское (электростатическое) взаимодействие приводит к формированию определённой кристаллической решётки и к определённому расположению в ней катионов. В результате упорядоченного расположения катионов Fe³⁺ и Me^k+ Ф. обладают Ферримагнетизмом и для них характерны достаточно высокие значения намагниченности и точек Кюри. Различают Ф.-шпинели, Ф.-гранаты, ортоферриты и гекса ферриты.

Ферриты-шпинел и имеют структуру минерала Шпинелис общей формулой MeFe₂O₄, где Me – Ni²⁺, Co²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Li¹⁺, Cu²⁺. Элементарная ячейка Ф.-шпинели представляет собой куб, образуемый 8 молекулами MeOFe₂O₃ и состоящий из 32 анионов O^2-, между которыми имеется 64 тетраэдрических (А) и 32 октаэдрических (В)промежутков, частично заселённых катионами Fe³⁺ и Me²⁺ (рис. 1). В зависимости от того, какие ионы и в каком порядке занимают промежутки А и В,различают прямые шпинели (немагнитные) и обращенные шпинели (ферримагнитные). В обращенных шпинелях половина ионов Fe³⁺ находится в тетраэдрических промежутках, а в октаэдрических промежутках – 2-я половина ионов Fe³⁺ и ионы Me²⁺. При этом намагниченность M_A октаэдрической подрешётки больше тетраэдрической M_B, что приводит к возникновению ферримагнетизма.

Ферриты-гранаты редкоземельных элементов R³⁺ (Gd³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺, Er³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺) и иттрия Y³⁺ имеют кубическую структуру граната с общей формулой R₃Fe₅O₁₂. Элементарная ячейка Ф.-гранатов содержит 8 молекул R₃Fe₅O₁₂; в неё входит 96 ионов O^2-, 24 иона R³⁺ и 40 ионов Fe³⁺. В Ф.-гранатах имеется три типа промежутков, в которых размещаются катионы: большая часть ионов Fe³⁺ занимает тетраэдрические (d), меньшая часть ионов Fe³⁺ – октаэдрические (я) и ионы R³⁺ –додекаэдрические места (с). Соотношение величин и направлений намагниченностей катионов, занимающих промежутки d, а, с, показано на рис. 2.

Ортоферритами называют группу Ф. с орторомбической кристаллической структурой. Их образуют редкоземельные элементы или иттрий по общей формуле RFeO₃-. Ортоферриты изоморфны минералу Перовскиту (см. Изоморфизм). По сравнению с Ф.-гранатами они имеют небольшую намагниченность, т.к. обладают неколлинеарным антиферромагнетизмом (слабым ферромагнетизмом (См. Слабый ферромагнетизм)) и только при очень низких температурах (порядка нескольких К и ниже) – ферримагнетизмом.

Ферриты гексагональной структуры (гексаферриты) имеют общую формулу MeO (Fe₂O₃), где Me – ионы Ba, Sr или Pb. Элементарная ячейка кристаллической решётки гексаферритов состоит из 38 анионов O^2-, 24 катионов Fe³⁺ и 2 катионов Me²⁺ (Ba²⁺, Sr²⁺ или Pb²⁺). Ячейка построена из двух шпинельных блоков, разделённых между собой ионами Pb²⁺ (Ba²⁺ или Sr²⁺), O^2- и Fe³⁺. Если окиси железа и бария спекать совместно с соответствующими количествами следующих металлов: Mn, Cr, Со, Ni, Zn, то можно получить ряд новых оксидных ферримагнетиков.

Некоторые гексаферриты обладают высокой коэрцитивной силой (См. Коэрцитивная сила) и применяются для изготовления постоянных магнитов. Большинство Ф. со структурой шпинели, феррит-гранат иттрия и некоторые гексаферриты используются как Магнитно-мягкие материалы.

При введении примесей и создании нестехеометричности состава (переменности состава как по катионам, так и по кислороду) электрическое сопротивление Ф. изменяется в широких пределах. Ф. в полупроводниковой технике не применяются из-за низкой подвижности носителей тока. Синтез поликристаллических Ф. осуществляется по технологии изготовления керамики (См. Керамика). Из смеси исходных окислов прессуют изделия нужной формы, которые подвергают затем спеканию при температурах от 900 °С до 1500 °С на воздухе или в специальных газовых средах.

Монокристаллические Ф. выращиваются методами Чохральского, Вернейля и др. (см. Монокристалл).

Лит.: Рабкин Л. И., Соскин С. А., Эпштейн Б. Ш., Ферриты. Строение, свойства, технология производства, Л., 1968; Смит Я., Вейн Х. Ферриты, пер. с англ., М., 1962; Гуревич А. Г., Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках, М., 1973.

К. П. Белов.

Рис. 1. Кристаллическая структура ферритов-шпинелей: а — схематическое изображение элементарной ячейки шпинельной структуры (ее удобно делить на 8 равных частей — октантов); б — расположение ионов в смежных октантах ячейки (заштрихованном и белом), белые кружки — ионы О^2-, чёрные — ионы металла в октаэдрических и тетраэдрических промежутках; в — ион металла в тетраэдрическом промежутке; г — ион металла в октаэдрическом промежутке.

Рис. 2. Схематическое изображение величин и направлений векторов намагниченности катионов, образующих магнитные подрешётки d, а и c в ферритах-гранатах.

ФЕРРИТЫ - неметаллические твердые магнитные материалы (ферримагнетики) - химические соединения оксидов главным образом переходных металлов с оксидом железа. Применяют ферриты со структурой шпинели (т. н. феррошпинели) и со структурой граната (феррогранаты), а также гексаферриты и ортоферриты. Изделия из ферритов обычно изготовляют спеканием. Ферриты обладают низкой электропроводностью (отличаются малыми потерями на вихревые токи) и высокой намагниченностью. Применяются в устройствах радиотехники, техники связи, электроники, вычислительной техники.

ФЕРРИТЫ

(от лат. ferrum — железо), в прямом смысле — хим. соединения окиси железа Fe2O3 с окислами др. металлов; в более широком понимании — сложные окислы, содержащие железо и др. элементы. Большинство Ф. являются ферримагнетиками и сочетают ферромагнитные и полупроводниковые или диэлектрич. свойства, благодаря чему они получили широкое применение как магнитные материалы в радиотехнике, радиоэлектронике, вычислит. технике.

Рис. 1. Крист. структура ферритов-шпинелей: а — схематич. изображение элементарной ячейки шпинельной структуры (её удобно делить на 8 равных частей — октантов); б — расположение ионов в смежных октантах ячейки: белые кружки — ионы О2- образующие остов, чёрные — ионы металла в октаэдрич. и тетраэдрич. промежутках; в — ион металла в тетраэдрич. промежутке; г — ион металла в октаэдрич. промежутке.

В состав Ф. входят анионы кислорода О2-, образующие остов их кристаллич. решётки; в промежутках между ионами кислорода располагаются катионы Fe3+, имеющие меньший радиус, чем анионы O2-, и катионы Меk+ металлов, к-рые могут иметь разл. ионные радиусы и разные валентности k. В результате косвенного обменного взаимодействия катионов Fe3+ и Меk+ в Ф. возникает ферримагнитное упорядочение с высокими значениями намагниченности и точек Кюри. Различают Ф.-шпинели, Ф.-гранаты, ортоферриты и гексаферриты. Ферриты-шпинели имеют структуру минерала шпинели с общей ф-лой MeOFe2O3, где Me— Ni2+, Co2+,Fe2+, Mn2+, Mg2+, Li1+, Cu2+. Элементарная ячейка Ф.-шпинели представляет собой куб, образуемый 8 молекулами MeOFe2O3 и состоящий из 32 анионов O2-, между к-рыми имеются 64 тетраэдрич. (А) и 32 октаэдрич. (В) позиции, частично заселённые катионами Fe3+ и Ме2+ (рис. 1). В зависимости от того, какие ионы и в каком порядке занимают позиции А и В, различают нормальные шпинели и обращённые шпинели. В обращённых шпинелях половина ионов Fe3+ находится в тетраэдрич. позициях, а в октаэдрич. позициях — 2-я половина ионов Fe3+ и ионы Ме2+. При этом намагниченность (магн. момент) MA октаэдрич. подрешётки больше тетраэдрической МB, что приводит к возникновению ферримагнетизма.

Ферриты-гранаты элементов R3+ (Sm3+, Eu3+, Gd3+, Tb3+ Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+, Lu3+ и Y3+ ) имеют кубич. структуру граната с общей ф-лой R3Fe5Ol2. Элементарная ячейка Ф.-гранатов содержит 8 молекул R3Fe5Ol2; в неё входят 96 ионов О2-, 24 иона R3+ и 40 ионов Fe3+. В Ф.-гранатах имеется три типа позиций, в к-рых размещаются катионы: большая часть ионов Fe3+ занимает тетраэдрические (d), меньшая часть ионов Fe3+ — октаэдрические (а) и ионы R3+ — додекаэдрич. позиции (с). Соотношение величин и направлений намагниченностей катионов, занимающих позиции d, а, с, показано на рис. 2.

Рис. 2. Схематич. изображение величин и направлений векторов намагниченности катионов, образующих магн. подрешётки d, а и с в ферритах-гранатах.

Ортоферритами наз. группу Ф. с орторомбической крист. структурой. Их образуют редкоземельные элементы по общей ф-ле RFeO3. Ортоферриты имеют структуру минерала перовскита. При не очень низких темп-рах в ортоферритах упорядочиваются только магн. моменты ионов железа. Ортоферриты явл. антиферромагнетиками и обладают слабым ферромагнетизмом. Только при очень низких темп-рах (порядка неск. К и ниже) в ортоферритах упорядочиваются магн. моменты редкоземельных ионов, и они становятся ферримагнетиками.

Ферриты гексагональной структуры (гексаферриты) представляют собой сложные окисные соединения, напр. PbFe12O19, Ba2Zn2Fe12O22 и др. Ячейка гексаферритов построена ив шпинельных блоков, разделённых блоками гексагональной структуры, содержащей ионы Pb2+, Ва2+ или Sr2+.

Нек-рые гексаферриты обладают высокой коэрцитивной силой и применяются для изготовления пост. магнитов. Большинство Ф. со структурой шпинели, феррит-гранат иттрия и нек-рые гексаферриты используются как магнитно-мягкие материалы. Синтез поликрист. Ф. осуществляется по технологии изготовления керамики. Из смеси исходных окислов прессуют изделия нужной формы, к-рые подвергают затем спеканию при темп-рах от 900 до 1500°С на воздухе или в спец. газовых средах. Монокрист. Ф. выращиваются методами Чохральского, Вернейля и др. (см. МОНОКРИСТАЛЛ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ). Ф. нашли широкое применение в радиотехнике — ферритовые антенны, сердечники радиочастотных контуров; в СВЧ-технике — вентили и циркуляторы, использующие принцип невзаимного распространения эл.-магн. волны в волноводе, заполненном ферродиэлектриком; в вычислительной технике — элементы оперативной памяти; в магнитофонах и видеомагнитофонах — покрытие плёнок и дисков. Ф. применяют также для изготовления небольших постоянных магнитов.

сложные оксиды железа(Ш) с более основными оксидами др. металлов. Иногда Ф. наз. вообще все ферримагнетики независимо от их хим. природы. Практически важные Ф. относятся к след, структурным группам.

Ф. со структурой шпинели имеют общую ф-лу , где М ^II - Ni, Со, Mn, Mg, Cu, Fe, Zn, Cd. Они кристаллизуются в кубич. кристаллич. решетке, пространств. группа Fd3m, z =8. К этой группе относится также Ф. лития LiFe₅O₈ (можно считать, что в нем ионы M²⁺ замещены Li⁺_0,5 + Fe³⁺_0,5)

ферри́ты

неметаллических твёрдые магнитные материалы (ферримагнетики) — химические соединения оксидов главным образом переходных металлов с оксидом железа. Применяют ферриты со структурой шпинели (так называемые феррошпинели) и со структурой граната (феррогранаты), а также гексаферриты и ортоферриты. Изделия из ферритов обычно изготовляют спеканием. Ферриты обладают низкой электропроводностью (отличаются малыми потерями на вихревые токи) и высокой намагниченностью. Применяются в устройствах радиотехники, техники связи, электроники, вычислительной техники.

* * *

ФЕРРИ́ТЫ, неметаллические твердые магнитные материалы (ферримагнетики(см. ФЕРРИМАГНЕТИК)), представляющие собой химические соединения оксидов главным образом переходных металлов с оксидом железа.

Минерал магнетит(см. МАГНЕТИТ) — FeO^.Fe₂O₃ является природным ферримагнетиком. В его кристаллической структуре отрицательные ионы кислорода образую кубическую решетку, в которой на каждую молекулу FeO^.Fe₂O₃ приходятся один ион Fe²⁺ и два иона Fe³⁺. Ионы железа обоих типов могут быть замещены ионами других двухвалентных металлов, например, Mg, Ni, Co, Mn, Cu и другими. Общая формула веществ класса ферритов М²⁺О^.Fe₂O₃. В таких металлозамещенных ферритах одна подрешетка состоит из половины Fe³⁺ ионов, а другая – из второй половины Fe³⁺ ионов и ионов М²⁺ замещающего металла. Ферриты могут иметь и более сложный состав, например твердые растворы типа Li_xMn_1-xO^.Fe₂O₃^.Zn_1-xMn_xFe₂O₃ и другие.

Ферриты сочетают высокие магнитные свойства (малую коэрцитивную силу(см. КОЭРЦИТИВНАЯ СИЛА), большое значение магнитной восприимчивости(см. МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ)) с высокими изоляционными свойствами (удельное электрическое сопротивление ферритов достигает 10³Ом^.см, что на шесть порядков больше, чем у железа). Петля гистерезиса(см. ГИСТЕРЕЗИС) ферритов имеет прямоугольную форму.

Благодаря сочетанию свойств, ферриты применяются в качестве сердечников катушек индуктивности, трансформаторов, дросселей, магнитных антенн и других магнитопроводов, способных работать на высоких радиочастотах.

Ферриты применяют в приборах для управления электромагнитными колебаниями СВЧ и волноводах, так как высокое удельное сопротивление практически исключает возникновение в ферритах вихревых токов при воздействии на них переменных магнитных полей. На их основе изготавливаются гираторы(см. ГИРАТОР), переключатели, распределители. В вычислительной технике применяются ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса и сравнительно малой коэрцитивной силой. Ферриты типа ВаО(Fe₂O₃)₆, которые обладают большой коэрцитивной силой, применяются для изготовления постоянных магнитов.

Технология изготовления ферритов аналогична изготовлению керамики(см. КЕРАМИКА). По сути, ферриты — это ферримагнитная керамика. Из смеси исходных оксидов прессуются изделия требуемой конфигурации, которые спекают при высоких температурах в различных газовых средах. От состава газа, скорости охлаждения и температуры обжига зависят концентрации ионов Fe³⁺, распределение катионов по подрешеткам феррита и содержания в нем дефектов. При введении примесей и создании нестехиометричности состава (переменности состава как по катионам, так и по кислороду) электрическое сопротивление ферритов изменяется в широких пределах. Эти зависимости используют для формирования магнитных и электрических характеристик ферритов.

неметаллич. твёрдые магнитные материалы, по хим. составу - соединения оксида железа Fe₂O₃ с оксидами др. металлов; делятся на Ф.-шпинели MFe₂O₄ (М - никель, кобальт, марганец, магний, медь), Ф.-гранаты M₃Fe₅O₁₂ (М - редкоземельные элементы) и др. Иногда термин "Ф."используют как общее назв. ферримагнетиков (см. Ферримагнетизм). Изделия из Ф. обычно изготовляют спеканием. По магнитным св-вам Ф. аналогичны ферромагнетикам, но обладают весьма малыми потерями на вихревые токи и меньшей плотностью. Ф. широко используются в радиотехнике, электронике, в вычислит. технике, в технике СВЧ. Нек-рые Ф. (в виде плёнок) перспективны в качестве устройств памяти огромной ёмкости.

ФЕРРИТЫ — твёрдые хим. соединения оксида железа (Fe₂0₃) с оксидами др. металлов, обладающие как ценными магнитными, так и полупроводниковыми свойствами. Большинство из них являются ферримагнетиками (см.), благодаря чему получили широкое применение в автоматике, телемеханике, связи, радиотехнике, радиоэлектронике и вычислительной технике. Изделия из Ф. изготовляют спеканием в виде сердечников, магнитных антенн, дросселей, постоянных магнитов, элементов логики, устройств памяти высокой ёмкости, плёнок и др.