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1 - CARACTÉRISTIQUES DES FERRITES

2 - PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES FERRITES SPINELLES ET GRENATS

3 - SYNTHÈSE DES FERRITES

  • 3.1 - Ferrites monocristallins
  • 3.2 - Ferrites polycristallins

4 - QUEL FERRITE POUR QUELLE APPLICATION ?

5 - FERRITES DE MANGANÈSE-ZINC ET APPLICATIONS

6 - FERRITES DE NICKEL-ZINC ET APPLICATIONS

7 - FERRITES À BASSE TEMPÉRATURE DE FRITTAGE POUR COMPOSANTS INDUCTIFS INTÉGRÉS

8 - FERRITES POUR HYPERFRÉQUENCES

9 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : E1760 v3

Propriétés physiques des ferrites spinelles et grenats
Ferrites faibles pertes pour applications fréquentielles

Auteur(s) : Richard LEBOURGEOIS

Date de publication : 10 févr. 2014

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Auteur(s)

  • Richard LEBOURGEOIS : Docteur de l'Institut National Polytechnique de Grenoble - Responsable des Études Ferrites et Diélectriques à Thales Research & Technology, Palaiseau, France

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INTRODUCTION

La découverte de nouveaux oxydes magnétiques appelés ferrites au début des années 1900 a tout d'abord motivé de nombreux théoriciens qui ont tenté d'expliquer leurs propriétés magnétiques. C'est à partir des années 1940-1950 qu'en France Louis Néel, qui sera prix Nobel de Physique en 1970, a commencé à élaborer sa théorie du ferrimagnétisme qu'il a appliquée à l'ensemble des ferrites avec succès. Cette théorie décrit essentiellement les propriétés magnétiques statiques de ces matériaux : aimantation à saturation et température de transition. Par la suite, on a découvert de nombreuses applications à ces nouveaux matériaux, notamment pour les utilisations à haute fréquence rendues possibles grâce à leur résistivité électrique élevée (> 1 Ω · m) qui distingue les oxydes des métaux.

Les ferrites sont obtenus en faisant réagir à haute température de l'oxyde de fer, principalement l'hématite αFe2O3, avec d'autres oxydes métalliques. La grande diversité des ferrites vient des nombreuses possibilités de substitutions cationiques dans leurs solutions solides. Cela donne autant de propriétés magnétiques différentes que de combinaisons possibles. Nous essaierons de montrer que pour chaque type d'application (niveau de puissance, gamme de fréquence, gamme de température) il existe un matériau optimisé et que son optimisation passe par une analyse détaillée de son environnement électrique.

Nous terminerons cette introduction en précisant que le nom « ferrite » désignant les oxydes ferrimagnétiques est masculin mais qu'il existe aussi la ferrite qui désigne une variété allotropique du fer. Nombreux sont les utilisateurs de ces oxydes qui pour désigner le noyau d'une inductance parlent de « la ferrite », sans doute en référence à la self-inductance (souvent appelée bobine) qu'il permet de réaliser.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-e1760


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2. Propriétés physiques des ferrites spinelles et grenats

2.1 Structures cristallographiques et compositions chimiques

Les ferrites sont des oxydes ferrimagnétiques dont l'élément métallique majeur est le fer. Les ferrites doux utilisés pour leur perméabilité élevée ou leurs faibles pertes ont une structure cristallographique cubique. Les deux grandes familles de ferrites doux sont les spinelles et les grenats.

HAUT DE PAGE

2.1.1 Structure spinelle

Les formules chimiques des ferrites de structure spinelle s'écrivent MeFe2O4. Dans la structure la plus simple, Me représente un cation métallique divalent, le fer se trouvant dans un état trivalent. Les ferrites les plus intéressants pour les applications sont complexes et Me représente alors une association d'ions divalents (Mn2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+, Co2+, Cu2+...), mais également des combinaisons d'ions monovalents (Li+), trivalents (Fe3+, Mn3+) voire tétravalents (Ti4+, Sn4+) pourvu que leurs rayons ioniques soient compatibles avec le volume des sites interstitiels disponibles (sites tétraédriques ou octaédriques) et que l'électroneutralité soit respectée. Citons pour les plus importants :

  • les ferrites de manganèse-zinc :

  • les ferrites de nickel-zinc ou de nickel-zinc-cuivre :

Un exemple de combinaison d'ions monovalents et trivalents est le ferrite de lithium utilisé en hyperfréquence LiFe5O8 qui peut s'écrire également .

Dans cette structure, les anions O2– sont les ions de plus grandes dimensions (r ≈ 0,14 nm ou 1,4 Å). Ils forment un réseau compact cubique à faces centrées...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BERTAUT (F.), FORRAT (F.) -   Structure des ferrites ferrimagnétiques des terres rares  -  . CR Hebd. Séan. Acad. Sci. (F) 242, p. 382 (1956).

  • (2) - SMIT (J.), WIJN (H.P.J.) -   Les ferrites  -  . Dunod (1961).

  • (3) - GUYOT (M.), CAGAN (V.) -   Temperature dependence of the domain wall mobility in YIG, deduced from the frequency spectra of the initial susceptibility of polycrystals  -  . JMMM 27, pp. 202-208 (1982).

  • (4) - LEBOURGEOIS (R.), PERRIAT (P.), LABEYRIE (M.) -   High and low level frequency losses in Ni-Zn and Mn-Zn spinel ferrites  -  I. CF 6, Tokyo, p. 1159 (1992).

  • (5) - MORINEAU (R.), PAULUS (M.) -   Chart of pO2 versus temperature and oxidization degree for Mn-Zn ferrites  -  . IEEE Trans. Mag., Mag. II, 1975, pp. 1312-1314.

  • (6) - LEBOURGEOIS (R.), GANNE (J.P.), PIGNARD (S.), GARRIN (P.),...

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ANNEXES

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