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鐵氧體簡介

1.鐵氧體簡介

鐵氧體(ferrites)鐵氧體是一種非金屬磁性材料,又叫鐵淦氧。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)配制燒結而成。它的相對磁導率可高達幾千,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的金屬元素的復合氧化物。性質屬于半導體,通常作為磁性介質應用,鐵氧體磁性材料與金屬或合金磁性材料之間最重要的區別在于導電性。通常前者的電阻率為102~108Ω·cm,而后者只有10-6~10-4Ω·cm。

鐵氧體分類

  按照磁學性質和應用情況的不同,鐵氧體可分為:軟磁、永磁、旋磁、矩磁、壓磁等五種類型。

一、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,數量大,產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鍵材料。

二、永磁鐵氧體

  一種具有單軸各向異性的六角結構的化合物。主要是鋇、鍶、鉛三種鐵氧體及其復合的固溶體。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的恒定剩磁性質,可以用于對外部空間產生恒穩的磁場。其應用很廣泛,例如:在各類電表中、發電機、電話機、揚聲器、電視機和微波器件中作為恒磁體使用。

三、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。

四、旋磁材料

  磁性材料的旋磁性是指在兩個互相垂直的穩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的現象。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部,所以無法利用。因此,鐵氧體旋磁材料旋磁性的應用,就成為鐵氧體獨有的領域。旋磁材料大都與輸送微波的波導管或傳輸線等組成各種微波器件。主要用于雷達、通信、導航、遙測等電子設備中。

五、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,當有較小的外磁場作用時,就能使之磁化,并達到飽和,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的存儲器磁芯等方面。

六、壓磁材料

  這類材料是指磁化時在磁場方向作機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械能相互轉化的換能器,作磁致伸縮元件用于超聲。

鐵氧體應用

一、范圍

  磁性材料的應用很廣泛,可用于電聲、電信、電表、電機中,還可作記憶元件、微波元件等。可用于記錄語言、音樂、圖像信息的磁帶、計算機的磁性存儲設備、乘客乘車的憑證和票價結算的磁性卡等。下面著重談磁帶上所用的磁性材料和作用原理。

二、原理

  硬磁性材料被磁化以后,還留有剩磁,剩磁的強弱和方向隨磁化時磁性的強弱和方向而定。錄音磁帶是由帶基、粘合劑和磁粉層組成。帶基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁強的r-Fe2O3或CrO2細粉。錄音時,是把與聲音變化相對應的電流,經過放大后,送到錄音磁頭的線圈內,使磁頭鐵芯的縫隙中產生集中的磁場。隨著線圈電流的變化,磁場的方向和強度也作相應的變化。當磁帶勻速地通過磁頭縫隙時,磁場就穿過磁帶并使它磁化。由于磁帶離開磁頭后留有相應的剩磁,其極性和強度與原來的聲音相對應。磁帶不斷移動,聲音也就不斷地被記錄在磁帶上。放音時,將已錄音的磁帶以錄音時同樣的速度緊貼著放音磁頭縫隙進。磁頭鐵芯是用高導磁率鐵氧體軟磁材料制成的,它對磁通阻力很小。因此,磁帶上所錄的音頻剩磁通,容易通過磁頭鐵芯而形成回路。磁帶上的剩磁通在放音磁頭線圈上感應出一個與剩磁通變化規律相同的感應電動勢。再經過放音放大器放大后,送去推動揚聲器,磁帶上所錄下的音頻信號便還原成原來的聲音。

三、作用

錄像磁帶與錄音磁帶所用的材料及作用原理基本相同,不過錄音記錄的是代表聲音的電信號,而錄像記錄的是代表景物的電視信號。電視信號中不但有聲音信號還有圖像信號。錄像磁帶與錄音磁帶相比,錄像磁帶記錄的密度很高,因為錄像磁帶記錄波長是微米數量級,為在這波長范圍能有充分的靈敏度和信噪比,磁性體粒度必須小,磁性層表面必須平滑。而且磁性層表面的耐磨性必須好,才能在同磁頭的高速摩擦以及同磁帶的輸送系統的固定部分摩擦條件下使用。為此,所使用的粘合劑必須耐熱、耐摩。

四、計算機磁性存儲設備

應用于計算機磁性存儲設備和作為乘客乘車的憑證和票價結算的磁性卡所用的磁性材科及作用原理,同磁帶所用的磁性材料及作用原理基本相同,只是用處不同而已。在磁性卡上有一窄條磁帶,當你乘地鐵從甲站到乙站時,在甲站向儀器中投入從甲站到乙站的票錢(硬幣),之后投出一張磁性卡,在投出這張磁性卡的過程中已錄上了到乙站下車的磁記錄,拿這張磁性卡乘車到乙站后投入到儀器中,門開,出站。如果沒在乙站下車,而是在比乙站遠的丙站下車,投入的硬幣不夠,出站門不開。要拿磁性卡補票后才能出站。

在乙站或丙站投入磁性卡的過程,就是磁記錄經過磁頭變成電信號的過程。再用電信號控制站門開關  

電機的鐵芯所用的磁性材料一般用硬磁鐵氧體,這些材料的特點是磁化后不易退磁。對磁通的阻力小。

生產工藝

根據鐵氧體結晶構造和形態,制備工藝大致分為:多晶鐵氧體生產工藝;鐵氧體化學工藝;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。

一、多晶鐵氧體生產工藝

類似陶瓷工業中常用的燒結過程,包括如下步驟:經固相反應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,經球磨、干燥,壓成特定的形狀。在大約1000°C的溫度下進行預燒后,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擠壓成管狀、棒狀或條狀。然后在1200~1400°C溫度下燒結,準確的溫度取決于所需的鐵氧體特性。在最后的燒結過程中,爐膛中的環境條件起有重要的作用。

二、鐵氧體化學工藝

亦稱濕法工藝,有時還稱為化學共沉淀法。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,然后根據配方取適量溶液進行混合,通過中和或氧化等化學反應生成鐵氧體粉末,其后工藝過程與前面介紹的相同。

三、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,在適當的溫度梯度電爐中使坩堝下降,從坩堝底部慢慢固化生成單晶。為了使熔融狀態下形成的氧分壓達到平衡,晶體生長時在爐膛內需要加幾個乃至100個MPa的氧分壓。

四、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行濺射。制備石榴石單晶薄膜,多采用在單晶基板上進行氣相或液相外延法,其具體工藝過程同半導體單晶薄膜的外延方法極為相近。


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