химические соединения окиси железа Fe
2O
3 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 Fe
3+, 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 Fe
3+ 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.
Ферр
иты-шпинел и имеют структуру минерала
Шпинели с общей формулой MeFe
2O
4, где Me - Ni
2+, Co
2+, Fe
2+, Mn
2+, Mg
2+, Li
1+, Cu
2+. Элементарная ячейка Ф.-шпинели представляет собой куб, образуемый 8 молекулами MeOFe
2O
3 и состоящий из 32 анионов O
2-, между которыми имеется 64 тетраэдрических (
А) и 32 октаэдрических (
В)
промежутков, частично заселённых катионами Fe
3+ и Me
2+ (
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 Fe
3+ находится в тетраэдрических промежутках, а в октаэдрических промежутках - 2-я половина ионов Fe
3+ и ионы Me
2+. 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 RFeO
3-. 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.