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 O2-, образующие остов их кристаллической решётки. В промежутках между ионами кислорода располагаются Катионы Fe3+, имеющие меньший радиус, чем анионы O2-, и катионы Mek+ 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 Mek+ 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 Шпинели с 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 O2-, 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 MA октаэдрической подрешётки больше тетраэдрической MB, 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 O2-, 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 O2-, 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+), O2- 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 О2-, 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..