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鐵氧體ferrite

時(shí)間：2020-03-01 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
舊稱鐵淦氧磁物或鐵淦氧，其生產(chǎn)過(guò)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。
　　沿革 　中國(guó)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(Fe3O4)，中國(guó)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(wú)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(shí)被稱為OP磁石。30～40年代，法國(guó)、 日本、 德國(guó)、荷蘭等國(guó)相繼開展了鐵氧體的研究工作，其中荷蘭菲利浦實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1952年，該室J.J.文特等人曾經(jīng)研制成了以 BaFe12O19為主要成分的永磁性鐵氧體。這種鐵氧體與1956年該室的G.H.永克爾等人所研究的四種甚高頻磁性鐵氧體具有類似的六角結(jié)構(gòu)。1956年E.F.貝爾托和F.福拉又報(bào)道了亞鐵磁性的Y3Fe5O12的研究結(jié)果。其中代換離子Y有Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Tm、Yb和Lu等稀土離子。由于這類磁性化合物的晶體結(jié)構(gòu)與天然礦物石榴石相同，故將其稱之為石榴石結(jié)構(gòu)鐵氧體。迄今為止，除了1981年日本杉本光男采用超急冷法制得的非晶結(jié)構(gòu)的鐵氧體材料以外，從結(jié)晶化學(xué)的觀點(diǎn)看，均未超出上述三種類型的晶體構(gòu)造。所做的工作多數(shù)是為了適合新的用途而進(jìn)行改性和深入的研究。
　　分類 　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。
　　軟磁鐵氧體 　一種比較成熟的材料品種，產(chǎn)量大，應(yīng)用范圍廣，是其他鐵氧體材料無(wú)法比擬的。同金屬軟磁材料相比，軟磁鐵氧體具有較高的電阻率。因此，在高頻范圍使用時(shí)，渦流損耗小。從而使軟磁鐵氧體材料在高頻弱電技術(shù)中，占有得天獨(dú)厚的地位。主要用于收音機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、通信機(jī)、電子計(jì)算機(jī)、微波器件、磁致伸縮諧振子、磁泡存貯器、感溫敏感元件、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、磁生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。主要品種有Mn-Zn系、Ni-Zn系、Mn-Mg系、Cu-Zn系、Li-Zn系、Ni-Cu-Zn系、CO2Z系、YIG系等。
　　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(chǎng)消失以后，仍能長(zhǎng)久地保留著較強(qiáng)的恒定剩磁性質(zhì)，可以用于對(duì)外部空間產(chǎn)生恒穩(wěn)的磁場(chǎng)。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(yáng)聲器、電視機(jī)和微波器件中作為恒磁體使用。
　　旋磁鐵氧體 　鐵磁介質(zhì)中的磁化矢量永遠(yuǎn)不是完全靜止的，它不斷地繞磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)。這一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在超高頻電磁場(chǎng)的作用下就產(chǎn)生所謂旋轉(zhuǎn)性的現(xiàn)象。具有這種旋磁性的鐵氧體稱為旋磁鐵氧體。由于鐵氧體的旋磁性多用于微波器件，因此旋磁鐵氧體又稱微波鐵氧體。
　　目前在微波技術(shù)中應(yīng)用的鐵氧體材料主要可分為尖晶石型、石榴石型和磁鉛石型(六角晶系)三種類型。由于它們的各自磁性和微波電磁性能各有其特點(diǎn)，在微波技術(shù)中的應(yīng)用也各有不同。
　　矩磁鐵氧體 　一種磁滯回線具有近似矩形的鐵氧體。其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和剩余磁感強(qiáng)度的大小相近。這種鐵氧體材料在計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、電視及無(wú)線電通信、微波技術(shù)與雷達(dá)等領(lǐng)域都有重要用途，例如：作為二進(jìn)制電子計(jì)算機(jī)的“1”和“0”兩種狀態(tài)的記憶元件，各種開關(guān)和控制系統(tǒng)的“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)的開關(guān)元件，以及邏輯系統(tǒng)的“是”和“否”兩種狀態(tài)的邏輯元件來(lái)使用。但是最主要的還是用于計(jì)算機(jī)的存貯器。矩磁鐵氧體按其化學(xué)成分大致可分為三大類：即以錳鐵氧體為基的Mg-Mn、Mn-Cu、Mn-Cd鐵氧體等;以鎳鐵氧體為基的Ni-Zn、Ni-Mn鐵氧體等；以鋰鐵氧體為基的Li-Ni、Li-Mn鐵氧體等。若按使用溫度又可分為常溫、中溫和寬溫鐵氧體。按其驅(qū)動(dòng)磁芯的電流大小，又可分為大電流、中電流和小電流鐵氧體等。
　　壓磁鐵氧體 　又名磁致伸縮鐵氧體。具有較高的磁致伸縮系數(shù)。這種材料在外加磁場(chǎng)中發(fā)生幾何長(zhǎng)度的改變，可以把電振蕩轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)，或者相反將超聲波振動(dòng)變成電振蕩。選用適當(dāng)?shù)膲捍盆F氧體材料可以產(chǎn)生可供利用的超聲波。具有較好磁致伸縮性能的壓磁鐵氧體是Ni-Co系鐵氧體。
　　生產(chǎn)工藝 　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。
　　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(guò)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(guò)程中，爐膛中的環(huán)境條件起有重要的作用。
　　鐵氧體化學(xué)工藝 　亦稱濕法工藝，有時(shí)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(guò)程是：先將制備鐵氧體時(shí)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(guò)中和或氧化等化學(xué)反應(yīng)生成鐵氧體粉末，其后工藝過(guò)程與前面介紹的相同。
　　單晶鐵氧體制造工藝 　與非金屬單晶生長(zhǎng)大致相同。Mn-Zn和Ni-Zn系鐵氧體單晶生長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)在爐膛內(nèi)需要加幾個(gè)乃至100個(gè)MPa的氧分壓。
　　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(duì)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(guò)程同半導(dǎo)體單晶薄膜的外延方法極為相近。
　　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。  
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