Фото: Росэлектроника
Примерно пару тысячелетий назад людям стало известно о чудесных камнях, которые притягиваются к железным изделиям. Позже человечество научилось пользоваться не только природными магнитами – были созданы искусственные сплавы, например, ферриты. Интерес к ним возрос благодаря спросу на изделия из высокочастотных магнитных материалов, которые очень нужны в электронике, машиностроении, космической промышленности.
Родиной отечественных ферритов является Санкт-Петербург. Именно здесь в 1959 году был организован Институт по изучению ферритов, на базе которого позже сформировался НИИ «Феррит-Домен». Сегодня это предприятие холдинга «Росэлектроника» разрабатывает целую линейку ферритовых приборов, которые применяются в различных отраслях: от цифрового телевидения до сверхмощных коллайдеров.
Естественное и искусственное происхождение магнита
Еще на заре цивилизации стало известно о камнях, способных притягивать к себе железные предметы. Собственно, само происхождение названия «магнит» имеет древнегреческие корни. В местечке Магнисия впервые были найдены залежи необычной горной породы, которая была названа «камень из Магнисии». В те времена такие камни наделялись и мистическими свойствами. Какие только чудеса магнитам не приписывались – ими лечили различные болезни (кстати, и сегодня существует магнитотерапия), из них изготовляли амулеты для отпугивания злых духов и т.д. Пока наконец-то магниты не нашли вполне разумное практическое применение – легли в основу первых компасов.
На протяжении столетий использование естественных, или природных, магнитов было единственным способом для генерации магнитного поля. Позже было создано поле искусственного происхождения, под воздействием электричества, а затем появились искусственные магниты. Это материалы, которые изготавливаются человеком и представляют собой специальные сплавы.
Так в 1930-х годах был получен сплав альнико (алюминий-никель-кобальт). Доступная стоимость наряду с хорошими магнитными свойства сделали этот материал популярным на несколько десятилетий вперед. Попытки найти более эффективную и выгодную альтернативу альнико не приостанавливались. Исторической родиной магнитотвердых ферритов считается Япония, где в 1955 году появился первый коммерческий образец данного материала. Вскоре и в СССР узнали, что такое ферритовые магниты, и уже к середине 1960-х годов советской промышленностью был освоен их массовый выпуск.
Родиной отечественных ферритов считается Ленинград, где в 1935 году были начаты работы по созданию магнитодиэлектриков, открывших возможности для разработки разнообразных ферритов. А в 1959 году в городе на Неве начал работу НИИ ферритов для изучения магнитных материалов. Сегодня это Научно-исследовательский институт «Феррит-Домен», который по-прежнему остается лидером ферритовой отрасли России.
Что такое феррит и как его «добывают»
Феррит образуется из химического соединения оксидов железа с оксидами других металлов, такими как марганец, барий, цинк и никель. Оксид железа является базой для любого феррита – до 90% их состава приходится на оксид железа. Поэтому ферритовые магниты остаются самыми выгодными в производстве. В первую очередь, потому что оксид железа очень распространен в природе. Кроме того, ежегодно металлургическая отрасль в качестве отходов выдает огромное количество синтетического оксида железа. Таким образом, это практически бесконечный источник дешевого сырья для изготовления ферритовых магнитов.
Фото: «Феррит-Домен»
Сам процесс создания ферритового изделия довольно прост. Нужную смесь помещают в печь при температуре около 1000 градусов. Затем ферритовый порошок передается на прессование. В итоге образуется заготовка различной формы – это может быть стержень, диск, кольцо или пластина. После этого заготовки еще раз обжигаются и шлифуются. Несмотря на простой принцип технологии, в процессе своего «рождения» ферритовая деталь может пройти до ста технологических операций.
Ферриты стратегического значения
Уникальные магнитные характеристики и низкая электропроводность сделала ферриты ведущим магнитным материалом в высокочастотной технике. Встретиться с ферритами в повседневной жизни можно практически повсеместно. Например, феррит стал основой для защиты электронных приборов. Ферритовое кольцо, надетое на кабель, помогает снизить влияние радиочастотных и электромагнитных помех на сигнал, который передается по проводу. Многие видели на кабелях питания компьютера небольшие цилиндры – это и есть то самое «ферритовое кольцо». Компьютерный кабель, как и кабели другого силового оборудования, могут работать как антенны – излучать различные шумы, тем самым создавая помехи для электроники вокруг. И наоборот, сам компьютерный кабель может стать «жертвой» помех от других устройств. Вот для устранения всех этих неурядиц и используется ферритовое кольцо.
Это, конечно, далеко не единственный пример применения ферритов в повседневном окружении. Ферриты используются в изготовлении бесконтактных датчиков для электронных пропускных систем, во встроенных антеннах мобильных телефонов для усиления сигнала, в слуховых аппаратах для уменьшения их размера. Как и тысячелетия назад нашли они свое применение и в лечении – ферриты применяются в магнитотерапии при остеохондрозе, для улучшения кровообращения.
В оборонной промышленности также множество примеров использования ферритов. Например, они входят в состав деталей антенных систем сухопутных, морских и авиационных радиолокаторов. На основе ферритов созданы фазовращатели, которые используются в фазированных антенных решетках (ФАР). Иногда такие ферриты называют «излучающими».
«Поглощающие» ферриты прямо противоположны по своему назначению. Например, их можно обнаружить в составе покрытий военных объектов, которые должны обладать малой заметностью. Плиткой из «поглощающих» ферритов покрывают стены помещений, в которых работает секретное оборудование. Такие материалы используются и для изготовления безэховых камер.
Специалистами «Феррит-Домен» ведется разработка инновационного радиопоглощающего материала на основе феррита для безэховых камер. Среди основных преимуществ новинки – минимальные массогабаритные характеристики. Кроме того, новый материал на основе феррита обеспечит высокий уровень поглощения. Как сообщили в НИИ «Феррит-Домен» серийное производство новых радиопоглощающих покрытий планируется начать в 2025 году.
Ферритовые циркуляторы и вентили. Фото: «Феррит-Домен»
Это не единственная «ферритовая» новинка предприятия. В рамках программы импортозамещения «Феррит-Домен» разрабатывает линейку ферритовых приборов – узкополосных циркуляторов высокого уровня мощности. Такие компоненты могут использоваться как в устройствах широкого потребления, например, в оборудовании для цифрового телевидения, так и в крупнейших научных проектах. Например, для исследования элементарных частиц в ядерной энергетике. Ожидается, что ферритовые циркуляторы от «Феррит-Домена» будут работать и в перспективных сверхмощных коллайдерах, строительство которых запланировано в Сарове, Новосибирске и на Дальнем Востоке.
