Физическая энциклопедия

ФЕРРИТЫ


(от лат. ferrum — железо), в прямом смысле — хим. соединения окиси железа Fe2O3 с окислами др. металлов; в более широком понимании — сложные окислы, содержащие железо и др. элементы. Большинство Ф. являются ферримагнетиками и сочетают ферромагнитные и полупроводниковые или диэлектрич. свойства, благодаря чему они получили широкое применение как магнитные материалы в радиотехнике, радиоэлектронике, вычислит. технике.
Рис. 1. Крист. структура ферритов-шпинелей: а — схематич. изображение элементарной ячейки шпинельной структуры (её удобно делить на 8 равных частей — октантов); б — расположение ионов в смежных октантах ячейки: белые кружки — ионы О2- образующие остов, чёрные — ионы металла в октаэдрич. и тетраэдрич. промежутках; в — ион металла в тетраэдрич. промежутке; г — ион металла в октаэдрич. промежутке.
В состав Ф. входят анионы кислорода О2-, образующие остов их кристаллич. решётки; в промежутках между ионами кислорода располагаются катионы Fe3+ , имеющие меньший радиус, чем анионы O2-, и катионы Меk+ металлов, к-рые могут иметь разл. ионные радиусы и разные валентности k. В результате косвенного обменного взаимодействия катионов Fe3+ и Меk+ в Ф. возникает ферримагнитное упорядочение с высокими значениями намагниченности и точек Кюри. Различают Ф.-шпинели, Ф.-гранаты, ортоферриты и гексаферриты.Ферриты-шпинели имеют структуру минерала шпинели с общей ф-лой MeOFe2O3, 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 к-рыми имеются 64 тетраэдрич. (А) и 32 октаэдрич. (В) позиции, частично заселённые катионами Fe3+ и Ме2+ (рис. 1). В зависимости от того, какие ионы и в каком порядке занимают позиции А и В, различают нормальные шпинели и обращённые шпинели. В обращённых шпинелях половина ионов Fe3+ находится в тетраэдрич. позициях, а в октаэдрич. позициях — 2-я половина ионов Fe3+ и ионы Ме2+ . При этом намагниченность (магн. момент) MA октаэдрич. подрешётки больше тетраэдрической МB, что приводит к возникновению ферримагнетизма.
Ферриты-гранаты элементов R3+ (Sm3+, Eu3+ , Gd3+ , Tb3+ Dy3+, Ho3+ , Er3+ , Tm3+, Yb3+, Lu3+ и Y3+ ) имеют кубич. структуру граната с общей ф-лой R3Fe5Ol2. Элементарная ячейка Ф.-гранатов содержит 8 молекул R3Fe5Ol2; в неё входят 96 ионов О2-, 24 иона R3+ и 40 ионов Fe3+ . В Ф.-гранатах имеется три типа позиций, в к-рых размещаются катионы: большая часть ионов Fe3+ занимает тетраэдрические (d), меньшая часть ионов Fe3+ — октаэдрические (а) и ионы R3+ — додекаэдрич. позиции (с). Соотношение величин и направлений намагниченностей катионов, занимающих позиции d, а, с, показано на рис. 2 .
Рис. 2. Схематич. изображение величин и направлений векторов намагниченности катионов, образующих магн. подрешётки d, а и с в ферритах-гранатах.
Ортоферритами наз. группу Ф. с орторомбической крист. структурой. Их образуют редкоземельные элементы по общей ф-ле RFeO3. Ортоферриты имеют структуру минерала перовскита. При не очень низких темп-рах в ортоферритах упорядочиваются только магн. моменты ионов железа. Ортоферриты явл. антиферромагнетиками и обладают слабым ферромагнетизмом. Только при очень низких темп-рах (порядка неск. К и ниже) в ортоферритах упорядочиваются магн. моменты редкоземельных ионов, и они становятся ферримагнетиками.
Ферриты гексагональной структуры (гексаферриты) представляют собой сложные окисные соединения, напр. PbFe12O19, Ba2Zn2Fe12O22 и др. Ячейка гексаферритов построена ив шпинельных блоков, разделённых блоками гексагональной структуры, содержащей ионы Pb2+, Ва2+ или Sr2+ .
Нек-рые гексаферриты обладают высокой коэрцитивной силой и применяются для изготовления пост. магнитов. Большинство Ф. со структурой шпинели, феррит-гранат иттрия и нек-рые гексаферриты используются как магнитно-мягкие материалы. Синтез поликрист. Ф. осуществляется по технологии изготовления керамики. Из смеси исходных окислов прессуют изделия нужной формы, к-рые подвергают затем спеканию при темп-рах от 900 до 1500°С на воздухе или в спец. газовых средах. Монокрист. Ф. выращиваются методами Чохральского, Вернейля и др. (см. МОНОКРИСТАЛЛ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ). Ф. нашли широкое применение в радиотехнике — ферритовые антенны, сердечники радиочастотных контуров; в СВЧ-технике — вентили и циркуляторы, использующие принцип невзаимного распространения эл.-магн. волны в волноводе, заполненном ферродиэлектриком; в вычислительной технике — элементы оперативной памяти; в магнитофонах и видеомагнитофонах — покрытие плёнок и дисков. Ф. применяют также для изготовления небольших постоянных магнитов.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

ФЕРРИТЫ

(лат. ferrum- железо) - общее название сложных окислов, содержащих железо и др. элементы. Большинство Ф. являетсяферримагнетиками(см. такжеАнтиферромагнетик, Слабый ферромагнетизм)и проявляет полупроводниковые или диэлектрич. свойства (см.Магнитные диэлектрики).

В состав Ф. входят анионы кислорода О2-, образующие остов их кристаллич. решётки, в промежутках между анионами О2-располагаются катионы Fe3+и катионы переходных металлов. Наиб. хорошо изучены свойства Ф.-шпинелей, Ф.-гранатов, ортоферритов и гексаферри-тов, различающихся по своей кристаллографич. имагнитной атомной структуре.

К Ф. также относятся Ф.- г а у с м а н и т ы (Мn2О3), л ит и е в ы е Ф. со структурой NaCl, Ф. Са и Ва с орторомбич. структурой.

Ф.-ш п и н е л и обладают кристаллич. структурой шпинели благородной MgAl2O4и имеют общую ф-лу MeOFe2O3, где Me - двухвалентный металл (Ni, Co, Fe, Мn и др.). К ним относятся также многочисл. смешанные Ф. состава где сумма валентностей Me и Me' равняется 4.

Идеальную кристаллич. решётку шпинели можно рассматривать как одну из кубич. плотных упаковок (рис. 1).


Рис. 1. Кристаллическая структура ферритов-шпинелей:а -схематическое изображение элементарной ячейки шпинельной структуры, разделённой на 8 октантов;б-расположение ионов в смежных октантах ячейки; белыекружки - анионы О2-, образующие остов решётки, чёрные - катионы в октаэдрических и тетраэдрических позициях;в-катион в тетраэдрическом окружении;г-катион в октаэдрическом окружении.

Элементарная ячейка представляет собой куб, образуемый 8 молекулами, и состоит из 32 анионов. Вакантные узлы, занимаемые катионами, по структуре ближайшего окружения подразделяются на 64 тетраэдрич. (А)и 32 октаэдрич. (В)позиции. Различают н о р м а л ь н ы е, о б р а щ ё н н ы е и с м е ш а н н ы е Ф.-шпинели. В нормальных шпинелях (ZnFe2O4, CdFe2O4) узлыВзаняты ионами трёхвалентного металла. В обращённых шпинелях все катионы Me находятся вВ-местах, а трёхвалентные (Fe) распределены поровну междуА-иB-местами. В смешанных Ф. порядок распределения катионов произволен.

Ф. со структурой нормальной шпинели оказываются антиферромагнитными, а со структурой обращённой шпинели- ферримагнитными. Обменные взаимодействия между катионами осуществляются косвенным образом (см.Косвенное обменное взаимодействие)и, как правило, являются отрицательными. Наиб. сильными обычно являются обменные взаимодействия между катионами, находящимися в позициях с разл. кристаллографич. окружением.

В частично или полностью обращённых шпинелях катионы, находящиеся в узлахАиB, образуют двемагнитные подрешётки(строго говоря, ионы Me и Fe3+в узлахАтакже образуют две подрешётки, магн. моменты к-рых ориентированы параллельно друг другу); намагниченности подрешётокАиВнаправлены в противоположные стороны, поэтому результирующая намагниченность обращённых шпинелей определяется магн. моментами двухвалентных ионов.

Ф.- г р а н а т ы имеют общую хим. ф-лу Me3Fe5O12, где Me-трёхвалентный 4f-ион либо Y, Bi, Са и др. Кристал-лич. структура Ф.-гранатов очень сложна и изоморфна структуре природного минерала граната CaAl3(SiO)4. В элементарную ячейку, представляющую собой куб, входят 8 формульных единиц. По структуре ближайшего окружения наряду с тетраэдрич. (d)и октаэдрич. (а)местами существуют додекаэдрич. (с) места, занимаемые Ме-ионами и окружённые 8 анионами О2-. Из 40 ионов Fe3+, находящихся в элемент. ячейке, 24 иона занимаютd-места и 16 ионов -а-места. НижеКюри точки,к-рая для всех Ф.-гранатов лежит в пределах в них возникает ферримагнетизм. Магн. структура Ф.-гранатов состоит из 20d- и 12f-магн. подрешёток. Как и в Ф.-шпинелях, наиб. сильным является косвенное обменное взаимодействие между ионами Fe3+ва-иd-местах, в значит, степени определяющее значение точки Кюри. В полях до 102Тл все железные подрешётки можно рассматривать как одну с результирующим магн. моментом, равным разности магн. моментовd-подрешёток. Магн. моментыf-подрешёток ориентированы антипараллельно результирующему магн. моментуd-подрешёток и образуют зонтичную структуру (кроме Ф.-граната Gd) (см. рис. 4 к ст.Ферримагнетизм).Все Ф.-гранаты, содержащие тяжёлые редкоземельные ионы, имеют точку магн. компенсации, по достижении к-рой результирующая намагниченность равна нулю. В них наблюдаются спонтанные и индуцированные внеш. магн. полем спин-переориентационные переходы (см.Магнитный фазовый переход).

О р т о ф е р р и т ы обладают кристаллич. структурой пе-ровскита СаТiO3. Среди большого ряда ортоферритов выделяются редкоземельные ортоферриты, ортохромиты и т. 3, где R - Tb, Dy и т. ориентаиионные фазовые переходы (изменение ориентации оси антиферромагнетизма), существует точка магн. компенсации слабых ферромагн. моментов и т.

Г е к с а ф е р р и т а м и наз. соединения типа BaFe12O19, Ba2Me2Fe12O22, BaMe2Fe16O27и др., где ионы Ва могут замещаться ионами Са, Rb, Sr. Элементарная ячейка гексаферритов состоит из шпинельных блоков, не содержащих Ва, разделённых блоками гексагональной структуры, имеющими эти ионы. В гексаферритах наблюдаются разл. типы магн. атомной структуры: существуют одноосные и легкоплоскостные гексаферриты, а также гексаферриты, обладающие конич. поверхностью лёгкого намагничивания.



Рис. 2. Элементарная ячейка редкоземельных ортоферритов: белые кружки-анионы О2-, чёрные -катионы железа, заштрихованные-катионы редкоземельных металлов. Показана структура ближайшего окружения катионов железа.

Ф. в качествемагнитных материаловшироко применяются в технике, особенно в радиотехнике и радиоэлектронике - в антеннах, сердечниках радиочастотных контуров, в СВЧ-технике (вентили и циркуляторы). Большинство Ф.-шпинелей, Ф.-гранат иттрия (железо-иттриевый гранат, ЖИГ) и нек-рые гексаферриты используются какмагнитно-мягкие материалы.Отд. гексаферриты обладают значит. коэрцитивной силой и применяются для изготовления пост. магнитов.

Многие Ф.-гранаты обладают рядом уникальных свойств; напр., в ЖИГ ширина линиимагнитного резонансасоставляет величину порядка 10-2Тл, так что добротность резонатора может достигать неск. тысяч. Эпитакси-альные плёнки Ф.-гранатов являются одним из лучших материалов для устройств сцилиндрическими магнитными доменами;нек-рые из них прозрачны и имеют большой угол фарадеевского вращения (см.Магнитооптика).При низких темп-pax Ф.-гранаты обладают большоймагнитной анизотропией,обусловленной редкоземельными ионами, и значит.магнитострикцией;в них удаётся возбудить бегущиеспиновые волныи наблюдать рассеяние света на спиновых волнах.

Лит.:Смит Я., Вейн Х., Ферриты, пер. с англ., М., 1962; Крупичка С, Физика ферритов и родственных им магнитных окислов, пер. с нем., т. 1, М., 1976; см. такжелит.при ст.Антиферромагнетизм, Ферримагнетизм. А. К. Звездин, С. Н. Уточкин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. ферриты—ФЕРРИТЫ химич. соединения окиси железа FesubOsub с окислами других металлов. У многих Ф. сочетаются высокая намагниченность и полупроводниковые или диэлектрич. свойства б...Большая советская энциклопедия
  2. ферриты—химические соединения окиси железа FesubOsub с окислами других металлов. У многих Ф. сочетаются высокая намагниченность и полупроводниковые или диэлектрические свойства б...Большая Советская энциклопедия II
  3. ферриты—неметаллич. тврдые магнитные материалыi по хим. составу соединения оксида железа FesubOsub с оксидами др. металлов делятся на Ф.шпинели MFesubOsub М никель кобальт марг...Большой энциклопедический политехнический словарь
  4. ферриты—неметаллические твердые магнитные материалы ферримагнетики химические соединения оксидов главным образом переходных металлов соксидом железа. Применяют ферриты со структу...Большой энциклопедический словарь II
  5. ферриты—ФЕРРИТЫ неметаллические твердые магнитные материалы ферримагнетики химические соединения оксидов главным образом переходных металлов с оксидом железа. Применяют ферриты ...Большой энциклопедический словарь III
  6. ферриты—ФЕРРИТЫ неметаллические твердые магнитные материалы ферримагнетики химические соединения оксидов главным образом переходных металлов с оксидом железа. Применяют ферриты...Большой Энциклопедический словарь V
  7. ферриты—неметаллич. тв. магн. материалы ферримагиетики хим. соединения оксидов гл. обр. переходных металлов с оксидом железа. Применяют Ф. со структурой шпинели т. н. феррошпине...Естествознание. Энциклопедический словарь
  8. ферриты—корень ФЕРР суффикс ИТ окончание Ы Основа слова ФЕРРИТВычисленный способ образования слова Суффиксальный ФЕРР ИТ Ы Слово Ферриты содержит следующие морфемы или ча...Морфемный разбор слова по составу
  9. ферриты—ферриты феррито...Русско-таджикский словарь
  10. ферриты—ФЕРРИТЫ неметаллические твердые магнитные материалы ферримагнетики химические соединения оксидов главным образом переходных металлов с оксидом железа. Применяют ферриты ...Современный энциклопедический словарь
  11. ферриты—сложные оксиды железаШ с более основными оксидами др. металлов. Иногда Ф. наз. вообще все ферримагнетикиi независимо от их хим. природы. Практически важные Ф. относятся к...Химическая энциклопедия
  12. ферриты—ФЕРРИТЫ неметаллические твердые магнитные материалы ферримагнетики химические соединения оксидов главным образом переходных металлов с оксидом железа. Применяют ферриты...Энциклопедический словарь естествознания
  13. ферриты—[ferrites] химическое соединение FesubOsub с оксидами других металлов полученных чаще всего переокислением Feсодержащих оксидных расплавов. К ферритам относят ферритышпи...Энциклопедический словарь по металлургии