磁性陶瓷赵杰

磁性陶瓷2014.6.4

磁性陶瓷（铁氧体陶瓷）分类磁性陶瓷(magneticceramics)分为含铁(ferrite)的铁氧体陶瓷和不含铁的磁性陶瓷。铁氧体陶瓷是以氧化铁和其他铁族或稀土族氧化物为主要成分的复合氧化物。按铁氧体的晶体结构分：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁铅石型（MFe12O19）（M为铁族元素，R为稀土元素）。按铁氧体的性质及用途分：软磁、硬磁、旋磁、矩磁、磁泡、磁光、磁记录材料等。按其结晶状态分：单晶体和多晶体铁氧体。按其外观形态分：粉末、薄膜和体材等。*材料科学与工程学院3铁氧体材料

软磁磁记忆按HC大小分半硬磁磁记录硬磁磁性陶瓷

铁氧体材料*材料科学与工程学院4铁氧体材料发展简况和磁性来源

春秋战国时期：“磁石召铁”的记载，主要成分Fe3O4——天然铁氧体。20世纪30年代：开始研究铁氧体。20世纪40年代：软磁铁氧体商品问世。20世纪50年代：铁氧体快速发展的时期。1952年：磁铅石型硬磁铁氧体研制成功。1956年：石榴石型铁氧体研制成功。磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院5软磁铁氧体

在较弱的磁场作用下，很容易被磁化也容易退磁的一类铁氧体材料。典型代表：锰锌铁氧体Mn－ZnFe2O4

镍锌铁氧体Ni－ZnFe2O4

等磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院6衡量软磁铁氧体性能的几个重要指标指标1—磁导率μ；指标2—损耗因子tanδ（或品质因素Q）；指标3—工作频率范围；指标4—工作温度范围。还有居里点Tc、电阻率ρ等1.软磁铁氧体材料的性能

软磁铁氧体主要作为电感元件的磁芯应用于通讯、广播、电视等领域。用途广，品种多，数量大，产值高。磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院7铁氧体磁铁1.软磁铁氧体的性能磁性陶瓷

铁氧体材料

软磁铁氧体*材料科学与工程学院8指标1磁导率μ

对于磁芯来讲，μ要求大些好，因这样可减少满足同电感量的线圈体积。可通过提高材料的饱和磁化强度Ms、降低材料的磁致伸缩常数和材料的各向异性等措施来提高。1.软磁铁氧体的性能磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院9指标2损耗因子tanδ或品质因数Q

磁性材料的损耗形式有多种，改善方式也因此而异。希望损耗小些、品质高些。1.软磁铁氧体的性能磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院10指标3

工作频率范围

工作频率增加，导致μ和Q都下降。对应μ和Q迅速下降的频率称为应用频率极限；对应μ下降至一半时的频率为截至频率。指标4

工作温度范围

μ随工作温度而变化，导致磁芯工作不稳定。所以希望磁导率温度系数αμ小。可用控制配方（提高含铁量、添加CoO）、控制烧结工艺、减少内应力等来改善。1.软磁铁氧体的性能磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院112.软磁铁氧体的制备过程称量混合煅烧喷雾造粒成型烧结机械加工包装配料磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体磁性陶瓷压力喷嘴铁氧体造粒铁氧体喷雾干燥调试现场精密陶瓷专用喷雾造粒干燥机*材料科学与工程学院13人工喷雾美化自然、降低温度、提高湿度*材料科学与工程学院14软磁铁氧体的制备中的影响因素组成烧结气氛晶粒大小和气孔冷却速率磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院15磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体

要利用物质的铁磁性，就得在工艺上要充分保证并提高磁性能。几个重要基本特性取决于工艺情况：（1）饱和磁化强度、饱和磁感应强度取决于物质本身成分和配比；（2）在成分和配比确定的前提下，磁导率、矫顽力等随晶体组织结构而变化。*材料科学与工程学院16磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体玻璃成分B2O3BaO+BaO,Fe2O3（Ba铁氧体成分）+CoO,TiO2（矫玩力调整）熔融急冷凝固Ba铁氧体薄片结晶化Ba铁氧体磁性粉*材料科学与工程学院173.软磁铁氧体的应用应用一：最简单的应用做成变压器铁芯，根据电磁感应原理，初级线圈中施以电讯号，则次级线圈中有感生电压、感生电流产生，从而获得电压升高、降低和稳压的作用。据此可制成各种变压器，如音频变压器、脉冲变压器、选频倒相变压器等。

磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体主要用于电磁能的转换。*材料科学与工程学院18应用二：作为电感元件，电感对于电流的变化具有阻抗作用，当交流电压加到具有铁芯的电感线圈上时，交流电压不断变化，而电抗元件对电流的变化具有滞后性。在每一瞬间内把输人的功率变成电磁能储存起来，过一会儿又把它放出来，变成输出功率。这类应用如电源滤波扼流器、谐振回路中的电感、日光灯镇流器等。应用三：

磁记录元件的关键材料，如天线磁芯、偏转磁芯以及磁带录音磁头、多路通讯等的记录头的磁芯等。磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体3.应用*材料科学与工程学院19硬磁铁氧体

又称永磁铁氧体或恒磁铁氧体，是一种磁化后不易退磁，能长期保持磁性的铁氧体，一般作为恒稳磁场源。有三大特征。特征①—剩余磁感应强度Br较高。

Br是材料经外场磁化达饱和并除去外场后，在闭合磁路中所剩的磁感应强度，正是由于Br的存在，硬磁材料才能在没有外磁场时，对外保持一定的磁场。一般Br为0.3～0.5T左右。磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院20特征②—矫顽力Hc大矫顽力Hc即处于饱和磁化状态的磁性材料，将磁场单调减小至零并反向增加，使磁化强度沿饱和磁滞回线减小到零时的磁场强度。它表示材料抵抗退磁的能力。一般为0.1～0.4T左右。特征③—最大磁能积（BH）max高磁能积是衡量硬磁材料的一项重要参数，它是指磁滞回线在第Ⅱ象限（退磁曲线）内磁感应强度B和磁场强度H的乘积，在单位体积中储存的磁能与BH乘积成正比。（BH）max越大，单位体积中储存的磁能越大，硬磁材料的性能也越好。一般在8000～40000J／m3左右。硬磁铁氧体磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院21提高硬磁铁氧体的矫顽力的三条途径：①磁畴的成核需要高磁场，如果成核场大于畴壁移动的场，那么就需要一个反向场使磁化反转；②形成一些势垒阻止畴壁运动，这些势垒只有高反向场才能克服；③材料中的畴不能形成（即极细的晶粒）。研究表明，当铁氧体的晶粒直径从10μm减至1μm时，其矫顽力从7957.75A／m（100Oe）增至159155A／m（2000Oe）。硬磁铁氧体磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院22硬磁铁氧体的主要用途：

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。硬磁铁氧体磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院23其他铁氧体1.

磁记录材料主要用于磁带录音机、磁带录像机、电子计算机、磁带存储器、磁印刷、磁全息和磁记录复制用的磁性材料。属软磁铁氧体。磁头材料要求有较高的起始磁化率μi和Bs(保证高灵敏度)；较低的磁强度(减少噪声和损耗)；较高的耐磨性、抗剥离性(寿命长、耐机械加工)。可以选用热压烧结和控制显微结构来制备各种记录磁头材料。

磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院242.微波铁氧体又称旋磁铁氧体。在高频磁场的作用下，平面偏振的电磁波在这种铁氧体中按一定方向传播时，偏振面会不断绕传播方向旋转。

常用的微波旋磁铁氧体有尖晶石型和石榴石型两大类，前者价格便宜，后者性能优良，此外在毫米波段也可使用六方晶系铁氧体。磁性陶瓷铁氧体材料其他铁氧体*材料科学与工程学院25

尖晶石铁氧体主要有Mg、Ni、Li等铁氧体，通常加入Al、Cr以控制饱和磁化强度M；加Mn、Co以增大电阻率，加Cu、Bi作助熔剂以增加密度。Li铁氧体具有高居里温度，低磁致伸缩系数，较大的磁各向异性，窄的铁磁共振线宽以及良好的矩形磁滞回线，价格比石榴石铁氧体便宜，是制造高功率、低温度系数锁式器件的优良材料。

磁性陶瓷铁氧体材料其他铁氧体2.微波铁氧体*材料科学与工程学院26

石榴石型磁铁氧体目前已可满足微波频段大部分器件的需要。其中钇铁石榴石铁氧体（YIG）在微波3cm波段作为低功率器件的磁性材料，性能十分优异。为了适应各频段器件的需要，常以多种离子，如In、Sn、Gd钆(gá)，Ge、Zr、Ti、Al、Ca、V离子置换Fe、Y等离子，以改变饱和磁化强度值，提高温度稳定性。常用的石榴石铁氧体有：Y－Al石榴石系、Y－Ca－V石榴石系、Y－Gd石榴石系等。磁性陶瓷铁氧体材料其他铁氧体2.微波铁氧体*材料科学与工程学院273.矩磁铁氧体

具有矩形磁滞回线，且矫顽力较小。在电子计算机、自动控制和远程控制等尖端科学技术中，用作记忆、开关元件和逻辑元件、磁放大器、磁光存储器及磁声存储器磁芯等。一般密度高、晶粒均匀、结晶各向异性。较大的尖晶石型铁氧体都可制成磁特性好的矩磁材料。常温下的有Mn－Mg系、Mn－Zn系、Cu－Mn系、Cd（镉gé）－Mn系等；磁性陶瓷铁氧体材料其他铁氧体*材料科学与工程学院284.磁泡材料一种新型磁存储材料。磁泡—铁氧体中的圆形磁畴。可在一些薄膜磁性材料中产生。直径1～100μm。这些畴从垂直于膜面的方向上看上去就像是气泡，因此称之磁泡。直径几微米的磁泡，可用于高密度信息记录，且希望用于计算机的高速存储器。磁性陶瓷铁氧体材料其他铁氧体无磁场作用磁场作用*材料科学与工程学院295.

磁光材料

主要用于制作大型电子计算机的外存储器—磁光存储器。这种存储器具有很高的存储密度（107位／cm2），比一般的磁鼓、磁盘存储器要高102～103倍。磁光材料要求具有较好的透光性、一定的磁化强度和矫顽力、以及合适的转变温度等。除了研究较多的晶态和非晶态合金薄膜外，铁氧体方面有钇铁石榴石铁氧体单晶、钇铁石榴石铁氧体薄膜、稀土铕的氧化物EuO及Eu的硫属化合物（EuX，X＝O、S、Se、Te）等。磁性陶瓷铁氧体材料其他铁氧体*材料科学与工程学院306.

压磁铁氧体以磁致伸缩效应为原理的铁氧体。主要应用于超声器件、水声器件、机械滤波器、混频器、压力传感器等方面。

主要材料有Ni－Zn、Ni－Cu、Ni－Mg及Ni－Co铁氧体等。其中以Ni－Zn铁氧体应用最广泛。在组成方面，可适当增加ZnO或渗入少量CuO代替NiO作助熔剂。磁性陶瓷铁氧体材料其他铁氧体*材料科学与工程学院31应用磁制冷材料在等温磁化时向外界放出热量，绝热退磁从外界吸收热量达到制冷的目的。现代文明社会离不开磁性材料！強力磁鐵,衣服用PVC磁鐵,塑膠用磁鐵*材料科学与工程学院33铁氧体材料新发展信息存储铁氧体材料吸波铁氧体材料铁氧体吸波材料磁性流体庞磁电阻材料磁性陶瓷*材料科学与工程学院34中国地大物博，金属和稀有元素矿藏非常丰富，有着丰富而天然的原材料资源优势，磁性材料产业所需的各种原材料几乎国内都能满足。磁性材料行业稀土成本占原料成本的30%，而中国是稀土的故乡，储有世界上80%的稀土，因此有磁性材料行业优势。08年低具有磁性材料生产企业及相关的企业109