铁氧体

的J.J.文特等人曾经研制成了以BaFe12O19为主要成分的永 磁性铁氧体。这种铁氧体与1956年该实验室的G.H.永克尔 等人所研究的四种甚高频磁性铁氧体具有类似的六角结构 。 1956 年 E.F. 贝 尔 托 和 F. 福 拉 又 报 道 了 亚 铁 磁 性 的 Y3Fe5O12的研究结果。其中代换离子Y有Pm、Sm、Eu、Gd、 Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu等稀土离子。由于这类磁性 化合物的晶体结构与天然矿物石榴石相同，故将其称之为 石榴石结构铁氧体。迄今为止，除了1981年日本杉本光男 采用超急冷法制得的非晶结构的铁氧体材料以外，从结晶 化学的观点看，均未超出上述三种类型的晶体构造，目前 所做的工作多数是为了适合新的用途而进行改性和深入的 研究。
根据数据显示，近几年永磁铁氧体和软磁铁氧体均处于稳定的状态，其 中永磁铁氧体无明显增长，主要原因有:（1）传统家电和IT行业市场应用比率下 降。（2）从产品本身看，随着各类电子产品向微型化、小型化、薄型化方向发 展，产品结构性在不断变化。（3）近几年来钕铁硼技术在不断进步，耐温系数 在不断提高，稀土材料成本不断下降对永磁铁氧体形成了部分替代，从而影响了 永磁铁氧体产品的需求。
1 铁氧体磁性材料的结构与性能的关系有待于改善
铁氧体磁性材料是一种结构敏感性材料，只有控制微观 结构和晶界才能获得高性能的铁氧体材料。在众多的影响铁氧 体的生产因素中，关键是原材料的纯度、合适的添加剂和最优 化的烧结工艺。近年来共喷雾烧结法已用于日本铁氧体工业化 生产，采用这种先进工艺可利用成本低的不太纯的原料便可生
八、铁氧体的制备
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，如铁氧体薄膜和非晶铁 氧体等。
1、多晶铁氧体生产工艺
类似陶瓷工业中常用的生产过程，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，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～
3、石榴石型铁氧体
石榴石型铁氧体的分子式为R3Fe5O12，其 中R为钇(Y)、钪(Sc)以及稀土族元素离子，离 子 半 径 在榴 石 (Y3Fe5O12) 是该类型铁氧体的代表物质之一。 钇铁石榴石的结构又可写成
其中 A 和 B 分别代表两种子晶 格的离子，它们的自旋方向 相反。在原胞中有8个Y3Fe5O12 ，一共有 24 个钇离子， 16 个 处于 B 位的铁离子，24 个处于 A 位的铁离子以及 96 个氧离子 。每个在 B 位的铁离子被 4 个 氧离子所包围，每个在A 位的 铁离子又被 6 个氧离子所包围 。右图表示钇铁石榴石原胞 的结构。
经验总结为基础，缺乏有效的理论指导。对材料的性能与电子 结构、化学键性能及晶体结构的内在关系尚无系统研究，导致 一些微观结构方面的重要基本问题未被很好地认识。（2）目 前铁氧体磁性材料多采用常规的高温固相反应方法制备，不仅 烧结时间长，难于获得均匀致密的显微结构，而且组分易挥发 ，使产物偏离预期的组成并形成多相结构，从而导致材料性能 的劣化和不稳定性。
子式MeFe2O4 ，金属离子分布的一般式可表示为 (MexFe1-x)[Me1-xFe1+x]O4 其中，( )内的离子占A位；[ ]内的离子占B位。 当 x=1时为正尖晶石铁氧体；当 x=0 时为反尖晶石铁 氧体；当0<x<1时为混合型尖晶石铁氧体。 在尖晶石铁氧体相结构中，金属离子占 A、B位的趋 势有一定的倾向性，其顺序为： Zn2+ ， Cd2+ ， Mn2+ ， Fe3+ ， V5+，Co2+，Fe2+，Cu+，Mg2+，Li+，Al3+，Cu2+，Mn3+，Ti4+， Ni2+ ， Cr3+ 。越在前面的离子占 A 位的倾向性越强；越在后 面的离子占B位的倾向性越强；中段是对A、B位倾向性不显 著的离子，一般倾向于混合型分布。
五、我国铁氧体产业发展概况
磁性材料是电子工业的重要基础功能材料，自20世纪50年代以来，全球磁 性材料的产值和产量几乎每隔10年就翻一番,磁性材料已成为现代社会和工业发展的 重要组成部分。目前全球磁性材料生产主要集中在日本和中国，从技术和产能两个 方面来看，日本是全球磁性材料技术领跑者，而我国磁性材料产能居世界首位，确 立了世界磁性材料生产大国和磁性材料产业中心的地位。
三、铁氧体的价值
铁氧体材料的磁化强度比不上金属磁性材料， 它的主要优点是高电阻率。多数铁氧体的电阻率处 在10-2～l010Ω ·cm范围内，如此高的电阻率使得这 类材料在交变电磁场中具有较小甚至可以忽略的趋 肤效应和涡流损耗，这也就是铁氧体在无线电、高 频、微波、脉冲等领域的应用得到迅速发展的原因 。另外，铁氧体由于具有效率高、体积小、价格低 等特点，已成为与金属磁性材料并驾齐驱的重要磁 性材料，铁氧体的制备、基本磁性的研究与应用已 十分成熟。
从我国永磁、软磁铁氧体产量情况分析，受经济不景气、需求 下降、产品趋于小型薄型化等因素的影响，近五年磁性材料需求量无明 显增长。 作为全球最大的磁性材料生产国家，2011年以来我国永磁、软 磁铁氧体产量占全球产量在68%-72%之间，我国磁性产品原材料市场供 应充足，有着巨大应用市场支撑，已经是名副其实的磁性材料生产制造 大国。 从总体上分析全球在未来对永磁铁氧体的需求增长有限。软磁 铁氧体无明显增长的主要原因是从市场应用看传统家电市场、PC市场不 断萎缩，但智能手机、服务器、新能源、工业电源、汽车电子、无线充 电市场发展较快。 从产品本身看，同样受到电子元器件向高稳定、高可靠、轻薄 短小、宽适应性等方向发展的影响，预计在未来市场中软磁铁氧体从吨 位需求预计只会减少不会增加，产品的数量则只会增加不会减少，产品 朝大与小两级分化。
以 BaFe12O19 为 例 ， 两 价 钡 离子的半径与氧离子半径 (1.32Å) 相 近 ， Ba2+ 不 能 进 入 氧 离子所构成的空隙中。见右图所 示，其晶体结构不是立方对称而 是六角对称的。图中两层Ba离子 之间夹着一个尖晶石块，其离子 的分布和沿着立方体对角线即 <111> 方向切割下来的尖晶石结 构是相同的。
产出高纯的铁氧体。相信通过新的材料加工工艺和工艺理论控 制微观结构可得到性能更高、更可靠的铁氧体新材料。
2 组成与结构可控的铁氧体磁性材料的制备
材料的组成与结构的可靠性研究是保证材料具有高性能 和高可靠性的基础，铁氧体磁性材料的合成与制备中目前存在 的问题影响了材料的高性能和高可靠性。近年来软化学方法作 为一种先进的材料制备方法，已经在先进功能材料的制备方面 开辟了一条新的工艺路线。 随着热压成形技术、热压烧结技术、气氛烧结技术、高 温自蔓延技术、放电等离子体烧结技术、微波烧结技术等新技 术在制备铁氧体磁性材料中的应用与发展，可获得晶粒细小、 显微结构均匀致密、较好地保持原始材料组成与结构的铁氧体 磁性材料，从而最终实现铁氧体磁性材料组成、结构与性能的 可调控性。
六、基本磁性参量及技术磁化曲线
磁性材料受到外加磁场 H 的作用，会感生出 磁化强度M，其关系为M=Х H，Х 称为磁化率。磁感 应 强 度 B=μ 0(H+M)=μ 0(1+Х )H=μ 0μ H ， 其 中 μ =1+Х 为 磁 导 率 ， μ 0 为 真 空 磁 导 率 ， 等 于 4π ×10-7H/m。
磁化曲线及磁滞回线
不同磁化状态下的磁滞回线
七、铁氧体的晶体结构
1、尖晶石型铁氧体
尖晶石铁氧体的晶体结构与天然矿物尖晶石 MgAl2O4 的结 构相同，故因此得名。 尖晶石铁氧体的化学分子式可写为MeFe2O4 。其中Me为二 价金属离子，也可写成AB2O4 ，A和B为金属离子。
由于尖晶石结构中氧离子半径远大于一般的金属离子 ，可看成是由氧离子密堆积而成，为面心立方结构，而金属 离子则嵌入在氧离子缝隙中。 氧离子的缝隙有两种，一类是间隙较大，由6个氧离子 包围而成的八面体间隙（简称 B位置），另一类是由 4个氧离 子包围而成的四面体间隙（简称A位置）。 在一个单位晶胞中，包含有 64 个 A 位置， 32 个 B 位置。 但实际金属离子仅占用了8个A位置和16个B位置，其余都是空 的，这些空位对配方不准所造成的成分偏离正分及对掺杂有 利。整个单位晶胞包含8个AB2O4分子式的离子数。 尖晶石铁氧体的亚铁磁性是 A 、 B 位置上磁性金属离子 磁矩反向排列而相互不能抵消所引起的，因此，哪种金属占A 位或B位，与磁性能的关系非常密切。根据尖晶石铁氧体的分
铁氧体
姓 学 学 名： 罗 强 号： 201621030720 院： 微固学院
一、什么是铁氧体
从实用的磁学观点看，物质可分为抗磁性、顺磁性、反 铁磁性、铁磁性和亚铁磁性五类材料。
其中前三种材料磁化率趋近于 0 ，因此一般不能算作磁 性材料。铁磁性材料磁化率可达101～106 量级，一般为Fe、Co 、 Ni 及一些稀土金属磁性材料。亚铁磁性材料磁化率可达 100 ～104 量级，一般为铁氧体材料。具有铁磁性和亚铁磁性的材 料才能算真正的磁性材料。
四、铁氧体存在的问题与展望
虽然铁氧体磁性材料相对于金属磁性材料来说有很多优 点，但是它还不能完全替代金属磁性材料，它和各种高质量的 铁磁合金相比也有不足之处，其中最突出的是铁氧体的饱和磁 化强度较低，通常只有纯铁的1/3～1/5。这就是说，由于铁氧 体单位体积中贮存的磁能较低，限制了它在要求有较高磁能密 度的低频、强电和大功率领域内的应用。如今在电力工业的发 电、电动和输电变压器等大功率设备中，金属磁性材料仍能保 持其优点，而铁氧体则很难满足其要求。 铁氧体市场将随着高频磁性器件用磁性材料增加而稳定 增长。此外，随着电子工业对器件高频化、小型化、薄型化、 集成化方向发展，也要求铁氧体具有更高的电磁性能。但目前 的体系还是不能令人满意，存在的问题主要包括：（ 1）在体 系的选择和性能的提高等方面主要是以对大量的实验结果进行