磁性陶瓷

石榴石型铁氧体
立方晶系， 分子式为Me3Fe5O12或写成3Me2O3· 5Fe2O3。其中Me表示+3 价稀土金属离子。晶体结构与天然石榴石[(FeMn)3Al2(SiO3)]结构 类似的铁氧体称为石榴石型铁氧体。 特点：其晶胞中含有8个分子式，即96个O2-，其中除含有四面 体和八面体空隙外，还有8个O2-构成的十二面体空隙，这种空隙体 积较大；改性易。 常用离子半径大的稀土离子等常处于这种空隙中。 石榴石型铁氧体具有优异的磁性和介电性能，体积电阻率高， 损耗小。同时还具有一定和透光性，在微波，磁泡，磁光等领域中 是极其重要的一种磁性材料。
烧结气氛 由于软磁铁氧体的制备中存在多种变价离子， 因此气氛在制备过程中的影响极其复杂和重 要。对于Mn铁氧体，在空气中烧结会使Mn 形成三价离子而使磁性能显著变坏，由此所 得的最大磁导率为138，起始磁导率为50。 而在CO2中烧结所得材料的最大磁导率为 3200，起始磁导率为228。
晶粒大小和气孔 如果其他因数保持不变，多晶铁氧体的磁导 率随晶粒增大而提高。而起始磁导率随着气 孔率的增加而减少。
材料的磁性
由磁化过程知,畴壁移动和畴内磁化方向旋转越 容易,磁导率μ 值越大。因此，要获得高磁导率μ 值的磁性材料,必须满足以下条件： 1）不论在哪个晶向上磁化，磁能的变化都不大（磁 晶各向异性小）； 2）磁化方向改变时产生的晶格畴变小（磁致收缩 小）； 3）材质均匀，没有杂质（没有气孔、异相），没有 残余应力。 如果满足以上三个条件，磁导率μ就会很高， 矫顽力Hc就会很小。
材料的磁性
顺磁性：
顺磁性是一种弱磁性。当分子轨道或原子轨道上有落单的原子或电子 时，就会产生顺磁性。顺磁(性)物质的主要特点是原子或分子中含有 没有完全抵消的电子磁矩，因而具有原子或分子磁矩。但是原子(或 分子)磁矩之间并无强的相互作用(一般为交换作用)，因此原子磁矩在 热骚动的影响下处于无规(混乱)排列状态，原子磁矩互相抵消而无合 磁矩。但是当受到外加磁场作用时，这些原来在热骚动下混乱排列的 原子磁矩便同时受到磁场作用使其趋向磁场排列和热骚动作用使其趋 向混乱排列，因此总的效果是在外加磁场方向有一定的磁矩分量。这 样便使磁化率(磁化强度与磁场强度之比)成为正值，但数值也是很小, 一般顺磁物质的磁化率约为十万分之一，并且随温度的降低而增大。
材料的磁性
B剩磁 Hc矫顽力
磁滞回线
材料的磁性
2.磁滞回线： 是磁性材料的主要特性。Hc为矫顽力，Hm为最 大磁场，Br称为剩余磁感应强度， Bm称为最大 磁感应强度（饱和磁感应强度）。 3.磁导率μ 磁导率μ是表征磁介质磁化性能的一个物理量。对 铁磁体来说，磁导率很大，且随外加磁性的强度 而变化。磁导率μ越大越好，已成为鉴别磁性材料 性能是否优良的主要指标。
磁性陶瓷的类型
铁氧体的晶体结构
15.2.1 尖晶石型铁氧体 立方晶系 ；化学分子式 ：MeFe2O4 当Me 为Fe2+ 时，即天然铁氧体—磁铁矿 (Fe3O4)就是尖晶石结构，它的分子式可写为Fe 2+Fe2+ O 。因此称为铁氧体。 2 4 Me还可以由Mg2+、Mn2+、Ni2+、Fe2+、Co2+、 Cd2+、Cu2+、Li2+等取代，相应的铁氧体称为镁铁 氧体，锰铁氧体等 。目前，工业化生产的铁氧体材 料主要有：锰锌（MnZn）、镍锌（NiZn）和镁锰 锌（MgMnZn）铁氧体。
具有以下几个特征：
剩余磁感应强度Br较高。剩余磁感应强度即材料 经外场磁化达饱和并除去外场后，在闭合磁路中 所剩余的磁感应强度，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。
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。 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。 目前，已知的硬磁铁氧体材料多为磁铅石型，主要有Ba 铁氧体（Ba0.6Fe2O3 ）、Sr铁氧体（Sr0.6Fe2O3 ）、Pb 铁氧体（ Pb0.6Fe2O3 ）及它们的复合铁氧体。
磁铅石型铁氧体
六方晶系； 分子式为MeFe12O19， 其中Me为+2价金属离子，如： Ba2+、Pb2+、Sr2+等。 天然磁铅石Pb(Fe7.5Mn3.5Al0.5Ti0.5)O19 属于B位取代。 特点：这类含Ba2+、Pb2+、Sr2+的磁铅石型铁氧体具有 较大的矫顽力Hc，是一类磁性较强的硬磁材料； 由于Ba2+、Pb2+、Sr2+等离子半径大，不能进入 氧离子构成空隙中，只能与氧处于同一层，不能形成立方对 称结构（如图所示）。 如：Ba铁氧体可作永久磁体 ； 复合物添加改性，能在几百MHz到数千MHz的高 频领域中使用 。
软磁铁氧体的制备过程
软磁铁氧体的制备过程如下所示： 称量→混合→煅烧→球磨造粒→成型→烧结→机械 加工→包装 用于制备铁氧体的原料可以采用机械方法处理过的矿 物原料，或用化学方法制备的高纯化合物。将氧化铁 和其他氧化物或碳酸盐采用球磨的方法进行混合，然 后进行煅烧。经煅烧的粉末在球磨罐中重新球磨以获 得所要求的颗粒尺寸（通常为1um左右）。将煅烧后 的粉末、黏合剂和表面活性剂等一起配成浆料，然后 在喷雾干燥器中干燥造粒，形成50~300um的颗粒，随 后干压成型。经烧结好的产品经表面打磨包装即成。
材料的磁性
铁磁性 在铁磁性物质内部，如同顺磁性物质，有很多未配对电子。由于交换 作用（exchange interaction），这些电子的自旋趋于与相邻未配对 电子的自旋呈相同方向。由于铁磁性物质内部又分为很多磁畴，虽然 磁畴内部所有电子的自旋会单向排列，造成“饱合磁矩”，磁畴与磁 畴之间，磁矩的方向与大小都不相同。所以，未被磁化的铁磁性物质， 其净磁矩与磁化矢量都等于零。 假设施加外磁场，这些磁畴的磁矩还趋于与外磁场呈相同方向，从而 形成有可能相当强烈的磁化矢量与其感应磁场。 随着外磁场的增高， 磁化强度也会增高，直到“饱和点”，净磁矩等于饱合磁矩。这时， 再增高外磁场也不会改变磁化强度。假设，减弱外磁场，磁化强度也 会跟着减弱。但是不会与先前对于同一外磁场的磁化强度相同。磁化 强度与外磁场的关系不是一一对应关系。磁化强度比外磁场的曲线形 成了磁滞回线。 假设再到达饱和点后，撤除外磁场，则铁磁性物质仍能保存一些磁化 的状态，净磁矩与磁化矢量不等于零。所以，经过磁化处理后的铁磁 性物质具有“自发磁矩”。
铁氧体材料
软磁铁氧体材料及性能
软磁铁氧体是一种在通讯、广播、电视等领域中广 泛应用的磁性材料，主要作为各种电感元件的磁芯。
衡量软磁铁氧体性能的一个重要指标是磁导率u，一 般来说u值越高，则满足相同电感量要求的线圈体积 就越少。根据不同的使用条件，u值有不同的类型。 对于在高频弱磁场线性区域下工作的磁芯，一般以 起始磁导率ui 表示。
软磁铁氧体制备中的影响因素
目前主要使用的软磁材料有Mn-Zn铁氧体和Ni-Zn铁氧 体两大类。软磁铁氧体的配方是在充分研究各种成分 的磁特性的基础上，按磁导率u、品质因素Q和温度系 数αu相互间最佳的关系来确定的。
Ni-Zn铁氧体的组成区大致范围是Fe2O350%~70%， ZnO5%~40%，NiO5%~40%。
冷却速率 快速冷却比慢速冷却的铁氧体，其电阻率低些， FeO含量高些。其原因是因为高温有利于Fe2+的形 成，在快速冷却时，Fe2+状态保持不变，当慢冷时， Fe2+重新氧化，其含量低，则电子跃迁导电的机会 变少，电阻率提高。
硬磁铁氧体
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。
材料的磁性
反铁磁性： 在原子自旋（磁矩）受交换作用而呈现有序排列的磁性材料中，如果相邻 原子自旋间是受负的交换作用，自旋为反平行排列，则磁矩虽处于有序状态 （称为序磁性），但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态 称为反铁磁性。注： ①这种材料当加上磁场后其磁矩倾向于沿磁场方向排 列，即材料显示出小的正磁化率。但该磁化率与温度相关，并在奈尔点有最 大值。 ②用主要磁现象为反铁磁性物质制成的材料，称为反铁磁材料。 亚铁磁性： 当施加外磁场后，其磁化强度随外磁场的变化与铁磁性物质相似。 亚铁磁 性与反铁磁性具有相同的物理本质，只是亚铁磁体中反平行的自旋磁矩大小 不等，因而存在部分抵消不尽的自发磁矩，类似于铁磁体。铁氧体大都是亚 铁磁体。
尖晶石型铁氧体
磁性陶瓷
Mn-Zn功率铁氧体主要特点是低损耗、能在高频中使用。 主要用于节能灯具、大屏幕液晶电视背景照明电源的开关 化、电冰箱、空调器的变频化、电视机、录像机等家用电 器待源的高效化。 Ni-Zn铁氧体 NiZn铁氧体在高频领域中很重要的材料，由于电阻率高， 可用于1~200MHz的频率范围，要求这种材料有尽可能小 的磁损耗及起始磁导率的温度系数。 主要材料NiO、ZnO、Fe2O3；添加剂为Li2O、V2O3、 CuO等。 其主要用途是生产片式电感。广泛应用于通讯和抗电 磁干扰及电磁兼容设备
磁性陶瓷
由于金属和合金磁性材料的电阻率低,损 耗大，因而无法适用于高频。陶瓷质的磁 性材料电阻率高，可以从商用频率到毫米 波范围以多种形态得到应用，而且具有较 高的高频磁导率，这是其他磁性材料难以 比拟的。
材料的磁性
抗磁性： 抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩几乎为零并且与原来 磁矩方向相反。 但是当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加磁场 的相反方向产生很小的合磁矩。这样表示物质磁性的磁化率便成为很小的负 数(量)。磁化率是物质在外加磁场作用下的合磁矩(称为磁化强度)与磁场强度 之比值，符号为κ。一般抗磁(性)物质的磁化率约为负百万分之一。 抗磁性是物质抗拒外磁场的趋向，因此，会被磁场排斥。所有物质都具有抗 磁性。可是，对于具有顺磁性的物质，顺磁性通常比较显著，遮掩了抗磁性。 只有纯抗磁性物质才能明显地被观测到抗磁性。例如，惰性气体元素和抗腐 蚀金属元素（金、银、铜等等）都具有显著的抗磁性。当外磁场存在时，抗 磁性才会表现出来。假设外磁场被撤除，则抗磁性也会遁隐形迹。 常见的抗磁物质：水、金属铜、碳(C)和大多数有机物和生物组织。抗磁物质 的一个重要特点是磁化率不随温度变化。
五组：陈成 董思凡 高铭泽
Leabharlann Baidu
磁性陶瓷
磁性材料是功能材料的重要分支； 磁性元器件具有转换、传递、处理信息、储存能量、节约 能源等功能， 应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、 医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域，尤其在 信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 信息化的发展趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、 智能化方向发展；要求磁性材料制造元器件不仅大容量、 小型化、高速度，而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低 成本的特点。
Mn-Zn铁氧体组成的确定原则上与Ni-Zn的相同。 但由于Mn-Zn铁氧体的Mn和Fe离子容易变价，如 果工艺条件控制不当，不仅会使配方点偏移，物理 性能恶化，甚至变成非磁性材料。 因此在这一系统氧化铁的制造中，各工艺条件如烧 结温度、气氛及冷却方式等控制极为重要。
添加剂对铁氧体的制备也有极为重要的作用。比如 在Mn-Zn铁氧体中加入少量的WO3 ，可以促进晶 粒生长，有利于提高磁导率；在铁氧体中添加 2%~5%的CuO，可以促进液相产生从而使烧结温 度降低，制品密度提高。少量SiO2 的存在有利于烧 结，但含量过多会导致性能变坏和制品开裂。