鐵氧體磁性材料的性質(zhì)、分類，以及制備工藝分析

一、鐵氧體磁性材料的性質(zhì)

        鐵氧體(ferrites)是一種非金屬磁性材料，它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。它的相對磁導(dǎo)率可高達(dá)幾千，電阻率是金屬的1011倍，渦流損耗小，適合于制作高頻電磁器件。鐵氧體有硬磁、軟磁、矩磁、旋磁和壓磁五類。舊稱鐵淦氧磁物或鐵淦氧，其生產(chǎn)過程和外觀類似陶瓷，因而也稱為磁性瓷。

        鐵氧體是鐵和其他一種或多種適當(dāng)?shù)慕饘僭氐膹?fù)合氧化物，性質(zhì)屬于半導(dǎo)體，通常作為磁性介質(zhì)應(yīng)用，鐵氧體磁性材料與金屬或合金磁性材料之間最重要的區(qū)別在于導(dǎo)電性。通常前者的電阻率為102~108Ω·cm，而后者只有10-6~ 10-4Ω·cm。中國最早接觸到的鐵氧體是公元前4世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的天然鐵氧體，即磁鐵礦，中國所發(fā)明的指南針就是利用這種天然磁鐵礦制成的。到20世紀(jì)30年代無線電技術(shù)的發(fā)展，迫切地要求高頻損耗小的鐵磁性材料。而四氧化三鐵的電阻率很低，不能滿足這一要求。

        1933年日本東京工業(yè)大學(xué)首先創(chuàng)制出含鈷鐵氧體的永磁材料，當(dāng)時被稱為OP磁石。30~40年代，法國、日本、德國、荷蘭等國相繼開展了鐵氧體的研究工作，其中荷蘭菲利浦實驗室物理學(xué)家J.L.斯諾克于1935年研究出各種具有優(yōu)良性能尖晶石結(jié)構(gòu)的含鋅軟磁鐵氧體，于1946年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

二、鐵氧體磁性材料的分類

        （1）軟磁材料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。軟磁鐵氧體是目前用途廣，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。

        （2）永磁鐵氧體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(qiáng)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(jī)、電話機(jī)、揚聲器、電視機(jī)和微波器件中作為恒磁體使用。

        （3）硬磁材料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。

        （4）旋磁材料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(dá)、通信、導(dǎo)航、遙測等電子設(shè)備中。

        （5）矩磁材料這是指具有矩形磁滯回線的鐵氧體材料。它的特點是，當(dāng)有較小的外磁場作用時，就能使之磁化，并達(dá)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(jī)的存儲器磁芯等方面。

        （6）壓磁材料這類材料是指磁化時在磁場方向作機(jī)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(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的換能器，作磁致伸縮元件用于超聲。

三、鐵氧體磁性材料的制備工藝

        （1）多晶鐵氧體生產(chǎn)工藝類似陶瓷工業(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(jìn)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(zhǔn)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。

        （2）鐵氧體化學(xué)工藝亦稱濕法工藝，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(jìn)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。

        （3）單晶鐵氧體制造工藝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(dāng)?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(dá)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。

        （4）鐵氧體多晶薄膜的制備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(jìn)行濺射。制備石榴石單晶薄膜，多采用在單晶基板上進(jìn)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。

        （5）非晶鐵氧體的制備目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。結(jié)束語:鐵氧體磁性材料具備技術(shù)性能優(yōu)良、類型多樣，以及應(yīng)用廣泛等特點，選擇適當(dāng)技術(shù)工藝開展材料生產(chǎn)和材料的應(yīng)用工作，能夠獲取較好效果。