ФЕРРОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Петля гистерезисаФерриты, электротехнические стали и сплавы (альсиферы, пермаллои) относятся к классу сильномагнитных веществ - это мягкие магнетики. Характерным свойством как магнитомягких, так и магнитотвёрдых материалов является магнитный гистерезис, который широко используется во многих сферах деятельности человечества.

При практическим использовании, популярные ферримагнитные мягкие вещества можно разделить на группы по химическому составу, магнитным свойствам и области применения магнитных материалов. Что естественно, в каждой такой группе можно выделять как универсальные материалы, которые за кордоном именуют general purpose, так и узко направленные, материалы разработанные для решения отдельных специальных, порой весьма сомнительных задач.

Сердечники из разных материалов• MnZn – ферриты. Для силовой электроники.
Основная область применения:
Построение трансформаторов и дросселей для импульсных источников электропитания.
Основновные свойства материалов:
Высокие уровни индукции насыщения в сочетании с большими величинами магнитной проницаемости.
• MnZn – ферриты. EMI-filters. Материалы с высокой проницаемостью.
Основная область применения:
Дроссели с большими значениями индуктивности. Элементы для подавления электромагнитных помех (EMI-suppression).
Основновные свойства материалов:
Низкие пределы индукции насыщения и большие величины магнитной проницаемости.
• NiZn – ферриты. Для ВЧ сигналов.
Основная область применения:
Индуктивные элементы, способные работать на высоких частотах. Элементы для подавления электромагнитных помех.
Основновное свойство материалов:
Способность работать с высокочастотным сигналом.
Низкие уровни индукции насыщения и низкая магнитная проницаемость.
• Iron Powder (Распылённое железо)
Основная область применения материалов:
Недорогие дроссели для сильных токов, выходные дроссели выпрямителей.
Основновные свойства материалов:
Самые высокие пределы индукция насыщения и низкие величины магнитной проницаемости.
Способность работать в условиях очень высоких температур.
• Sendust (Альсиферы)
Основная область применения:
Экономичные дроссели для сильных токов с малыми потерями.
Основные свойства материалов:
Самые высокие пределы индукция насыщения и низкие величины магнитной проницаемости.
Способность работать в условиях значительного перегрева. Низкие потери в сердечнике.
• MPP (Мо-пермаллои или пресспермы)
Основная область применения:
Дроссели для сильных токов с наиболее низкими потерями на гистерезис.
Основные свойства материалов:
Высокие уровни индукция насыщения и низкие величины магнитной проницаемости.
Самые низкие потери в сердечнике.

Сравниваемые
параметры
материалов

Распыленное
железо

(Iron Powder)

High Flux

Альсифер
(Sendust,
Kool Mµ)

Молибден-
пермаллой

(MSS, MPP)

Феррит с зазором
(Gapped ferrite)

Состав Материала Fe (100%)

Fe(50%) + Ni(50%)

Fe(85%) + Si(8%) + Al (6%)

Ni(81%) + Fe(17%) + Mo(2%)

Mn + Zn + Fe oxide

Начальная магнитная проницаемость 3...100 14...160 26...125 14...550 Определяется величиной зазора: ~10...10000
Насыщение, Тл 1,5 1,5 1,05 0,75 0,5
Мощность потерь на 100 кГц, 0,05 Тл, (мВт/см3) 800 260 200 120 230
Удельная стоимость Самая низкая Высокая Средняя Высокая Средняя

Образцы гранул для испытание ферритовых смесейФерриты – это многокомпонентные кристаллические вещества, общая химическая формула которых MeOFe2O3,
где Me- это атомы металла - Mn, Zn, Ni, Co, Cu, Fe, Mg. Например:
MnO*ZnO x 2Fe2O3 - марганцево-цинковый феррит,
NiO*ZnO x 2Fe2O3 - никель-цинковый феррит,
MgO*MnO x 2Fe2O3 - магний-марганцевый феррит).
Такие материалы обладают полупроводниковыми свойствами, их собственное сопротивление гораздо выше, чем у электротехнических сталей.
Отпрессовка ферритовых сердечников производится с помощью большого гидравлического прессаЭто свойство позволяет использовать ферриты при конструировании индуктивных элементов, работающих на высоких частотах, без опасения, что могут резко повыситься потери на вихревые токи.
Поликристаллические ферриты производят по керамической технологии. Из ферритового порошка, синтезированного из смеси исходных ферритообразующих компонентов и гранулированного со связкой, прессуют изделия нужной формы, которые подвергают затем спеканию при температурах от 900 до 1500 °C на воздухе или в специальной газовой атмосфере под давлением от 20МПа до 120МПа.
В итоге ферритовый порошок превращается в твёрдый материал, имеющий доменную гексагональную структуру с разнонаправленными магнитными моментами, которую рисуют в своих каталогах все более-менее компетентные производители сердечников.

Феррит CF138. Зависимость магнитной индукции в сердечнике от напряжённости магнитного поляДаже самые выносливые ферритовые материалы из группы "силовиков" достигают магнитного насыщения в относительно слабых магнитных полях, при индукции 0,4-0,5Тл. Но на практике редко когда можно себе позволять развивать индукцию в ферритовом сердечнике более 0,20-0,25Тл.
Ассортимент видов ферритов имеет широкий диапазон магнитных проницаемостей, различные марки предназначаются для решения разнообразных технических задач.
Широкий ассортимент ферритовых сердечников порой заставляет разработчиков радиоэлектронной аппаратуры забывать о существовании ещё нескольких интересных групп ферримагнитных материалов для сердечников индуктивных элементов: молибденовый пермаллой, альсифер, распылённое железо.
Основу таких материалов составляет карбонильное железо.

Погрузка ферромагнитного материалаПеречисленные выше сплавы обладают довольно низким электрическим сопротивлением, что не позволяет использовать их в виде пластин или ленты на повышенных частотах из-за чрезмерно больших потерь на вихревые токи. Эта проблема решается путем использования указанных материалов в виде порошков.
Мелкодисперсные частицы магнитного сплава диаметром от 5 до 200 мкм покрывают слоем от 0,1 до 3 мкм полимерного материала, который является магнитодиэлектриком. Диэлектрик в таких материалах выполняет три функции: изолирует зерна ферромагнитного порошка друг от друга, резко снижая потери на вихревые токи; служит связующим, обеспечивающим механическую прочность сердечника; образует распределенный немагнитный зазор между частицами порошка. Полученную смесь прессуют пресс-формах под давлением около 2МПа.
Изменяя размеры частиц материала, толщину полимерного слоя и величину давления, удаётся варьировать магнитной проницаемостью готовых сердечников в диапазоне от единиц до нескольких сотен. Спекание сердечников в присутствии водорода позволяет препятствовать окислению, стабилизирует магнитные свойства материала и снимает внутреннее напряжение.
Из таких порошковых железных, железо-никелевых, альсиферовых и Мо-пермаллоевых материалов выпускаются тороидальные сердечники (кольца), а из распылённого железа и альсифера выпускаются также сердечники конфигурации ЕЕ. Все виды сердечников, и кольца и Ш-образные, благодаря наличию распределенного немагнитного зазора, допускают в той или иной степени работу с подмагничиванием постоянным током (или переменным током низкой частоты, или постоянной составляющей несимметричного переменного или пульсирующего тока).

 Добыча и транспортировка рудыМеталлургический завод. ПлавкаМеталлургический завод дымитРазвитие новых современных промышленных регионов происходит при участии европейских и американских специалистов

Европейские и американские предприятия охотно размещают свои производственные мощности в странах Юго-Восточной АзииКак и другие металлургические отрасли, производство ферритов и ферросплавов наносит большой вред экологии. Добыча и обогащение руды, переплавка и гранулирование или изготовление порошка, спекание, шлифование и покраска готовых изделий приводит к загрязнению атмосферного воздуха и воды.
По этой причине крупные европейские и американские предприятия переносят производство ферритов и ферросплавов в развивающиеся страны, в Китай, в Индию. Этот процесс стимулируется наличием в новых индустриальных регионах доступного исходного сырья, рабочей силы и огромного рынка производства электронной техники.
Правительства развивающихся стран оказывают всемерную поддержку развитию производства.