铁淦氧是铁氧体的旧称,是一种具有亚铁磁性的
金属氧化物。就电特性来说,其电阻率比单质金属或合金
磁性材料大得多,而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。因而,铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低,饱合
磁感应强度(Bs)也较低(通常只有纯铁的1/3~1/5),因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。
基本分类
按照
磁学性质和应用情况的不同,铁氧体可分为:软磁、永磁、旋磁、矩磁、压磁等五种类型。
软磁材料
这类材料在较弱的
磁场下,易磁化也易退磁,如锌铬铁氧体和
镍锌铁氧体等。软磁铁氧体是当前用途广,品种多,数量大,产值高的一种
铁氧体材料。它主要用作各种电感元件,如滤波器磁芯、变压器磁芯、无线电磁芯,以及
磁带录音和录像磁头等,也是
磁记录元件的关键材料。
永磁铁氧体
一种具有
单轴各向异性的六角结构的化合物。主要是钡、锶、铅三种铁氧体及其复合的固溶体。有同性磁和异性磁之分。由于这类铁氧体材料在外界磁化场消失以后,仍能长久地保留着较强的恒定剩磁性质,可以用于对外部空间产生恒稳的磁场。其应用很广泛,例如:在各类电表中、发电机、电话机、扬声器、电视机和微波器件中作为恒
磁体使用。
硬磁材料
铁氧体
硬磁材料磁化后不易退磁,因此,也称为
永磁材料或恒磁材料。如
钡铁氧体、钢铁氧体等。它主要用于电信器件中的录音器,拾音器、扬声器,各种仪表的磁芯等。
旋磁材料
磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的稳恒磁场和电磁波磁场的作用下,平面偏振的电磁波在材料内部虽然按一定的方向传播,但其偏振面会不断地绕传播方向旋转的现象。金属、合金材料虽然也具有一定的旋磁性,但由于电阻率低、涡流损耗太大,电磁波不能深入其内部,所以无法利用。因此,铁氧体旋磁材料旋磁性的应用,就成为铁氧体独有的领域。旋磁材料大都与输送微波的波导管或传输线等组成各种微波器件。主要用于雷达、通信、导航、遥测等电子设备中。
矩磁材料
这是指具有矩形磁滞回线的铁氧体材料。它的特点是,当有较小的外磁场作用时,就能使之磁化,并达到饱和,去掉外磁场后,磁性仍然保持与饱和时一样。如镁锰铁氧体,
锂锰铁氧体等就是这样。这种铁氧体材料主要用于各种电子计算机的存储器磁芯等方面。
压磁材料
这类材料是指磁化时在磁场方向作机械伸长或缩短的铁氧体材料,如镍锌铁氧体,镍铜铁氧体和镍铬铁氧体等。压磁材料主要用作电磁能与机械能相互转化的换能器,作
磁致伸缩元件用于超声。
生产工艺
根据铁氧体结晶构造和形态,制备工艺大致分为:多晶铁氧体生产工艺;铁氧体化学工艺;单晶铁氧体制造工艺及其他特种工艺,如铁氧体多晶薄膜和非晶铁氧体等。
多晶铁氧体生产工艺
类似陶瓷工业中常用的烧结过程,包括如下步骤:经固相反应形成铁氧体的金属氧化物或碳酸盐或其他化合物,在混合均匀之后,经球磨、干燥,压成特定的形状。在大约1000°C的温度下进行预烧后,再一次充分研磨和混合。加入适量的粘合剂,压成所要求的形状或者作为塑性物质挤压成管状、棒状或条状。然后在1200~1400°C温度下烧结,准确的温度取决于所需的铁氧体特性。在最后的烧结过程中,炉膛中的环境条件起有重要的作用。
铁氧体化学工艺
亦称湿法工艺,有时还称为
化学共沉淀法。专门制备较高性能铁氧体的工艺方法,又可分成中和法和氧化法。其过程是:先将制备铁氧体时所需的金属元素,配制成一定浓度的离子溶液,然后根据配方取适量溶液进行混合,通过中和或氧化等化学反应生成铁氧体粉末,其后工艺过程与前面介绍的相同。
单晶铁氧体制造工艺
与非金属单晶生长大致相同。Mn-Zn和Ni-Zn系铁氧体单晶生长一般是采用布里兹曼法,即把多晶铁氧体放入铂坩埚里熔融后,在适当的温度梯度电炉中使坩埚下降,从坩埚底部慢慢固化生成单晶。为了使熔融状态下形成的氧分压达到平衡,晶体生长时在炉膛内需要加几个乃至100个MPa的氧分压。
铁氧体多晶薄膜的制备
如垂直磁化的
钡铁氧体薄膜,采用新型的对向靶溅射装置进行溅射。制备石榴石单晶薄膜,多采用在单晶基板上进行气相或液相外延法,其具体工艺过程同半导体单晶薄膜的外延方法极为相近。
非晶铁氧体的制备
当前是采用超急冷方法和溅射法,所谓超急冷法即把铁氧体原料和适量的
类金属元素混合后,在高温熔融状态下,骤然施行大温度梯度的超急冷却的方法。这方面的研究工作刚刚开始,制品的性能还不甚理想。
粉料制备方法
铁氧体粉料的制备就是完成从原料到铁氧体粉料的制造过程,铁氧体粉的制造方法有许多种。
溶胶凝胶法是金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化,再经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。溶胶凝胶法是制备材料的湿化学方法中一种常用的方法,广泛应用于制备铁氧体纳米材料。
化学共沉淀法是制备铁氧体的一种常见的方法。它是利用沉淀剂(如OH-、CO32-等)将溶液中的金属离子共同沉淀,经过过滤、洗涤、干燥、灼烧等过程得到产物。
(3)氧化物法
氧化物法制备铁氧体的要点是把原材料混合、加热,通过固态物质间的反应而获得铁氧体粉料。为了有效地促进固相反应而获得均匀的、性质好的铁氧体粉料,除了注意原材料的选择外,还要注意混和、预烧和粉碎条件的确定。氧化物法是大规模工业生产的手段。
应用范围
磁性材料的应用很广泛,可用于电声、电信、电表、电机中,还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的
磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的
磁性卡等。