磁性陶瓷趙杰

磁性陶瓷2014.6.4

磁性陶瓷（鐵氧體陶瓷）分類磁性陶瓷(magneticceramics)分為含鐵(ferrite)的鐵氧體陶瓷和不含鐵的磁性陶瓷。鐵氧體陶瓷是以氧化鐵和其他鐵族或稀土族氧化物為主要成分的復(fù)合氧化物。按鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)分：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁鉛石型（MFe12O19）（M為鐵族元素，R為稀土元素）。按鐵氧體的性質(zhì)及用途分：軟磁、硬磁、旋磁、矩磁、磁泡、磁光、磁記錄材料等。按其結(jié)晶狀態(tài)分：單晶體和多晶體鐵氧體。按其外觀形態(tài)分：粉末、薄膜和體材等。*材料科學(xué)與工程學(xué)院3鐵氧體材料

軟磁磁記憶按HC大小分半硬磁磁記錄硬磁磁性陶瓷

鐵氧體材料*材料科學(xué)與工程學(xué)院4鐵氧體材料發(fā)展簡況和磁性來源

春秋戰(zhàn)國時期：“磁石召鐵”的記載，主要成分Fe3O4——天然鐵氧體。20世紀(jì)30年代：開始研究鐵氧體。20世紀(jì)40年代：軟磁鐵氧體商品問世。20世紀(jì)50年代：鐵氧體快速發(fā)展的時期。1952年：磁鉛石型硬磁鐵氧體研制成功。1956年：石榴石型鐵氧體研制成功。磁性陶瓷鐵氧體材料*材料科學(xué)與工程學(xué)院5軟磁鐵氧體

在較弱的磁場作用下，很容易被磁化也容易退磁的一類鐵氧體材料。典型代表：錳鋅鐵氧體Mn－ZnFe2O4

鎳鋅鐵氧體Ni－ZnFe2O4

等磁性陶瓷鐵氧體材料*材料科學(xué)與工程學(xué)院6衡量軟磁鐵氧體性能的幾個重要指標(biāo)指標(biāo)1—磁導(dǎo)率μ；指標(biāo)2—損耗因子tanδ（或品質(zhì)因素Q）；指標(biāo)3—工作頻率范圍；指標(biāo)4—工作溫度范圍。還有居里點(diǎn)Tc、電阻率ρ等1.軟磁鐵氧體材料的性能

軟磁鐵氧體主要作為電感元件的磁芯應(yīng)用于通訊、廣播、電視等領(lǐng)域。用途廣，品種多，數(shù)量大，產(chǎn)值高。磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院7鐵氧體磁鐵1.軟磁鐵氧體的性能磁性陶瓷

鐵氧體材料

軟磁鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院8指標(biāo)1磁導(dǎo)率μ

對于磁芯來講，μ要求大些好，因這樣可減少滿足同電感量的線圈體積。可通過提高材料的飽和磁化強(qiáng)度Ms、降低材料的磁致伸縮常數(shù)和材料的各向異性等措施來提高。1.軟磁鐵氧體的性能磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院9指標(biāo)2損耗因子tanδ或品質(zhì)因數(shù)Q

磁性材料的損耗形式有多種，改善方式也因此而異。希望損耗小些、品質(zhì)高些。1.軟磁鐵氧體的性能磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院10指標(biāo)3

工作頻率范圍

工作頻率增加，導(dǎo)致μ和Q都下降。對應(yīng)μ和Q迅速下降的頻率稱為應(yīng)用頻率極限；對應(yīng)μ下降至一半時的頻率為截至頻率。指標(biāo)4

工作溫度范圍

μ隨工作溫度而變化，導(dǎo)致磁芯工作不穩(wěn)定。所以希望磁導(dǎo)率溫度系數(shù)αμ小?？捎每刂婆浞剑ㄌ岣吆F量、添加CoO）、控制燒結(jié)工藝、減少內(nèi)應(yīng)力等來改善。1.軟磁鐵氧體的性能磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院112.軟磁鐵氧體的制備過程稱量混合煅燒噴霧造粒成型燒結(jié)機(jī)械加工包裝配料磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體磁性陶瓷壓力噴嘴鐵氧體造粒鐵氧體噴霧干燥調(diào)試現(xiàn)場精密陶瓷專用噴霧造粒干燥機(jī)*材料科學(xué)與工程學(xué)院13人工噴霧美化自然、降低溫度、提高濕度*材料科學(xué)與工程學(xué)院14軟磁鐵氧體的制備中的影響因素組成燒結(jié)氣氛晶粒大小和氣孔冷卻速率磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院15磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體

要利用物質(zhì)的鐵磁性，就得在工藝上要充分保證并提高磁性能。幾個重要基本特性取決于工藝情況：（1）飽和磁化強(qiáng)度、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度取決于物質(zhì)本身成分和配比；（2）在成分和配比確定的前提下，磁導(dǎo)率、矯頑力等隨晶體組織結(jié)構(gòu)而變化。*材料科學(xué)與工程學(xué)院16磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體玻璃成分B2O3BaO+BaO,Fe2O3（Ba鐵氧體成分）+CoO,TiO2（矯玩力調(diào)整）熔融急冷凝固Ba鐵氧體薄片結(jié)晶化Ba鐵氧體磁性粉*材料科學(xué)與工程學(xué)院173.軟磁鐵氧體的應(yīng)用應(yīng)用一：最簡單的應(yīng)用做成變壓器鐵芯，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，初級線圈中施以電訊號，則次級線圈中有感生電壓、感生電流產(chǎn)生，從而獲得電壓升高、降低和穩(wěn)壓的作用。據(jù)此可制成各種變壓器，如音頻變壓器、脈沖變壓器、選頻倒相變壓器等。

磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體主要用于電磁能的轉(zhuǎn)換。*材料科學(xué)與工程學(xué)院18應(yīng)用二：作為電感元件，電感對于電流的變化具有阻抗作用，當(dāng)交流電壓加到具有鐵芯的電感線圈上時，交流電壓不斷變化，而電抗元件對電流的變化具有滯后性。在每一瞬間內(nèi)把輸人的功率變成電磁能儲存起來，過一會兒又把它放出來，變成輸出功率。這類應(yīng)用如電源濾波扼流器、諧振回路中的電感、日光燈鎮(zhèn)流器等。應(yīng)用三：

磁記錄元件的關(guān)鍵材料，如天線磁芯、偏轉(zhuǎn)磁芯以及磁帶錄音磁頭、多路通訊等的記錄頭的磁芯等。磁性陶瓷鐵氧體材料軟磁鐵氧體3.應(yīng)用*材料科學(xué)與工程學(xué)院19硬磁鐵氧體

又稱永磁鐵氧體或恒磁鐵氧體，是一種磁化后不易退磁，能長期保持磁性的鐵氧體，一般作為恒穩(wěn)磁場源。有三大特征。特征①—剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br較高。

Br是材料經(jīng)外場磁化達(dá)飽和并除去外場后，在閉合磁路中所剩的磁感應(yīng)強(qiáng)度，正是由于Br的存在，硬磁材料才能在沒有外磁場時，對外保持一定的磁場。一般Br為0.3～0.5T左右。磁性陶瓷鐵氧體材料*材料科學(xué)與工程學(xué)院20特征②—矯頑力Hc大矯頑力Hc即處于飽和磁化狀態(tài)的磁性材料，將磁場單調(diào)減小至零并反向增加，使磁化強(qiáng)度沿飽和磁滯回線減小到零時的磁場強(qiáng)度。它表示材料抵抗退磁的能力。一般為0.1～0.4T左右。特征③—最大磁能積（BH）max高磁能積是衡量硬磁材料的一項重要參數(shù)，它是指磁滯回線在第Ⅱ象限（退磁曲線）內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H的乘積，在單位體積中儲存的磁能與BH乘積成正比。（BH）max越大，單位體積中儲存的磁能越大，硬磁材料的性能也越好。一般在8000～40000J／m3左右。硬磁鐵氧體磁性陶瓷鐵氧體材料*材料科學(xué)與工程學(xué)院21提高硬磁鐵氧體的矯頑力的三條途徑：①磁疇的成核需要高磁場，如果成核場大于疇壁移動的場，那么就需要一個反向場使磁化反轉(zhuǎn)；②形成一些勢壘阻止疇壁運(yùn)動，這些勢壘只有高反向場才能克服；③材料中的疇不能形成（即極細(xì)的晶粒）。研究表明，當(dāng)鐵氧體的晶粒直徑從10μm減至1μm時，其矯頑力從7957.75A／m（100Oe）增至159155A／m（2000Oe）。硬磁鐵氧體磁性陶瓷鐵氧體材料*材料科學(xué)與工程學(xué)院22硬磁鐵氧體的主要用途：

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(yáng)聲器，各種儀表的磁芯等。硬磁鐵氧體磁性陶瓷鐵氧體材料*材料科學(xué)與工程學(xué)院23其他鐵氧體1.

磁記錄材料主要用于磁帶錄音機(jī)、磁帶錄像機(jī)、電子計算機(jī)、磁帶存儲器、磁印刷、磁全息和磁記錄復(fù)制用的磁性材料。屬軟磁鐵氧體。磁頭材料要求有較高的起始磁化率μi和Bs(保證高靈敏度)；較低的磁強(qiáng)度(減少噪聲和損耗)；較高的耐磨性、抗剝離性(壽命長、耐機(jī)械加工)?？梢赃x用熱壓燒結(jié)和控制顯微結(jié)構(gòu)來制備各種記錄磁頭材料。

磁性陶瓷鐵氧體材料*材料科學(xué)與工程學(xué)院242.微波鐵氧體又稱旋磁鐵氧體。在高頻磁場的作用下，平面偏振的電磁波在這種鐵氧體中按一定方向傳播時，偏振面會不斷繞傳播方向旋轉(zhuǎn)。

常用的微波旋磁鐵氧體有尖晶石型和石榴石型兩大類，前者價格便宜，后者性能優(yōu)良，此外在毫米波段也可使用六方晶系鐵氧體。磁性陶瓷鐵氧體材料其他鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院25

尖晶石鐵氧體主要有Mg、Ni、Li等鐵氧體，通常加入Al、Cr以控制飽和磁化強(qiáng)度M；加Mn、Co以增大電阻率，加Cu、Bi作助熔劑以增加密度。Li鐵氧體具有高居里溫度，低磁致伸縮系數(shù)，較大的磁各向異性，窄的鐵磁共振線寬以及良好的矩形磁滯回線，價格比石榴石鐵氧體便宜，是制造高功率、低溫度系數(shù)鎖式器件的優(yōu)良材料。

磁性陶瓷鐵氧體材料其他鐵氧體2.微波鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院26

石榴石型磁鐵氧體目前已可滿足微波頻段大部分器件的需要。其中釔鐵石榴石鐵氧體（YIG）在微波3cm波段作為低功率器件的磁性材料，性能十分優(yōu)異。為了適應(yīng)各頻段器件的需要，常以多種離子，如In、Sn、Gd釓(gá)，Ge、Zr、Ti、Al、Ca、V離子置換Fe、Y等離子，以改變飽和磁化強(qiáng)度值，提高溫度穩(wěn)定性。常用的石榴石鐵氧體有：Y－Al石榴石系、Y－Ca－V石榴石系、Y－Gd石榴石系等。磁性陶瓷鐵氧體材料其他鐵氧體2.微波鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院273.矩磁鐵氧體

具有矩形磁滯回線，且矯頑力較小。在電子計算機(jī)、自動控制和遠(yuǎn)程控制等尖端科學(xué)技術(shù)中，用作記憶、開關(guān)元件和邏輯元件、磁放大器、磁光存儲器及磁聲存儲器磁芯等。一般密度高、晶粒均勻、結(jié)晶各向異性。較大的尖晶石型鐵氧體都可制成磁特性好的矩磁材料。常溫下的有Mn－Mg系、Mn－Zn系、Cu－Mn系、Cd（鎘gé）－Mn系等；磁性陶瓷鐵氧體材料其他鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院284.磁泡材料一種新型磁存儲材料。磁泡—鐵氧體中的圓形磁疇。可在一些薄膜磁性材料中產(chǎn)生。直徑1～100μm。這些疇從垂直于膜面的方向上看上去就像是氣泡，因此稱之磁泡。直徑幾微米的磁泡，可用于高密度信息記錄，且希望用于計算機(jī)的高速存儲器。磁性陶瓷鐵氧體材料其他鐵氧體無磁場作用磁場作用*材料科學(xué)與工程學(xué)院295.

磁光材料

主要用于制作大型電子計算機(jī)的外存儲器—磁光存儲器。這種存儲器具有很高的存儲密度（107位／cm2），比一般的磁鼓、磁盤存儲器要高102～103倍。磁光材料要求具有較好的透光性、一定的磁化強(qiáng)度和矯頑力、以及合適的轉(zhuǎn)變溫度等。除了研究較多的晶態(tài)和非晶態(tài)合金薄膜外，鐵氧體方面有釔鐵石榴石鐵氧體單晶、釔鐵石榴石鐵氧體薄膜、稀土銪的氧化物EuO及Eu的硫?qū)倩衔铮‥uX，X＝O、S、Se、Te）等。磁性陶瓷鐵氧體材料其他鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院306.

壓磁鐵氧體以磁致伸縮效應(yīng)為原理的鐵氧體。主要應(yīng)用于超聲器件、水聲器件、機(jī)械濾波器、混頻器、壓力傳感器等方面。

主要材料有Ni－Zn、Ni－Cu、Ni－Mg及Ni－Co鐵氧體等。其中以Ni－Zn鐵氧體應(yīng)用最廣泛。在組成方面，可適當(dāng)增加ZnO或滲入少量CuO代替NiO作助熔劑。磁性陶瓷鐵氧體材料其他鐵氧體*材料科學(xué)與工程學(xué)院31應(yīng)用磁制冷材料在等溫磁化時向外界放出熱量，絕熱退磁從外界吸收熱量達(dá)到制冷的目的?，F(xiàn)代文明社會離不開磁性材料！強(qiáng)力磁鐵,衣服用PVC磁鐵,塑膠用磁鐵*材料科學(xué)與工程學(xué)院33鐵氧體材料新發(fā)展信息存儲鐵氧體材料吸波鐵氧體材料鐵氧體吸波材料磁性流體龐磁電阻材料磁性陶瓷*材料科學(xué)與工程學(xué)院34中國地大物博，金屬和稀有元素礦藏非常豐富，有著豐富而天然的原材料資源優(yōu)勢，磁性材料產(chǎn)業(yè)所需的各種原材料幾乎國內(nèi)都能滿足。磁性材料行業(yè)稀土成本占原料成本的30%，而中國是稀土的故鄉(xiāng)，儲有世界上80%的稀土，因此有磁性材料行業(yè)優(yōu)勢。08年低具有磁性材料生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)的企業(yè)109