铁氧体

1.引言

1.1铁氧体的种类及特性[1、2]

铁氧体为一种具有软磁性的金属氧化物。是由铁和其它一种或多种金属合成的金氧化物。尖晶石型铁氧体的化学分子式为MeFe2O4或MeO·Fe2O3,Me是指离子半与二价铁离子相近的二价金属离子（Mn2+﹑Zn2+﹑Cu2+ Ni2+﹑Mg2+）或平均化学价为二价的多种金属离子组成。使用不同的替代金属，可以合成不同类型的铁氧体。以Mn2+替代Fe2+所合成的复合氧化物MnOFe2O3(MnFe2O4)称为锰铁氧体，以Zn2+替代Fe2+所组成的复合物ZnO.Fe2O3(ZnFe2O4)称为锌铁氧体。通过控制替代金属，可以达到控制材料磁特性的目的。由一种金属离子替代而成的铁氧体为单组分铁氧体；由两种或两种以上的金属离子替代可以合成出双组分铁氧体和多组分铁氧体。锰锌铁氧体（Mn-ZnFe2O4）和镍锌铁氧体（Ni-ZnFe2O4）就是双组分铁氧体，而锰镁铁氧体（Mn-Mg-ZnFe2O4））则是多组分铁氧体。

1.2软磁铁氧体现状与发展

由于我国的电子信息产业取得空前的发展，作为软磁铁氧体的重要应用领域无论是传统消费的电子音像产品，还是新崛起的移动通信设施和家用电脑及外部设备，都处于蓬勃发展的状态；而基础设施建设的大规模开展使节能照明产品的需求也在快速增长；由于电磁兼容要求的提高，EMI 专用器件需求猛增。这些都对软磁铁氧体产业提出更高的要求。纵观电子信息产业发展的态势，可以得到一个结论：当前软磁铁氧体的最大市场在中国，市场增长最快的地区也是中国国内电子工业产品需求量将会以15%左右年增长率向前发展，高档产品和出口产品的比率将会很快提高，国内需要高档产品量也不断增加。据统计，珠江三角洲地区磁环年需量30亿只左右，磁芯约2亿只，美国的PULSE，台商YCL等在大陆办厂的企业用量也比较大，仅美国PULSE公司一年要用1亿美元进口高磁导率铁氧体系列产品，还有国内华为、中兴、大唐、东方通讯等程控交换机生产厂，也需要高档软磁铁氧体产品代替进口产品。今年国内电子产品需要软磁铁氧体3.8万吨，其中长虹公司仅彩电需要的软磁铁氧体磁芯用量6000吨，还有联想、长城等公司电脑和显示器和

等设备均需要各种磁性元件。再加上预计今年出口1.5万吨，合计市场需求约5.3万吨左右。从国际市场来看，预计需要软磁铁氧体用量将保持6%左右增长率。

一个朝阳产业向我们走来，进入WTO后IT及家电业将跨入一个新时代。元器件在组装方式上，将从插装向表面组装（SMT）转化；在电路性质上，从模拟向数字电路转化；在运用方式上，从固定向移动转化，以这三个趋势出现，软磁材料及器件的应用定位在表面显示系统（包括彩电、计算机显示器）、通信及网络系统（脉冲变压器）、变频技术系统（空调、冰箱、一切变频器件）。软磁元器件定位在平面化、小型化及高性能化方向。材料的新动向和市场前景为高性能纳米金属软磁材料，高导磁率MnZn铁氧体材料，低功耗功率MnZn铁氧体材料，低温共烧结片式NiZnCu、LiZnTi材料[3、4]。

我国软磁铁氧体大量出口到发达国家，包括日本在内，我国销售价格比较低，日本市场上平均每吨售价12.58万元人民币，比我们高3～4倍，造成价格差的原因很多，但主要是产品性能和表面质量比较差，有待我国企业和研究机构共同努力，打破目前不利局面。因此对软磁铁氧体的研究具有着非常重要的意义。

1.3 铁氧体纳米材料的特性

尖晶石型软磁铁氧体熔点低、比热高、膨胀系数大，并具有低的饱和磁矩和高的磁化率，以及宽的光吸收频率，其不同于常规粗晶体材料的特性主要表现为：超顺磁性、高矫顽力、低居里温度和高磁化率，由于电阻率极高，磁谱特性好，极适宜在高频和超高频下应用，因此广泛用作磁头材料、巨磁材料、微波磁性材料等[2,3]。由于纳米粒子的尺寸较小其晶粒的分界面处于既非长程有序、又非短程有序的高度无序状态，这就使其产生了常规材料所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面与界面效应和宏观量子隧道效应，使其在光、热、电、磁、力学及化学等方面表现出与常规材料不同的特殊性质[5]。

随着电子产品向小型化方向发展，制备出高密度、均匀、细小晶粒的软磁铁氧体尤为重要。因此，软磁铁氧体纳米材料的制备、性质和结构的研究成为国内外研究的热点之一。

1.4 镍锌系软磁铁氧体材料[9,10]

Ni-Zn系软磁铁氧体材料是另一类产量大、应用广泛的高频软磁材料。当应用

频率在1 MHz以下时其性能不如Mn-Zn系铁氧体，而在1 MHz以上时，由于它具有多孔性及高电阻率，其性能大大优于Mn-Zn铁氧体，非常适宜在高频中使用。

用镍锌软磁铁氧体材料做成的铁氧体宽频带器件，使用频率可以做到很宽，其下限频率可做到几千赫兹，上限频率可达几千兆赫兹，大大扩展了软磁材料的频率使用范围，主要功能是在宽频带范围内实现射频信号的能量传输和阻抗变换。由于它们具有频带宽、体积小、重量轻等特点而被广泛应用在雷达、电视、通讯、仪器仪表、自动控制、电子对抗等领域。

世界上现已工业化生产镍锌铁氧体的国家中，目前，日本TDK.FDK、德国西门子、美国Stealword【25】等公司的产品技术水平被公认为是世界上最高的，射频宽带Ni-Zn(磁芯)的工作频率可达0.1 MHz -- 1. 5 GHz，品种规格上千种。而国内起步较晚，仅有少数厂家在开发低噪声滤波器和铁氧体吸收与抑制元件。但与国外的差距转大。尚未系列化、标准化。

目前，随着信息网络技术的飞速发展，在有线电视系统和闭路电视系统的基础上迅速发展起来的光纤同轴电缆混合(HFC )网络系统。作为综合信息宽带网络，具有显著的优势[30]。HFC网络系统的改造和建设，需要各种射频宽带铁氧体器件，而射频宽带铁氧体材料(磁芯)系列是制造上述铁氧体器件的关键磁性材料。HFC的发展，大大刺激了对射频宽带铁氧体材料及器件的需求。Ni一Zn软磁铁氧体材料除广泛用于HFC宽带网络外，还大量用于抗电磁干扰。使用镍锌系软磁铁氧体材料制成的滤波器、铁氧体抑制器是其中最有效、简单、经济的办法之一。因此，在各种电子、电子线路中使用大量各种特性和各种形状的EMI软磁铁氧体磁芯[31]，以满足抗电磁干扰和电磁兼容的要求。抗电磁干扰产品和电磁兼容产品发展的方向是各类磁芯向高磁导率、高频化、高速、小型化和片式高组装密度化发展。如今用Ni-Zn等软磁材料做成的铁氧体桨料和导体桨料交替叠层厚膜印刷和烧结而成、实现小型化表面安装的器件已经实用化，发展前途光明。.