Ферриты

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 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 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) 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 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. 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.