Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les ferrites sont des oxydes magnétiques dont les propriétés remarquables dépendent de la structure cristallographique, de la composition chimique et de la microstructure. Les ferrites de structure cubique (spinelle et grenat) qui font l’objet de cet article font partie des matériaux magnétiques doux (faible champ coercitif et faibles pertes magnétiques). Ils peuvent être utilisés de 10 kHz à plusieurs dizaines de GHz mais, pour chaque application, l’utilisateur se doit de trouver la meilleure référence parmi une multitude de choix possibles. Cet article a pour but de l’aider dans cette démarche.
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Richard LEBOURGEOIS : Docteur de l'Institut National Polytechnique de Grenoble - Responsable des Études Ferrites et Diélectriques à Thales Research & Technology, Palaiseau, France
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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MOTS-CLÉS
électronique de puissance modules hyperfréquences matériaux magnétiques composants passifs
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1987 par Patrick BEUZELIN
- Version archivée 2 de févr. 2000 par Richard LEBOURGEOIS
DOI (Digital Object Identifier)
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Caractéristiques des ferrites9. Conclusion
Les ferrites doux restent des matériaux indispensables pour l'électronique moderne. Même si les applications évoluent, les changements conduisent à des fonctionnements à des fréquences ou à des températures toujours plus élevées. Grâce à leur résistivité électrique élevée, les ferrites doux sont incontournables pour la réalisation des fonctions passives inductives : inductance, transformateur, filtre pour l'électronique de puissance, circulateur, isolateur ou filtre accordable en hyperfréquence. Les améliorations des performances concernant les ferrites industriels mis en forme de manière conventionnelle restent incrémentales et ne permettent pas d'atteindre des gains attendus pour réaliser de véritables sauts technologiques. Les enjeux actuels sont principalement la mise en forme et l'intégration. Les stratégies d'intégration à partir de noyaux ferrites conventionnels, c'est-à-dire obtenus par simple frittage de pièces moulées, semblent être arrivées aux limites. Les développements futurs se tournent à présent vers des techniques de cofrittage qui permettent de réaliser en un seul traitement thermique des fonctions plus abouties allant des simples inductances à des fonctions de type filtres dans lesquelles on retrouve des parties magnétiques, diélectriques et métalliques. Pour ce faire, il est indispensable de diminuer les températures de synthèse et de frittage. Le but est d'obtenir des ferrites qui puissent être densifiés à des températures maximales de 900 °C pour pouvoir être compatibles avec des métallisations en argent tout en conservant les propriétés initiales des parties céramiques (magnétiques et diélectriques) et métalliques.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BERTAUT (F.), FORRAT (F.) - Structure des ferrites ferrimagnétiques des terres rares - . CR Hebd. Séan. Acad. Sci. (F) 242, p. 382 (1956).
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(2) - SMIT (J.), WIJN (H.P.J.) - Les ferrites - . Dunod (1961).
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(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).
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(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).
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(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.),...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Électronique de puissance. Introduction
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Alimentations continues stabilisées
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Amplificateurs
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Antennes actives. Principes de conception
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