鐵氧體

根據(jù)鐵氧體結(jié)晶構(gòu)造和形態(tài)，制備工藝大致分為:多晶鐵氧體生產(chǎn)工藝;鐵氧體化學(xué)工藝;單晶鐵氧體制造工藝及其他特種工藝，如鐵氧體多晶薄膜和非晶鐵氧體等。

類似陶瓷工業(yè)中常用的燒結(jié)過程，包括如下步驟:經(jīng)固相反應(yīng)形成鐵氧體的金屬氧化物或碳酸鹽或其他化合物，在混合均勻之后，經(jīng)球磨、干燥，壓成特定的形狀。在大約1000°C的溫度下進行預(yù)燒后，再一次充分研磨和混合。加入適量的粘合劑，壓成所要求的形狀或者作為塑性物質(zhì)擠壓成管狀、棒狀或條狀。然后在1200~1400°C溫度下燒結(jié)，準確的溫度取決于所需的鐵氧體特性。在最后的燒結(jié)過程中，爐膛中的環(huán)境條件起有重要的作用。

亦稱濕法工藝，有時還稱為化學(xué)共沉淀法。專門制備較高性能鐵氧體的工藝方法，又可分成中和法和氧化法。其過程是:先將制備鐵氧體時所需的金屬元素，配制成一定濃度的離子溶液，然后根據(jù)配方取適量溶液進行混合，通過中和或氧化等化學(xué)反應(yīng)生成鐵氧體粉末，其后工藝過程與前面介紹的相同。

與非金屬單晶生長大致相同。Mn-Zn和Ni-Zn系鐵氧體單晶生長一般是采用布里茲曼法，即把多晶鐵氧體放入鉑坩堝里熔融后，在適當?shù)臏囟忍荻入姞t中使坩堝下降，從坩堝底部慢慢固化生成單晶。為了使熔融狀態(tài)下形成的氧分壓達到平衡，晶體生長時在爐膛內(nèi)需要加幾個乃至100個MPa的氧分壓。

如垂直磁化的鋇鐵氧體薄膜，采用新型的對向靶濺射裝置進行濺射。制備石榴石單晶薄膜，多采用在單晶基板上進行氣相或液相外延法，其具體工藝過程同半導(dǎo)體單晶薄膜的外延方法極為相近。

當前是采用超急冷方法和濺射法，所謂超急冷法即把鐵氧體原料和適量的類金屬元素混合后，在高溫熔融狀態(tài)下，驟然施行大溫度梯度的超急冷卻的方法。這方面的研究工作剛剛開始，制品的性能還不甚理想。

鐵氧體是由鐵的氧化物及其他配料燒結(jié)而成。一般可分為永磁鐵氧體、軟磁鐵氧體和旋磁鐵氧體三種。

永磁鐵氧體又叫鐵氧體磁鋼，就是我們平時見到的黑色小磁鐵。其組成原材料主要有氧化鐵、碳酸鋇或碳酸鍶。充磁后，殘留磁場的強度很高，并可以長時間保持殘留磁場。通常用作永久磁鐵材料。例如:揚聲器磁鐵。

軟磁鐵氧體是由三氧化二鐵和一種或幾種其他金屬氧化物(例如:氧化鎳、氧化鋅、氧化錳、氧化鎂、氧化鋇、氧化鍶等)配制燒結(jié)而成。之所以稱之為軟磁，是因為當充磁磁場消失后，殘留磁場很小或幾乎沒有。通常用作扼流圈，或中頻變壓器的磁芯。這和永磁鐵氧體是完全不同的。

旋磁鐵氧體是指具有旋磁特性的鐵氧體材料。磁性材料的旋磁性是指在兩個互相垂直的直流磁場和電磁波磁場的作用下，平面偏振的電磁波在材料內(nèi)部按一定方向的傳播過程中，其偏振面會不斷繞傳播方向旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象 。旋磁鐵氧體已廣泛應(yīng)用于微波通信領(lǐng)域。按照晶體類型分，旋磁鐵氧體可分為尖晶石型、石榴石型和磁鉛石型(六角型)鐵氧體。

磁性材料的應(yīng)用很廣泛，可用于電聲、電信、電表、電機中，還可作記憶元件、微波元件等?？捎糜谟涗浾Z言、音樂、圖像信息的磁帶、計算機的磁性存儲設(shè)備、乘客乘車的憑證和票價結(jié)算的磁性卡等。下面著重談磁帶上所用的磁性材料和作用原理。

硬磁性材料被磁化以后，還留有剩磁，剩磁的強弱和方向隨磁化時磁性的強弱和方向而定。錄音磁帶是由帶基、粘合劑和磁粉層組成。帶基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁強的r-Fe2O3或CrO2細粉。錄音時，是把與聲音變化相對應(yīng)的電流，經(jīng)過放大后，送到錄音磁頭的線圈內(nèi)，使磁頭鐵芯的縫隙中產(chǎn)生集中的磁場。隨著線圈電流的變化，磁場的方向和強度也作相應(yīng)的變化。當磁帶勻速地通過磁頭縫隙時，磁場就穿過磁帶并使它磁化。由于磁帶離開磁頭后留有相應(yīng)的剩磁，其極性和強度與原來的聲音相對應(yīng)。磁帶不斷移動，聲音也就不斷地被記錄在磁帶上。

放音時，將已錄音的磁帶以錄音時同樣的速度緊貼著放音磁頭縫隙進。磁頭鐵芯是用高導(dǎo)磁率鐵氧體軟磁材料制成的，它對磁通阻力很小。因此，磁帶上所錄的音頻剩磁通，容易通過磁頭鐵芯而形成回路。磁帶上的剩磁通在放音磁頭線圈上感應(yīng)出一個與剩磁通變化規(guī)律相同的感應(yīng)電動勢。再經(jīng)過放音放大器放大后，送去推動揚聲器，磁帶上所錄下的音頻信號便還原成原來的聲音。

錄像磁帶與錄音磁帶所用的材料及作用原理基本相同，不過錄音記錄的是代表聲音的電信號，而錄像記錄的是代表景物的電視信號。電視信號中不但有聲音信號還有圖像信號。錄像磁帶與錄音磁帶相比，錄像磁帶記錄的密度很高，因為錄像磁帶記錄波長是微米數(shù)量級，為在這波長范圍能有充分的靈敏度和信噪比，磁性體粒度必須小，磁性層表面必須平滑。而且磁性層表面的耐磨性必須好，才能在同磁頭的高速摩擦以及同磁帶的輸送系統(tǒng)的固定部分摩擦條件下使用。為此，所使用的粘合劑必須耐熱、耐磨。

四、計算機磁性存儲設(shè)備

應(yīng)用于計算機磁性存儲設(shè)備和作為乘客乘車的憑證和票價結(jié)算的磁性卡所用的磁性材科及作用原理，同磁帶所用的磁性材料及作用原理基本相同，只是用處不同而已。在磁性卡上有一窄條磁帶，當你乘地鐵從甲站到乙站時，在甲站向儀器中投入從甲站到乙站的票錢(硬幣)，之后投出一張磁性卡，在投出這張磁性卡的過程中已錄上了到乙站下車的磁記錄，拿這張磁性卡乘車到乙站后投入到儀器中，門開，出站。如果沒在乙站下車，而是在比乙站遠的丙站下車，投入的硬幣不夠，出站門不開。要拿磁性卡補票后才能出站。

在乙站或丙站投入磁性卡的過程，就是磁記錄經(jīng)過磁頭變成電信號的過程。再用電信號控制站門開關(guān)。

電機的鐵芯所用的磁性材料一般用硬磁鐵氧體，這些材料的特點是磁化后不易退磁。對磁通的阻力小。

《鐵氧體》為江蘇科學(xué)技術(shù)出版社于1996年出版的都有為編著書籍(ISBN:7-5345-2044-4)，該書從材料科學(xué)的角度出發(fā)，結(jié)合生產(chǎn)實際與科研，積多年的教學(xué)與實踐成果編寫而成。

第一章 緒論

第二章 尖晶石型鐵氧體

第三章 六角晶系鐵氧體

第四章 石榴石型鐵氧體

第五章 多晶鐵氧體的制備

第六章 鐵氧體單晶的制備

第七章 鐵氧體薄膜的制備

第八章 永磁鐵氧體

第九章 軟磁鐵氧體

第十章 矩磁鐵氧體

第十一章 微波鐵氧體

第十二章 磁記錄材料

第十三章 磁泡材料

第十四章 壓磁鐵氧體

第十五章 磁性液體

燒結(jié)永磁鐵氧體磁鐵的主要性能牌號參數(shù)

按照磁學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用情況的不同，鐵氧體可分為:軟磁、永磁、旋磁、矩磁、壓磁等五種類型。

這類材料在較弱的磁場下，易磁化也易退磁，如鋅鉻鐵氧體和鎳鋅鐵氧體等。軟磁鐵氧體是當前用途廣，品種多，數(shù)量大，產(chǎn)值高的一種鐵氧體材料。它主要用作各種電感元件，如濾波器磁芯、變壓器磁芯、無線電磁芯，以及磁帶錄音和錄像磁頭等，也是磁記錄元件的關(guān)鍵材料。

一種具有單軸各向異性的六角結(jié)構(gòu)的化合物。主要是鋇、鍶、鉛三種鐵氧體及其復(fù)合的固溶體。有同性磁和異性磁之分。由于這類鐵氧體材料在外界磁化場消失以后，仍能長久地保留著較強的恒定剩磁性質(zhì)，可以用于對外部空間產(chǎn)生恒穩(wěn)的磁場。其應(yīng)用很廣泛，例如:在各類電表中、發(fā)電機、電話機、揚聲器、電視機和微波器件中作為恒磁體使用。

鐵氧體硬磁材料磁化后不易退磁，因此，也稱為永磁材料或恒磁材料。如鋇鐵氧體、鋼鐵氧體等。它主要用于電信器件中的錄音器，拾音器、揚聲器，各種儀表的磁芯等。

磁性材料的旋磁性是指在兩個互相垂直的穩(wěn)恒磁場和電磁波磁場的作用下，平面偏振的電磁波在材料內(nèi)部雖然按一定的方向傳播，但其偏振面會不斷地繞傳播方向旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。金屬、合金材料雖然也具有一定的旋磁性，但由于電阻率低、渦流損耗太大，電磁波不能深入其內(nèi)部，所以無法利用。因此，鐵氧體旋磁材料旋磁性的應(yīng)用，就成為鐵氧體獨有的領(lǐng)域。旋磁材料大都與輸送微波的波導(dǎo)管或傳輸線等組成各種微波器件。主要用于雷達、通信、導(dǎo)航、遙測等電子設(shè)備中。

這是指具有矩形磁滯回線的鐵氧體材料。它的特點是，當有較小的外磁場作用時，就能使之磁化，并達到飽和，去掉外磁場后，磁性仍然保持與飽和時一樣。如鎂錳鐵氧體，鋰錳鐵氧體等就是這樣。這種鐵氧體材料主要用于各種電子計算機的存儲器磁芯等方面。

這類材料是指磁化時在磁場方向作機械伸長或縮短的鐵氧體材料，如鎳鋅鐵氧體，鎳銅鐵氧體和鎳鉻鐵氧體等。壓磁材料主要用作電磁能與機械能相互轉(zhuǎn)化的換能器，作磁致伸縮元件用于超聲。

鐵氧體粉料的制備就是完成從原料到鐵氧體粉料的制造過程，鐵氧體粉的制造方法有許多種。

(1)溶膠凝膠法

溶膠凝膠法是金屬有機或無機化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理而成氧化物或其他化合物固體的方法。溶膠凝膠法是制備材料的濕化學(xué)方法中一種常用的方法，廣泛應(yīng)用于制備鐵氧體納米材料。

(2)化學(xué)共沉淀法

化學(xué)共沉淀法是制備鐵氧體的一種常見的方法。它是利用沉淀劑(如OH-、CO32-等)將溶液中的金屬離子共同沉淀，經(jīng)過過濾、洗滌、干燥、灼燒等過程得到產(chǎn)物。

(3)氧化物法

氧化物法制備鐵氧體的要點是把原材料混合、加熱，通過故態(tài)物質(zhì)間的反應(yīng)而獲得鐵氧體粉料。為了有效地促進固相反應(yīng)而獲得均勻的、性質(zhì)好的鐵氧體粉料，除了注意原材料的選擇外，還要注意混和、預(yù)燒和粉碎條件的確定。氧化物法是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的手段。

鎳鋅鐵氧體由于具有高頻、寬頻、高阻抗、低損耗的特點，在近幾年越來越受到重視，成為在高頻范圍(1-100MHz)內(nèi)應(yīng)用最廣、性能優(yōu)異的軟磁鐵氧體材料。目前國內(nèi)很多廠家都已在生產(chǎn)鎳鋅鐵氧體材料和元件，但對比MnZn軟磁鐵氧體，鎳鋅鐵氧體在我國發(fā)展相對較緩慢，且規(guī)模也比MnZn軟磁鐵氧體小很多。

鎳鋅鐵氧體材料的磁導(dǎo)率目前從15-2000不等均有應(yīng)用，常用的材料磁導(dǎo)率在100-1000之間。按磁導(dǎo)率分類，可分為高磁導(dǎo)率材料、常規(guī)材料和低磁導(dǎo)率材料。磁導(dǎo)率在1000以上的習(xí)慣上稱為高磁導(dǎo)率材料，磁導(dǎo)率在200-1000的稱為常規(guī)材料，磁導(dǎo)率在200以下的稱為低磁導(dǎo)率材料。通常情況下，材料磁導(dǎo)率越低，適用的頻率范圍越寬；材料磁導(dǎo)率越高，適用的頻率范圍越窄。例如：μi=15的材料適用于100MHz以上場合，而μi=1500的材料僅適用于1MHz以下場合。

隨著各種需求及材料本身不同，從而導(dǎo)致鎳鋅鐵氧體材料在不同溫度下燒結(jié)，通常高于1200℃燒結(jié)的材料我們稱之為高溫燒結(jié)材料，材料中基本不加氧化銅；燒結(jié)溫度在1000-1200℃的材料我們稱之為中溫燒結(jié)材料，材料中一般加入氧化銅，目前常規(guī)產(chǎn)品基本屬于此方式燒結(jié)；低于1000℃燒結(jié)的我們稱之為低溫燒結(jié)材料，該材料除了加入氧化銅外，還摻入較多降溫劑（如：Bi2O3，V2O5，Co2O3等），并將粉料粒度做到微米級，燒結(jié)溫度通常在850-950℃；低溫燒結(jié)材料一般多用于多層片式化元件中，適于與銀(Ag)內(nèi)電極共燒。隨著電子、通訊類產(chǎn)品的飛速發(fā)展，多層片式元件正處于高速發(fā)展時期，因此低溫燒結(jié)材料成為目前鎳鋅鐵氧體材料發(fā)展的主流之一。

適應(yīng)不同應(yīng)用場合，在生產(chǎn)材料時，采用不同的工藝，各個廠家的生產(chǎn)工藝均有一些差別，但從大的方面講主要有濕式和干式兩種。濕式生產(chǎn)是在混料過程中加入水，而干式生產(chǎn)是在整個制粉過程中材料均不直接與水接觸。采用濕式生產(chǎn)，材料混合均勻，一致性好，但因要除去水，因此耗能大，一般對于性能要求高，一致性嚴格的產(chǎn)品，才采用濕式生產(chǎn)。

1 綠色材料（或稱環(huán)保材料）：是因材料中的Pb、Cd、Hg等重金屬元素或各類有害有機物含量很少，達到國際要求標準。這是今后材料發(fā)展的趨勢。

2低損耗材料：相同磁導(dǎo)率不同特性的材料，損耗相對較低的材料。由于MnZn功率鐵氧體材料通常只適用于1MHz以下頻率范圍，因此用該類材料取代MnZn功率鐵氧體材料，應(yīng)用在高頻功率電感方面。

3 高Bm材料：即材料的磁感應(yīng)飽和強度（Bm）高，制成元件后，所承受的偏壓電流能力強。實際應(yīng)用時根據(jù)不同使用場合，選用不同Bm的材料。

1 按成型的生產(chǎn)方式分類：

按產(chǎn)品的常規(guī)生產(chǎn)方式可分為迭層式成型、干壓式成型及熱壓鑄成型等。

2 按產(chǎn)品制成電感的方式分類

由于鎳鋅鐵氧體產(chǎn)品種類較多，應(yīng)用在不同的場合，制作成電感的方式也是多種多樣，但概括起來主要有以下幾種方式： 層壓式電感、繞線式電感

3 按產(chǎn)品使用場合分類

由于電子產(chǎn)品種類越來越多，因此相應(yīng)的磁心使用要求也越來越復(fù)雜，按磁心的應(yīng)用場合可分成：

3.1普通電感：在磁心上繞上一定數(shù)量的線圈，達到一定要求的電感量，應(yīng)用時主要是取其電感量，沒有特別要求，應(yīng)用范圍較廣。

3.2 可調(diào)電感：通常磁心為螺紋磁心，磁心在繞制的線圈中能上下移動（類似螺絲在螺母中的活動）調(diào)節(jié)感量的大小。

3.3 耐電流電感：該類電感所用磁心的結(jié)構(gòu)與普通電感用的磁心結(jié)構(gòu)相似，但磁心要求能承受大的偏置電流，并對居里溫度也有限制，因此對材料的性能提出較高要求。

3.4行線性電感：該類電感主要用在傳統(tǒng)顯示器的行掃描電路中，作為行線性校正線圈，起磁飽和電抗元件的作用。專業(yè)性較強，要求也較高。

3.5 表面貼裝電感：磁心表面某特定部位有被銀，能直接焊接在電路板上。該類磁心一般體積較小，形狀復(fù)雜，單位體積能承受較大功率，能改變傳統(tǒng)電感不用扦針，從而實現(xiàn)電路板能兩面使用，高密度組裝，大大縮小了電子產(chǎn)品的體積，為電子產(chǎn)品的小型化、超薄化提供了保障。表面貼裝電感籠統(tǒng)分類可分為兩類：片式多層電感和片式功率電感。