Ferritas con cicldeo histeresi s rectangular

Ferritas con ciclo de histeresis rectangular

DEMETRIO ALVAREZ-ESTRADA y CARLOS MOüRE JIMENEZ Doctor en Ciencias Químicas Licenciado en Ciencias Físicas

Investigador Científico Colaborador Científico del Instituto de Cerámica y Vidrio del Instituto de Cerámica y Vidrio

RESUMEN

Se revisa la literatura sobre ferritas de histeresis rectagular, en relación con la composición química de dichas ferritas. Después de definir algunos parámetros, como rectangularidad, campo coercitivo y tiempo de conmutación, se indican cuáles son las teorias propuestas para explicar el fenómeno de rectangularidad. Finalmente se pasa revista a los diferentes sistemas en cuyo seno se ha hallado rectangularidad, haciendo hincapié en los dos que actualmente tienen importancia industrial: ferrita de magnesio-manganeso y ferrita de litio-níquel.

SUMMARY

The literature on rectangular hysteresis ferrites is reviewed in relation to the ir chemical composition. After defining some parameters, such as rectangularity, coercive field and commutation time, the theories proposed for explaining the phenomena of rectangularity are indicated.

Finally, a description is made of those système showing rectangularity stressing the two which at present have industrial importance: Magnesium-manganese ferrite and lithium-nickel ferrite.

I. Introducción

Durante los últimos quince años, los materiales magnéticos con ciclo rectangular de histeresis han experimentado un gran desarrollo. La razón ha sido su utilidad en el diseño y construcción de memorias magnéticas y circuitos lógicos. Las necesidades crecientes de rapidez y miniaturización en el campo

* Conferencia pronunciada en la IX Reunión Anual de la Sociedad Española de Cerámica, celebrada en San Sebastián, durante los días 5-8 de octubre de 1969.

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de los cerebros electrónicos, de las calculadoras y computadoras exigen un constante perfeccionamiento de sus elementos básicos, entre los que se encuentran los circuitos de almacenaje de información.

Los primeros materiales con ciclo rectangular de histeresis conocidos fueron aleaciones del tipo Permalloy y Perminvar (1), los cuales presentan dicho fenómeno después de sufrir unos tratamientos especiales, mecánicos y térmicos, que inducen una anisotropía magnetocristalina y orientan los dominios de magnetización. Para su aplicación práctica, en circuitos de memorias, estas aleaciones se laminaban hasta espesores muy pequeños (50/i) y la cinta se bobinaba para formar núcleos. El problema, casi insoluble, de estos materiales, reside en su elevada conductividad, la cual es causa de una gran limitación en la velocidad a que puede trabajar la computadora, ya que para frecuencias de impulsos elevados, las corrientes de torbellino destruyen la rectangularidad. En la actualidad, y con pocas excepciones, en aplicaciones muy especializadas, los núcleos de ferrita de elevada resistividad (10" a 10" veces mayor que la de los metales) han ganado la partida a las aleaciones por su mayor manejabilidad, posibilidades de miniaturización, y versatilidad de sus parámetros, sobre los que puede actuarse casi a voluntad, sin más que introducir las variaciones oportunas en su composición.

El intento de este artículo es presentar una breve revisión del desarrollo de estos materiales, en sus aspectos físico y químico, en función de las necesidades requeridas en sus empleos.

Las ferritas con ciclo de histeresis rectangular pertenecen, en su casi totalidad, al grupo de ferritas que cristalizan en el sistema cúbico, con una estructura reticular idéntica a la del mineral espinela MgAlaO^. Las propiedades cristaloquímicas de dichas ferroespinelas han sido ampliamente estudiadas por Gorter (2) y Blasse (3) y sus propiedades magnéticas por Néel (4). La celdilla unidad está integrada por 8 moléculas de MeFe^Oí (fig. 1); los 32 átomos de oxígeno forman un empaquetamiento cúbico de caras centradas, que deja dos tipos de lugares intersticiales: de coordinación tetraédrica, o lugares A, y de coordinación octaédrica o lugares B. De estos lugares disponibles, están ocupados por iones metálicos 8 tetraédricos y 16 octaédricos. De cómo están distribuidos los iones divalentes y trivalentes en esos lugares, dependen en gran medida las propiedades magnéticas de cada ferrita. Los distintos cationes presentan diferentes afinidades por cada uno de estos lugares (5). Por ejemplo, los iones Zn^*, Cd " , Mn " manifiestan una acusada preferencia por los lugares tetraédricos ; los iones Ni^^, Co " , Mn " , Cr " , Fe " por los octaédricos, y los iones Fe'*' , Cu^^, Mg^*, no presentan predilección por ninguno de estos lu-

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gares. Estas diferencias han permitido clasificar esas espinelas en tres tipos diferentes :

1.° Normales, con los iones divalentes en los lugares A; por ejemplo, ZnFCjO,.

2.° Inversas, con los iones divalentes en los lugares B, y los trivalentes repartidos entre los A y los B ; por ejemplo, NiPejO^.

3.° Mixtas, con una distribución de iones intermedia entre las dos anteriores, como la MgFCaOi.

La red de espinela admite en sus huecos intersticiales un amplio número de cationes, no sólo divalentes y trivalentes, sino de otras valencias, como el

FiG. 1.—Celdilla unidad de espinela. Los iones se muestran solo sobre dos ociantes. Los circuios grandes son iones de oxigeno; los círculos pequeños blancos, iones metálicos en lugares tetraédricos; los circuios pequeños sombreados, iones metálicos en lugares octaédricos (según

Gorter (2) ) .

Li^, con tal de que se conserve la neutralidad eléctrica. La solubiHdad sólida de las diversas ferritas simples entre sí, abarca todas las proporciones. Esta es la causa de que existan, con idéntica estructura, y con cinco o seis cationes básicos, una tan amplia variedad de materiales utilizables en muchos y muy

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diferentes campos del electromagnetismo, con propiedades a veces opuestas. Precisamente, en el transcurso de una investigación encaminada a la mejora de las propiedades de la ferrita de magnesio para su utilización como elemento en circuitos de microondas, al ensayar el efecto de la adición de iones de manganeso, se descubrió, para una cierta composición ferrita de magnesio-fe-rrita de manganeso, el desarrollo de un ciclo rectangular de histeresis. Este fue el punto inicial de un proceso, aún no interrumpido, de investigación, extensa e intensa, alrededor de un material que desde un principio prometía excelentes posibilidades técnicas. Fruto de estos esfuerzos lo constituye la amplia gama de composiciones de ferritas que puede hallarse en la literatura científica y técnica, que han ido naciendo para resolver o intentar resolver los problemas que simultáneamente se han presentado conforme el proceso de investigación mostraba las limitaciones de cada tipo particular de composición.

II. Teorías sobre las causas de la rectangularidad

El descubrimiento de un material que espontáneamente, sin ningún tratamiento especial, desarrollaba un ciclo rectangular de histeresis, constituyó en cierto modo una sorpresa, pues toda la experiencia anterior con metales indicaba la necesidad de introducir artificialmente una intensa anisotropía unidireccional. El intento de encontrar al hecho una explicación teórica fue abordado inmediatamente. Wijn (6) y sus colaboradores, basándose en la negati-vidad de la constante de anisotropía magnetocristalina, que presentan la mayoría de las ferroespinelas, desarrollan una teoría según la cual una ferrita poseerá un ciclo rectangular intrínseco cuando esta anisotropía cristalina predomine sobre la anisotropía de tensiones y las anisotropías de forma, lo que traducido a parámetros medibles significa: permeabilidad inicial pequeña y permeabilidad máxima grande, con una razón entre ambas que puede valer hasta 60, frente a valores normales del orden de 10; un valor nulo o casi nulo de la magnetostricción lineal en la dirección de la anisotropía; y baja porosidad del núcleo policristalino.

Para Goodenough (7), la causa de la deterioración de la horizontabili-dad de los tramos superior e inferior del ciclo de histeresis de una ferrita que tenga una elevada retentividad, es la aparición de núcleos de dominios de magnetización inversa a la aplicada. Estos núcleos se localizan fundamentalmente en los poros e inclusiones granulares cuya magnitud sea superior a un cierto tamaño crítico; en los límites intergranulares; y en las dislocaciones, y precipitaciones lamelares, que actúan de un modo muy semejante

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a los límites intergranulares. Baltzer (8) propuso como condición necesaria para el desarollo de un ciclo rectangular espontáneo, que el valor de la energía de anisotropía magnetocristalina efectiva de dominios fuese nulo o cercano a cero, basándose para esta conclusión en medidas de magnetos-tricción realizadas en núcleos diferentes de magnesio-manganeso. Ninguna de estas teorías puede considerarse como definitiva ni excluyente de las restantes, y todas pueden presentar en su apoyo hechos experimentales que las confirmen. Probablemente sea una síntesis de todas ellas la que proporcione un modelo teórico que explique este fenómeno en su totalidad y permita determinar previamente la existencia de nuevos sistemas de materiales.

FiG. 2.—Ciclos de histeresis de forma rectangular. El ciclo exterior es el ciclo máximo. El interior es uno de los ciclos menores.

La forma típica de la curva de histeresis rectangular es la que muestra la figura 2. Vamos a definir algunos parámetros que mencionaremos con frecuencia más adelante.

Ho es el campo coercitivo, para el cual la inducción se anula.

Hm es el campo máximo aplicado para un determinado ciclo. Hs es el campo que satura al núcleo.

B-m/2 Rj = es la razón de rectangularidad o simplemente rectangulari-

Bm dad. Rs varía para cada valor de H desde O hasta H^. Existe pues un valor

una

B-o.i

R , , que es una constante del material. Por comodidad se escoge un coefi s (max) T. ^

Cíente a = B,

para definir la rectangularidad.



Remanencia es la razón entre B^ y Bm; Br es el valor de B para H = O medido en un ciclo que comienza a partir de un cierto H^.

Ho es el campo umbral, a partir del cual la inducción varía muy rápidamente. Se llama retentividad a la capacidad de un núcleo de permanecer con su imanación remanente inalterada, mientras que los valores de H no sobrepasen H,„ ó Ho, según la dirección en que se recorra el ciclo.

Tiempo de conmutación, se ha deñnido, a efectos prácticos, como el tiempo necesario para que un 90 % del flujo total invierta su sentido después de aplicar un campo —Hn, a un núcleo que se halla en un estado + Br.

III. Ferritas de magnesio-manganeso

Dijimos que la primera ferrita con ciclo de histeresis rectangular espontáneo que se sintetizó, pertenecía al sistema ternario MgO-MnO-FeaOj ; esta ferrita presentaba una rectangularidad Br/Bs = 0,9, un campo coercitivo Ho = = 1,5 oers, y una elevada resistencia eléctrica (9). Una vez vislumbradas las grandes posibilidades de este material, comenzó una exploración completa del sistema con objeto de determinar cuáles podrían ser las composiciones que rindieran los mejores resultados en su empleo como elementos de memorias. Los resultados de esta investigación los resume Schoemberg (10) del siguiente modo :

1." Aun con porcentajes tan bajos de FCjOg como 25 mol %, se conserva rectangularidad, siempre que el porcentaje de MnO sea elevado.

2° Al aumentar el porcentaje molar del MgO, ha de aumentar paralelamente el de FejOg.

3.° Se requieren mínimos de 8 moles % de MgO y de 4-5 moles % de MnO para obtener ciclos rectangulares bien definidos.

4.° No debe sobrepasarse un porcentaje de 50 moles % de Fe^Os, estando el más favorable comprendido entre 40 y 45 moles % de FegOg.

Todo lo cual puede resumirse en el diagrama triangular representado en la figura 3.

Vemos la amplia zona en que es posible moverse sin detrimento de las propiedades que son interesantes. Es esta posibilidad de jugar con los distintos porcentajes de cada ion para variar a voluntad los parámetros magnéticos, según la característica que interese realzar en cada momento, unido a un proceso de fabricación que no es complicado en exceso, lo que hace que este

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sistema continúe siendo en la actualidad la base de la producción industrial de los núcleos para memorias, a pesar del descubrimiento y desarrollo de multitud de otros diferentes que como veremos después, en ocasiones poseen alguna cualidad que sobrepasa a la equivalente en este sistema.

MgO

MnO Fe205

FiG. 3.—Diagrama triaxial del sistema MgO-MnO-FeiO,, que muestra las fronteras del área de' composiciones que proporcionan rectangularidad; las líneas de trazos limitan un área pre

ferente (según Schoemberg (10 c) ).

Muy poco después de la comunicación de este descubrimiento, ya se señalaba (11) lo que quizás constituye el principal inconveniente de estas ferritas: Hegyi indicó la dificultad de conseguir una buena reproducibilidad de propiedades, cuando el porcentaje de MgO sobrepasaba el valor de 15 moles %, y atribuyó este hecho a la fuerte dependencia respecto del programa de enfriamiento de los núcleos sinterizados, de la distribución en la malla de espinela de los iones Mg^^.

La preparación de los núcleos sinterizados no requiere ninguna condición especial que la diferencie de los procesos típicos de fabricación de ferritas. La influencia que los parámetros de fabricación podrían ejercer sobre las propiedades de rectangularidad fueron estudiadas por Ecónomos (12), que también se ocupó de la influencia de la composición. Utilizó como materiales de



partida los carbonatos de los elementos constituyentes, que ya habían demostrado poseer ventajas sobre los óxidos al proporcionar mayores velocidades de reacción, y estudió los efectos de la calcinación previa de la mezcla inicial, de las temperaturas y atmósferas de cocción y de los ciclos de enfriamiento. Las conclusiones fueron: existencia de una temperatura óptima de sinteri-zación para cada composición, sobrepasada la cual, la rectangularidad se pierde; aumento de la densidad en muestras previamente calcinadas; aumento del coeficiente de rectangularidad con la congelación a bajas temperaturas, e influencia totalmente negativa de una atmósfera reductora. La influencia de la composición quedó definida mediante un parámetro que llamó D. R. o porcentaje de desviación

[Mn^+]

en que [Me] son concentraciones molares. Los resultados obtenidos indicaban que las mejores composiciones se hallaban para D. R. ^ 1, desapareciendo totalmente la rectangularidad cuando D. R. » 1,5, es decir, para porcentajes elevados de MgO. Sin embargo, para valores D. R. « 1 no puede afirmarse lo mismo. En efecto, Baltzer había observado que en apariencia, la presencia del ion Mn^^ (detectado en todas las composiciones estudiadas, y que por otra parte explica el apartado cuarto de las condiciones de Schoemberg de la deficiencia de ion férrico respecto de la composición estequiométrica MeFCjO^, pues equilibra la deficiencia de carga positiva), era necesaria para el desarrollo de rectangularidad. El ion Mn^^, al alojarse en los lugares B de la malla en proporción suficiente, provoca la aparición de anisotropías magnetocristalinas localizadas, debidas a distorsiones de tipo reticular según Wiechec (13), o a la segregación de zonas ricas en Mn^* según Goodennough (14), que conservan la estructura cúbica, por lo que no pueden localizarse mediante difracción de rayos X, pero cuya imanación de saturación se diferencia en un pequeño porcentaje (hasta un 2 %) de la de la matriz. Evidencias de esta segregación de zonas ricas en iones Mn^^ aparecen en estudios cristaloquímicos de soluciones sólidas de manganitas y ferritas y de manganitas y cromitas. La concentración óptima de iones Mn"^, para producir estas heterogeneidades, sin llegar a provocar una distorsión tetragonal de todo el cristal, es de 14 átomos % en los lugares octaédricos. Este poder de distorsión que poseen los iones Mn"" , y también los iones Cu^^, se debe a la especial configuración electrónica (15) de dichos iones, los cuales reciben el nombre de iones Jahn-Teller. Puede, por tanto, y de hecho así ha sucedido con otros sistemas, prescindirse de los

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iones Mn^^ y Mg " en las composiciones, sin detrimento de la rectangularidad. No obstante, la presencia de iones Mg^^ mantiene la temperatura de Curie en límites adecuados para la utilización de los núcleos.

La sustitución de parte del óxido de magnesio por óxido de cinc (16), introduce sensibles mejoras en algunos parámetros de fabricación, microestruc-tura y funcionamiento. Hace descender la temperatura de sinterización, reduce la volatilización del hierro, aunque se aprecia mayor volatilización del cinc, probablemente debido a un proceso de oxidación-reducción entre ambos iones (17), aumenta la densidad aparente del cuerpo sinterizado, disminuye el tamaño de grano, uniformizando la distribución de tamaños, aumenta la densidad de flujo, y disminuye la temperatura de Curie y el campo coercitivo, lo cual produce un descenso del tiempo de conmutación. El empleo de óxido de cinc en las composiciones de magnesio-manganeso viene limitado precisamente por este descenso del punto de Curie. Palmer y sus colaboradores indicaron como límite de sustitución de MgO por ZnO en las composiciones por ellos estudiadas el de un 50 % del porcentaje de MgO. Pero es imposible dar una norma fija de sustitución, ya que la proporción de iones Mg " sustitui-bles dependerá de los respectivos porcentajes de los óxidos de hierro y manganeso.

En adición a estas mejoras debemos añadir que el recocido en atmósfera neutra amplía un poco más la ganancia en el coeficiente de rectangularidad (18) y en la inducción magnética.

El óxido de cinc constituye el aditivo que se ha introducido en mayor porcentaje en la composición de una ferrita de magnesio-manganeso para modificar sus propiedades, pero por supuesto no es el único que se ha utilizado. Por el contrario, en una revisión de la literatura de patentes, y de comunicaciones, encontramos representados una gran cantidad de elementos. Recordemos, para explicar este hecho, la capacidad de la red de espinela para albergar en sus huecos catiónicos multitud de iones. Cada uno de estos iones puede añadirse con objeto de modificar algunos de los muchos parámetros fisico-químicos que determinan el conjunto de propiedades de estas ferritas. Todos ellos se añaden en cantidades que no superan normalmente 5 mol % de la composición inicial e incluso algunos pueden considerarse casi como impurezas; otros no se incorporan a la red como constituyentes de ésta, sino que su acción se limita a la de catalizadores.

Existe un grupo de compuestos cuyos efectos se realizan a través de los parámetros de fabricación. El CuO (6) y el CdO (19) disminuyen la temperatura de sinterización; el CaO (10) y el CdO promueven crecimiento de grano; el B2O3 (20) acelera las velocidades de reacción; un efecto semejante se obtiene



cuando alguno de los metales se introduce como fluoruro en lugar de como óxido (21). Otros cationes, que poseen un radio iónico ligeramente superior al radio de los lugares tetraédricos de la red, por los que muestran gran preferencia, como el Cd " y el Sr^^, realizan al parecer una labor de bloqueo de los iones de magnesio, impidiendo que estos iones ocupen los intersticios tetraédricos; podemos decir que su acción equivale a la de un recocido que aumenta la reproducibilidad (22). En determinados circuitos lógicos, que han de ser sometidos a series de impulsos de frecuencia bastante elevada, interesa, al contrario que en la mayoría de las restantes aplicaciones, que la densidad de flujo no sea de una magnitud grande; de este modo las pérdidas por histeresis son menores. Un modo de disminuir esta densidad de flujo es sustituir una parte de los iones Fe " presentes en lugares octaédricos por otros iones no magnéticos (23, 24). El problema es encontrar sustitutos que mantengan la rectan-gularidad y no desciendan en exceso la temperatura de Curie. Los mejores resultados se han conseguido con Sc^+, Sn*" , In''" , Cr"*, no siendo adecuados AP* y Ti " , pues deterioran la rectangularidad.

Además de estos iones podemos mencionar en cahdad de aditivos otros, cuyas acciones no son tan específicas, como Y"* (25), Pb " (26), W*" (27) pa-ladio metálico (28), en forma de partículas de un tamaño de 1.000 Â dispersos en el policristal y otros.

Las ferritas de magnesio-manganeso son todavía la base de la producción industrial de núcleos para memorias. Relativamente bien conocidas sus propiedades magnéticas y las causas a que se deben, aún quedan por realizar estudios sobre sus propiedades como sólidos cerámicos. El problema del recocido, a pesar de la acción de iones del tipo Cd^* sigue teniendo vigencia, y falta un conocimiento profundo de la relación entre la microestructura y los parámetros magnéticos.

IV. Ferritas de litio-níquel

Actualmente nos encontramos con otro tipo de ferrita, cuya utilidad práctica aumenta de día en día. Se trata de la ferrita de litio modiñcada por otros cationes como Ni^* y Zn^*. Sus propiedades magnéticas difieren en algunos puntos, como son la temperatura de Curie y el campo coercitivo, de las propiedades de una ferrita de magnesio-manganeso.

La ferrita de litio con estructura de espinela, cuya fórmula es LiaO • SFejOg, resulta de la sustitución, en la fórmula general MéFe^O^, de dos iones diva-lentes por la combinación (Li"" + Fe^+). Los iones Li* se alojan en lugares oc-

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taedricos, por lo que puede hablarse de una estructura de tipo inverso, y cuando esta ferrita se enfría lentamente desde temperaturas de 800-1.000°, los iones Fe^+ y Li^ de los lugares octaédricos se distribuyen en una ordenación de largo alcance de tipo 3:1 (31), que desaparece a los 735-755°C. Su temperatura de Curie es muy elevada, la más elevada de entre todas las ferritas ferri-magnéticas simples, superior a 600° C. Pura, no presenta rectangularidad. Sin embargo, si se prepara la ferrita en atmósfera levemente reductora, de modo que la magnetostricción negativa de la ferrita de litio se compense con la magnetostricción positiva de la ferrita ferrosa, el núcleo así preparado desarrolla un ciclo rectangular de histeresis. La rectangularidad de esta ferrita mejora con la adición de óxido de níquel (6), de óxido de cinc (30) y de ambos a la vez (31), en porcentajes no excesivamente altos. El efecto del óxido de cinc es prácticamente el mismo que el producido en las ferritas de magnesio-manganeso: disminuye el campo coercitivo, la temperatura de Curie y el tiempo de conmutación, pero estas magnitudes siguen siendo superiores a las presentadas por las ferritas de Mg-Mn. Para hacer funcionar una matriz de memorias que cuente con núcleos de esta ferrita es necesario un consumo mayor de energía. Pero su alta temperatura de Curie, permite trabajar a dicha memoria dentro de un margen de temperaturas más amplio que el permitido por las ferritas de composición típica. La fabricación de ferritas de este grupo presentan un problema, aún no resuelto, que constituye el motivo por el cual todavía su producción industrial no alcanza grandes valores. La temperatura de sinterización es bastante baja, debido a la presencia de los iones de litio, pero aún a estas bajas temperaturas se producen pérdidas de oxígeno y de litio por yolatilización en cantidades apreciables y perniciosas para las propiedades de los núcleos. Por debajo de 1.000° C, esas pérdidas son únicamente de oxígeno, pues se recuperan por un recocido en atmósfera pura de dicho gas, pero a partir de 1.000° C, las pérdidas son totalmente irreversibles (32). Se ha intentado resolver el problema de la desproporción por varios caminos: dosificación en exceso del LijO (33), sinterización en atmósfera pura de oxígeno, que reduce considerablemente las pérdidas, pero a costa de retrasar el proceso de densificación del compacto prensado (32), prensado en caliente (30), que permite llegar a densidades cercanas a la teoría sin prácticamente pérdidas por volatilización, pero con un grave inconveniente: es un proceso de fabricación muy caro. Pero aún no ha sido resuelto este problema, de un modo satisfactorio, por lo que en laboratorios científicos y técnicos continúan las investigaciones en torno a él.


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V. Otras ferritas

Vamos ahora a repasar otros sistemas de composiciones que presentan ciclos rectangulares de histeresis que, sin tanta importancia industrial hasta ahora, presentan ciertas propiedades interesantes, que podrían influir para que en el futuro alcanzaran un lugar más destacado en el campo de la aplicación masiva.

Ecónomos (34) señaló que la ferrita simple de manganeso desarrollaba un ciclo de histeresis rectangular cuando se preparaba en atmósfera neutra o ligeramente reductora. Si se añade óxido de cinc a esta ferrita simple se mejora la rectangularidad, descendiendo el punto de Curie y el campo coercitivo, y por lo tanto, el tiempo de conmutación. Pero los resultados no son muy satisfactorios, la ganancia en estos parámetros es apenas notable cuando se les compara con los que da una ferrita con magnesio. Eichbaum (35) sustituyó el óxido de cinc por óxido de cadmio; el resultado fue la obtención de una ferrita capaz de trabajar a velocidades muy altas con tiempos de conmutación hasta cinco veces menores que los de una ferrita convencional; la composición media de este grupo de ferritas era de 20 moles % CdO, 40 moles % MnO y 40 moles % FCaOj. La rapidez en la conmutación se consigue a costa de rebajar el punto de Curie hasta valores de 90° C. Claro es que esto limita la utilización de tales núcleos a márgenes muy estrechos de temperatura. También es un problema, y no pequeño, la elevada volatilidad del óxido de cadmio que diñculta el proceso de fabricación.

El óxido de cobre ha entrado a formar parte de varios tipos de ferrita con ciclo de histeresis rectangular. En un principio, su adición no tenía otro objeto que la de rebajar la temperatura de sinterización, ya que la ferrita de cobre es, de todas las ferritas simples, la que sinteriza a temperaturas más bajas. Más adelante se descubrió la semejanza entre los iones Mn " y Cu^^ (8) en su acción sobre la red de espinela, cuando se encuentran en disolución sólida ferrita de cobre con otras ferritas. Como consecuencia de esta semejanza se pensó que la ferrita de cobre-magnesio tendría unas propiedades parecidas a la ferrita de manganeso-magnesio. Efectivamente, para composiciones situadas en las cercanías de la siguiente: 15 moles % CuO, 35 moles % MgO, 50 moles % FcaOg (36), los núcleos preparados presentan ciclo rectangular, con tiempos de conmutación grandes. Estas ferritas presentan sus condiciones óptimas de trabajo por debajo de la temperatura ambiente. El ciclo de enfriamiento influye de un modo muy intenso en las propiedades magnéticas de estas ferritas, y ello es lógico si recordamos que ambos iones Cu^^ y Mg " se distribuyen al azar entre los lugares A y B.

Mejores propiedades y aplicaciones más útiles se han encontrado para las

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ferritas de cobre y manganeso (37). Las primeras noticias sobre sus propiedades de rectangularidad aparecieron como comprobación experimental de la teoría de Wijn sobre las causas de la cuadratura del ciclo de histeresis. Después del descubrimiento de que ambos iones Mn"" y Cu " favorecían, por separado, la aparición de rectangularidad, se emprendió el trabajo de comprobar cómo influirían ambos iones conjuntamente. Se investigó el sistema CuFejOi-MnFcjOi-MngOi para determinar la zona de mejores propiedades, y resultó estar alrededor de la composición 0,8 MnFCaO^-O,! CuFe3O4"0,l MngO^. El aumento de MugOj desciende la temperatura de Curie y el campo coercitivo y por tanto el tiempo de conmutación, mientras que el aumento de la ferrita de cobre disminuye la magnetización de saturación y aumenta la temperatura de Curie. Las propiedades de las ferritas de cobre-manganeso y de magnesio-manganeso son bastante similares, pero las primeras trabajan con corrientes directoras sensiblemente menores. Estas ferritas son quizás las de un futuro más prometedor.

Hacia 1956, en Alemania, dos laboratorios, independientemente y casi simultáneamente, descubrieron un cierto tipo de ferritas capaces de desarrollar un ciclo rectangular de histeresis, pero que en su estado virgen, sin ningún tratamiento especial, presentaban un ciclo de histeresis muy peculiar. Si una ferrita ferrosa de cobalto se somete a un recocido lento desde una temperatura superior a la de Curie, que para estas ferritas está por encima de 500° C, el ciclo de histeresis presenta un estrechamiento en las cercanías del origen de coordenadas (figura 4) mientras que el enfriamiento rápido da origen a ciclos normales. Si estas ferritas se someten al recocido anterior desde la temperatura de Curie, pero en el seno de un campo magnético intenso, continuo o alterno (proceso conocido con el nombre de recocido magnético), al determinar el ciclo de histeresis, éste presenta forma rectangular, muy acusada a veces. La transformación no es irreversible, y puede volverse al ciclo estrecho mediante un nuevo recocido en ausencia de campo magnético. Schoemberg (38) propuso los términos de "rectangularidad espontánea" y "rectangularidad inducida" para distinguir ambos fenómenos de rectangularidad. El fenómeno se encontró en ferritas ferrosas de níquel, de níquel-magnesio, de magnesio-cinc, de níquel-cinc, todas ellas con pequeños porcentajes del ion Co " , y todas ellas con un punto de Curie bastante elevado (39). En todas ellas se comprobó la existencia de iones ferrosos, y posteriores experimentos parecen probar que esa presencia es fundamental, y todas las ferritas ferrosas son susceptibles al recocido magnético, siendo el efecto de las pequeñas adiciones de Co ' el de acentuar esta sensibilidad. El mecanismo que genera la rectangularidad por recocido magnético parece ser el mismo que el mencionado en las aleaciones



de Permalloy: orientación de dominios y creación de una fuerte anisotropía unidireccional. Algunas de estas ferritas presentan rectangularidades superiores a las de ferritas con cuadratura espontánea.

FiG. 4.—Ciclo estrecho de histeresis, y su transformación en un ciclo rectangular (según Schoemberg (38) ) .

En 1961, Weisz (40) preparó una ferrita ferrosa de níquel, sensible al recocido magnético y con un buen conjunto de propiedades que la hacía apta para su utilización práctica. Entre todas sus propiedades destacaba el bajo coeficiente de variación del campo coercitivo frente a la temperatura. Son ferritas de difícil sinterización y los núcleos policristalinos poseen una porosidad apre-

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ciable. Para mejorar esta sinterización se añadió manganeso (41). Esta adición no sólo consiguió su objetivo primero, sino que eliminó la necesidad del recocido magnético, pues composiciones de los siguientes porcentajes: 70 moles % (NiFe^"')Fe204, 30 moles % MnFejO^ presentaban un ciclo de histe-resis espontáneo conservándose los bajos valores del coeficiente de temperatura del campo coercitivo, y siendo sus restantes propiedades comparables a las de las ferritas de ciclo rectangular convencionales.

Aún podemos mencionar la existencia de rectangularidad en otros sistemas: CdO-Ni-Fe,03 (42), MnO-LÍ20-Fe,03 (43), MnO-Cr.Oa-Fe.Og (44) y muchos más mencionados en las patentes, pero de los cuales poco se ha publicado que nos dé alguna luz sobre sus propiedades.

Para finalizar diremos que el campo de investigación sigue abierto. Día a día aumenta la necesidad de rapidez y estabilidad en el funcionamiento, en condiciones más amplias, de las calculadoras y de los computadores, así como su concentración en unidades más pequeñas. Por ello debe continuar la investigación para el perfeccionamiento en los parámetros de rectangularidad, singularmente en la consecución de tiempos menores de conmutación, y en la preparación reproducible de núcleos susceptibles de funcionar con tamaños muy pequeños.

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