Materiale Ferimagnetice. Ferite

Capitolul I

GENERALITATI

Feritele sunt compusi de forma, (MeO)(Fe2O3) in care Me este un metal bivalent (mangan, zinc , nichel, magneziu) sau o grupare de elememte cu valenta totala 2 . Proprietatile magnetice ale feritelor au la baza structura interna a acestora formata din subretele magnetice atomice care apar spontan in volume finite (domenii Weiss) , fiecare retea avand momentele magnetice elementare orientate in acelsi sens pe un grup de linii reticulare paralele, iar pe un alt grup de linii retoculare paralel cu primul , orientarea momentelor magnetice elementare este inversata.

In materialele ferimagnetice atomii au electroni cu spin antiparalel de valori ale modulelor diferite, mA ≠ mB , ceea ce face posibila polarizatia spontana. Feritele au proprietati de semiconductoare adica au rezistivitate mult mai mare ca materialele feromagnetice (care sunt metale) , astfel pierderile prin curenti turbionari sunt mici, ele pot fi folosite la frecvente inalte.

Fata de materialele feromagnetice, feritele au urmatoarele avantaje principale:

-rezistivitatea electrica este mult mai mare. Acest fapt determina pierderi prin curenti turbionari mult mai mici si deci posibilitatea folosirii la frecvente mult mai mari;

-caracteristicile magnetice sunt mai slabe la solicitari mecanice (socuri, vibratii, etc.);

Ca dezavantaje, comparativ cu materialele feromagnetice amintim:

- permebilitatea magnatica relativa mai mica, la ferite cel mult 4,000 iar la feromagnetici speciali(permalloy, mumetal, dinamax) se poate depasii 1,000,000;

- inductia magentica de saturatie mai mica ; 0.3T la 0.4T fata de 1.2T pana la 2.2T ;

- temperatura Curie mai scazuta si dependenta mai pronuntata a caracteristicilor magnetice de temperatura;

- sunt dure, casante si deci greu de prelucrat mecanic (se pot prelucra doar prin rectificare abraziva).

Capitolul II

CLASIFICARE FERITELOR

Feritele se impart in doua mari tipuri in functie de valoarea intensitatii campului magnetic coercitiv, Hc,fig.1.1:

- ferite moi, Hc<0.8A/cm;

- ferite dure, Hc>10A/cm.

Feritele moi au pierderi prin histerezis mai mic (ciclul histerezis mai ingust) si sunt mai utilizate pentru fabricarea miezurilor magnetice destinate sa lucreze la frecvente ridicate sau in regim de comutatie.

Feritele dure se folosesc pentru obtinerea magnetilor performanti(ferite cu bariu) si a benzilor magnetice inregistratoare de informatii(ferite de cobalt).

Dupa forma carcteristicii B(H)- ciclul limita, feritele se impart in (fig.1.2):

-ferite cu (Br/Bm)<0.5;

-ferite cu (Br/Bm)<0.8;

-ferite cu (Br/Bm)>0.8 (se mai numesc ferite cu ciclul histerezis dreptunghiular, CHD).

2.1 FERITE MAGNETIC MOI

Vom studia proprietatile magnetice ale unui miez din ferita moale , de joasa frecventa (≤200hHz). Acest tip de ferita este folosit pentru circuite d econversie a puterii. Din aceasta ferita se fabrica in mod obisnuit circuite magnetice pentru puteri pana la 1kW.

Materialul acestora este , (MexO)(Mn1-xO)(Fe2O3) in care x este procentul de inlocuire a metalului caracteristic cu u element matalic (Me = zinc). Daca procentul de inlocuire este riguros respectat si de asemenea tratamentele termice din timpul si dupa sintetizare sunt precis controlate se pot atinge valori ale permeabilitatii relative statice de pana la 40000 (s-au obtinut astfel de materiale in conditii de laborator). La fabricatia de serie se obtin valori ale permeabilitatii de pana la 4000. Materialul magnetic folosit in laborator se numeste ELFERIT- A3, este autohton, si are urmatoarele caracteristic principale:

-permeabilitate relativa initiala , μri=1300- tipic;

-plaja de frecventa , 1kHz la 200kHz;

-inductia maxima Bm= 0.34T, la Hm= 2A/cm si 20°C;

-inductie remanenta Br=0.13T, la 20°C;

-campul coercitiv Hc=0.2 A/cm, la 20°C;

-temperatura Curie Tc>145°C;

-coeficientul de temperatura al permeabilitatii initiale, de la 20°C la -55°C αμ=(0.6..1.6)*10-6(1/°K) , de la 20°C la 80°C αμ=(0.7..2.3)*10-6(1/°K).

Categoria feritelor magnetice moi este cuprinsa in clasa Materialelor oxidice magnetic moi, care sunt materiale obtinute din oxizi metalici, si care au proprietati magnetice. Feritele moi au o structura spinelica inversa. Feritele utilizate in tehnica sunt de obicei ferite mixte, duble, su multiple. Feritele duble sunt cele mai obisnuite, metalele bivalente fiind, de exemplu, nichelul si zincul sau manganul si zincul. Feritele mixte prezinta avantajul ca, alegand componentele corespunzator, se pot obtine combinatii cu magnetostrictiune si anizotropie cristalina reduse , ceea ce corespunde la aliajele de tip permalloy, unei valori mari a permeabilitatii maxime. Se obtin astfel ferite inicate pentru miezuri magnetice.

In functie de frecventa , peremeabilitatea feritelor variaza ca in fig. 2.1. si anume daca se considera pentru material o permeabilitate complexa –analoga cu permitivitatea complexa a dielectricilor– partea reala , adica permeabilitatea relativa a materialului, ramane practic constanta pana la o valoare critica a frecventei, care depinde de tipul si compozitia feritei si scade apoi aproximativ exponential. Partea imaginara , care este o masura a pierderilor in material, creste pana la frecventa critica si apoi tinde sa scada ca si partea reala. Frecventa critica e in general mai joasa pentru materialele care au mai mare la frecvente mici. Alura variatiilor mentionate este modificata de varfuri de rezonanta atribuite diferitelor cauza ca: rezonanta dimensionala,miscarea peretilor domeniilor si precesia spinului electronic.