A ferrimágnesek olyan anyagok, amelyekben a különböző részrácsok atomjainak mágneses nyomatékai ellentétes irányultságúak, mint az antiferromágneseknél , de a különböző részrácsok nyomatékai nem egyenlőek, így a keletkező nyomaték nem egyenlő nullával. A ferrimágnesekre jellemző a spontán mágnesezés. A bennük lévő különböző részrácsok különböző atomokból vagy ionokból állnak, például lehetnek különböző vasionok, Fe 2+ és Fe 3+ . Egyes megrendelt fémötvözetek ferrimágneses tulajdonságokkal rendelkeznek, de főleg különféle oxidvegyületek, amelyek közül a ferritek a legnagyobb gyakorlati érdeklődésre számot tartóak .
A ferrimágnesek doménszerkezete két vagy több, antiferromágnesesen (antipárhuzamosan) kapcsolt részrácsból áll. Mivel az alrácsokat különböző kémiai elemek atomjai ( ionjai ) vagy ezek egyenlőtlen számú atomja alkotja, eltérő nagyságú, ellentétes irányban irányított mágneses momentumaik vannak. Ennek eredményeként az alrácsok mágneses momentumai között nullától eltérő különbség jelenik meg, ami a kristály spontán mágnesezéséhez vezet. Így a ferrimágnesek kompenzálatlan antiferromágneseknek tekinthetők (az atomok mágneses momentumai nincsenek kompenzálva). Ezek az anyagok a ferritekről - az első kompenzálatlan antiferromágnesekről - kapták a nevüket, és a ferritek mágnesességét ferrimágnesességnek nevezték. A ferritekben a doménszerkezet a ferromágnesekhez hasonlóan a Curie-pont alatti hőmérsékleten jön létre . A ferromágnesekre bevezetett összes mágneses jellemző a ferritekre vonatkozik. Ellentétben a ferromágnesekkel, nagy az ellenállásuk, kisebb a telítési indukciójuk, és az indukció összetettebb hőmérsékletfüggéssel rendelkezik. A fémek ferromágnesességét az egymással érintkező atomok között létrejövő cserekölcsönhatás, valamint a spin mágneses momentumok kölcsönös orientációja magyarázza. A ferrimágnesekben az ionok mágneses momentumai antiparallel orientációjúak, és a cserekölcsönhatás nem közvetlenül, hanem az О 2− oxigénionon keresztül jön létre . Ezt a cserekölcsönhatást közvetett cserének vagy túlcserének nevezik. A közbenső szög 0°-ról 180°-ra való közeledésével növekszik.
ferrimágneses anyagok
Jelenleg nagy figyelmet fordítanak a ferritekre . A ferritek a magnetit a- ból származnak , amely a természetben előforduló állandó mágnes, amely az emberiség történelme során ismert. A természetes ásvány, a vas-oxid vagy a magnetit Fe 3 O 4 régóta ismert az egyik mágneses anyag. Tekintettel a magnetit alacsony elektromos vezetőképességére (100 Ohm⋅cm), S. Gilbert (Németország) már 1909-ben javasolta a használatát nagyfrekvenciás mágneses áramkörökben. A gyenge mágneses tulajdonságok és mindenekelőtt az alacsony mágneses permeabilitás miatt azonban a vasferritek nem találtak gyakorlati felhasználásra; emellett maga a nagyfrekvenciás technika is ezekben az években tette meg első lépéseit. Csak az 1933-ban Hollandiában megkezdett intenzív kutatások után sikerült jelentősen javítani a ferritek tulajdonságait és megszervezni széleskörű technológiai bevezetésüket.
1936-ban a Philips laboratóriuma indította el az ilyen irányú tudományos kutatásokat. A második világháború végére J. Snoek hollandiai alapkutatásainak köszönhetően számos, 10 3 kezdeti mágneses permeabilitású szintetikus lágymágneses ferritet fejlesztettek ki [10.27].
A Szovjetunióban a ferritek fejlesztésének úttörői a GA által vezetett tudóscsoportok voltak. Szmolenszkij, N. N. Scholz, K. A. Piskarev, S. V. Vonszovszkij, K. M. Polivanov, S. A. Medvegyev, K. P. Belov, E. I. Kondorszkij, R. V. Telesnin, Ya. S. Shur, T. M. Perekalina, I. I. Yamzin, L. I. Rabkin, A. I. Obrazcov és még sokan mások [10.30, 10.31, 10.33].
A polikristályos anyagok csoportjába tartozó, köbös felületközpontú rácsos ferritek nagy mágneses permeabilitásának eléréséhez törekedni kell a szerkezeten belüli feszültségek és a kristályos anizotrópia csökkentésére. Más szóval, a magnetostrikciós és krisztallográfiai anizotrópia állandónak nullához közel kell lennie. A kutatások azt találták, hogy ha vas-oxid Fe 2 O 3 szilárd kristályos oldata képződik nem mágneses adalékanyaggal, akkor a Curie-pont szobahőmérséklethez közeli tartományba tolható el, és így a mágneses permeabilitás meredeken megnövelhető. az üzemi hőmérséklet tartomány. Nem mágneses komponensként a cink-oxid bizonyult a legalkalmasabbnak, mivel a cink-ferrit nem fordított mágneses formában, hanem normál, nem mágneses spinell formájában kristályosodik. A következő években a lágy mágneses ferritek nagy csoportját fejlesztették ki különböző frekvenciatartományokhoz cink és nikkel vagy cink és mangán hozzáadásával. A nikkel-cinkhez képest a mangán-cink ferriteknek nagyobb a mágneses permeabilitása és a telítési mágnesezettsége. Ezzel együtt a dielektromos veszteség tangens gyorsabban növekszik a mangán-cink ferriteknél, körülbelül 1 MHz-es frekvenciától kezdve; ennek oka a giromágneses vágási frekvencia alacsonyabb frekvenciái felé történő eltolódás, a szerkezet szemcseméretének növekedése, valamint az anyag elektromos ellenállásának csökkenése. Ezért a jó minőségű tekercsekben a mangán-cink ferriteket csak 2 MHz-ig, a 300 MHz-ig terjedő frekvencián történő működéshez pedig nikkel-cink ferritekből készítik, amelyek szintén köbös polikristályosak. szerkezetű, de alacsonyabb mágneses permeabilitással.
A gránátszerkezetű ritkaföldfém-ferritek ugyanolyan fontos helyet foglalnak el a technológiában, mint a spinel szerkezetű ferritek. A gránátok képlete a következőképpen írható fel: Me 3 Fe 5 O 12 , ahol Me egy ritkaföldfém-iont jelöl. A ritkaföldfém gránátok tanulmányozását nehezítette, hogy szerkezetüket a torz perovszkit típusnak tulajdonították. Az 50-es években X. Forestier és G. Guyot-Guillen (Franciaország) számos Fe 2 O 3 Me 2 O 3 osztályú vegyületet állított elő , ahol a Me jelentése lantán, prazeodímium, neodímium, szamárium, erbium, ittrium, gadolínium, tulium, diszprózium és itterbium. Azt találták, hogy ezeknek a vegyületeknek a telítési mágnesezettsége valamivel alacsonyabb, mint a nikkel-ferrit telítési mágnesezettsége, és két Curie-hőmérséklet van, 400 °C felett és 300 °C körül, amelyeknél a mágnesezettség nulla. Az egyik ilyen "Curie-pont" néhány ferrimágneses gránátra jellemző kompenzációs hőmérséklet. G. Guillot úgy vélte, hogy ennek az anyagnak perovszkit típusú köbös szerkezete van, és összefüggést állapított meg a Curie-hőmérséklet és a fémionok átmérője között. 1954-ben R. Potenay és X. Forestier (Franciaország) további adatokat publikált a gadolínium-, diszprozium- és erbium-ferritek mágnesezettségének hőmérséklet-függésére vonatkozóan. E. F. Berto és D. Forra (Franciaország) 1956-ban részletesebben megvizsgálta a Fe 2 O 3 Me 2 O 3 rendszert, és új szerkezet jelenlétét javasolta ehhez az anyagosztályhoz. Ez a szerkezet nyolc 5Re 2 O 3 3Me 2 O 3 képletegységet tartalmazó köbös elemi cellákból áll .
Ez a szerkezet izomorfnak bizonyult a klasszikus természetes gránáttal Ca 3 Fe 2 Si 3 O 12 . L. Néel, F. Berto, D. Forra és R. Potenay (Franciaország) a ferrimágneses anyagok új csoportját ritkaföldfém-gránátoknak nevezte.
1958-1970-ben. D. Geller és A. Gileo (USA), A. G. Titova, V. A. Timofeeva és N. D. Ursulyak (Szovjetunió) folytatta a gránát szerkezetének és az ittrium-gránát ferrimágneses tulajdonságainak tanulmányozását. Ez a vegyület bizonyult ezen anyagok osztályának legfontosabb képviselőjének. Az ilyen anyagok nélkülözhetetlennek bizonyultak a mikrohullámú készülékekben.