Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
[Ьа8+!_* А/| ] [Мп»+1_л; Мп/+] 03
16.3. Примеры магнитных материалов
159»
Таблица 16.8. Кристаллографические параметры ильменита
Пространственная группа РеТЮз: (СггСу КЗс). Параметры ромбоэдрической ячейки: а— 5,538 А, а= 54,41°. Параметры гексагональной ячейки: а = 5,048 А, с = 14,026 А.
Атом Тип позиции Координаты атомов
Ре 6с 0, 0 и: и = 0,358
Т1 6с 0, 0, и: и -0,142
О 18Г и, V, хю: и = 0,305, ь = 0,015, и» = 0,25
В них ионы больших размеров Ьа3+ и А2+ занимают позиции с КЧ 12, а ионы Мп3+- 4+ расположены в октаэдрических узлах. В качестве ионов А могут выступать Са2+, 5г2+, Ва2+, Сс12+,. РЬ2|\ В результате более подробных исследований таких систем было обнаружено, что их фазовые диаграммы, магнитные свойства и кристаллохнмические характеристики весьма сложны.
16.3,6. Магнетоплюмбиты
Магнетоплюмбит — это минерал РЬРе^Ою; соединение с той же структурой, в которой свинец заменен барием, ВаРе^Ою (гек-саферрит бария), является важным компонентом постоянных магнитов. Структура магиетоплюмбита родственна структуре р-глинозема «ЫаА1ц017» (гл. 13). Последняя представляет собой илотноупаковапную кристаллическую структуру. В одной субъячейке помещается пять кислородных слоев. Каждый слой-содержит по четыре иона кислорода в одной элементарной ячейке. Основная особенность структуры состоит в том, что в каждом пятом слое три четверти ионов кислорода отсутствует. Следовательно, в каждой пятислойной субъячейке имеется (4-4) —1— + 1 = 17 ионов кислорода. В р1-глиноземе пустые позиции в пятом слое заняты ионами Маь. Магнетоплюмбит имеет такую же пятислойпую ячейку, как и р1-глинозем; четыре слоя представляют собой плотноупакованные слои ионов кислорода. В пятом слое ионы кислорода занимают лишь три четверти общего -количества кислородных узлов. В остальных позициях кислород-пых ионов находятся большие двухзарядные катионы РЬ2+ или Ва21. Следовательно, в одной субъячейке имеется (4-4) + + (1-3) = 19 кислородных ионов и один ион Ва2+ или РЬ2+, дополняющие пятый кислородный слой.
Гексаферрит бария имеет весьма сложную магнитную структуру, так как ионы Ре3+ занимают пять различных кристалло
160
16. Магнитные свойства
графических позиций. Однако суммарный магнитный момент ВаРе^Ою складывается из магнитных моментов восьми ионов Ие3*, ориентированных в одном направлении, и магнитных моментов четырех ионов Ре3+, ориентированных антипараллелы-ю. В результате суммарный магнитный момент равен ~20ц,в.
16.4. Применение. Взаимосвязь структуры и свойств
Магнитные свойства материала зависят от многих параметров. В настоящее время возможно «конструировать» материалы с необходимым набором свойств путем тщательного контроля состава и выбора методов получения. В данном разделе кратко обсудим некоторые области применения магнитных материалов и факторы, влияющие на подбор материалов для особых целей.
16.4.1. Сердечники трансформаторов
В основном ферро- и ферримагнитные материалы используются в качестве сердечников трансформаторов и электромоторов. Для этих целей необходимо иметь магнитно-мягкие материалы с высоким коэффициентом преобразования энергии и низкими магнитными потерями. Магнитно-мягкие материалы обладают высокой магнитной проницаемостью (они легко намагничиваются в слабых магнитных полях) и низкой коэрцитивной силой. Это обеспечивает низкие потери на гистерезис. Все эти свойства характерны для материалов с низким коэффициентом магнитострикции %3 И низким коэффициентом магнит-нон кристаллографической анизотропии К\. Магнитно-мягкие материалы — это такие материалы, в которых доменные стенки могут легко перемещаться. Все вышеперечисленные параметры легко варьируются путем подбора состава материала и методов его получения.
Помимо уменьшения потерь на гистерезис серьезную проблему представляет собой борьба с вихревыми токами в материалах с низким электрическим сопротивлением. Особое значение это имеет при использовании магнитных полей высокой частоты, так как сила вихревых токов пропорциональна квадрату частоты. Вихревые токи в таких металлах, как железо, можно понизить при сплавлении железа, например, с никелем или кремнием. Понижение силы вихревых токов происходит из-за того, что сплавы, как правило, имеют сопротивление гораздо выше, чем сопротивление чистых металлов. Одно из основных преимуществ ферримагнитных оксидов, таких, как марганец-цинковые
36.4. Применение. Взаимосвязь структуры н свойств
161
ферриты, никель-цинковые ферриты и железо-иттриевый гранат, состоит в том, что, будучи правильно синтезированными, они обладают высоким электрическим сопротивлением и вихревые токи в них пренебрежимо малы. Особенно высокое электрическое сопротивление имеет железо-иттриевый гранат, поскольку
в его состав входят катионы только трехвалентных металлов, что затрудняет электронную проводимость. Проводимость этого материала при комнатной температуре составляет 10~12 (Ом-см)""1. При использовании ферритов необходимо специально заботиться о том, чтобы все ионы железа имели заряд -1-3. Иначе возможен перенос электронов в ходе окислптелы-го-вос-стаповительиой ре а кци и:
