永磁铁氧体

永磁铁氧体材料

摘要：永磁铁氧体又称为硬磁铁氧体，是一种新型的非金属磁性材料，它只需外部提供一次充磁能量，就能产生稳定的磁场，从而向外部持续提供磁能。本文综述了永磁材料及永磁铁氧体的特性，简介了永磁铁氧体的发展历程和研究现状，对目前常用的几种制备永磁铁氧体粉料方法进行了简单介绍，并对永磁铁氧体的发展前景进行了展望。

关键词：永磁铁氧体制备方法新技术新工艺

永磁铁氧体是以SrO或BaO及Fe2O3为原料，通过陶瓷工艺（预烧、破碎、制粉、压制成型、烧结和磨加工）制造而成，具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化即能保持恒定磁性的功能性材料。按生产工艺不同，将永磁铁氧体分为烧结和粘结两种，其中烧结又分为干压成型和湿压成型，粘结分为挤出成型、压制成型和注射成型。由粘结铁氧体料粉与合成橡胶复合而制成的具有柔软性、弹性及可扭曲的磁体又被称做橡胶磁。根据成型时是否外加磁场则分为各向同性永磁体和各向异性永磁体。

一、永磁铁氧体发展历程

1930年，加藤、武井两二十发现了一种尖晶石(MgA12O4)结构的永磁体。这是将钻铁氧体和铁铁氧体以3:1的比例，即CoFe2O4:Fe304=75: 25为主组分制成的，们称之为OP磁体。这种材料由于含有氧离子使磁性离子的浓度变小，且磁性离子磁矩反向排列，因此饱和磁性强度值及剩余磁化强度值均小。由于这种磁体质脆、工艺复杂、磁性能又不太高，并含钴，在技术厂没有得到广泛应用。

50 年代是铁氧体蓬勃发展的时期，1952年磁铅石结构的永磁铁氧体研制成功，1956年又在此晶系中发展出平面型的超高频铁氧体，同年发现了含稀土族元素的石榴石型铁氧体，从而奠定了尖晶石型、磁铅石型、石榴石型三大类晶系的铁氧体材料三足鼎立的局面。高电阻的非金属磁性材料——铁氧体的诞生，是磁学与磁性材料发展史上的一个重要里程碑，它意味着磁性材料的应用已经基本上可以不受频率的限制，这给无线电工业、脉冲、微波技术带来了革命性的变化。进入70年代，在矫顽力、磁能积、方面性能较好的锶铁氧体大量投产，迅速扩大了永磁铁氧体的用途。尤其在70年代后期，铝镍钴类磁钢的主要原料钴的价格上涨，更加促进了永磁铁氧体的发展。近年发展起来的稀土钴永磁、钕铁硼永磁材料性能固然好，但从近几年的发展事实看，它们不能取代铁氧体，并且铁氧体的生产量和需求量在逐年扩大。主要原因是金属永磁材料易氧化，居里温度低，成本高，在一定时期内在很多方面难以与原料来源丰富，成本低廉的铁氧体相比。现在，铁氧体己经成为产量最高的永磁铁氧体材料。

二、永磁铁氧体研究现状

当前的时代是电子时代，没有永磁铁氧体就没有电子工业，永磁铁氧体作为电子工业的一种基础功能材料，已经渗透到人类生产、生活的各个领域。在汽车、摩托车、电视机、音响、计算机、通信终端机、医疗仪器等方面获得了广泛的应用，它是能源开发的一个重要方面。无论从资源的角度，还是从能源和应用的角度来看，永磁铁氧体发展的前景都十分广阔的，其需要量也与日俱增。我国1995年永磁铁氧体需求量4.5万吨(预烧料5万吨左右)，1997年需求量6-7万吨(预烧料

7-8万吨)，2000年需求量15万吨(预烧料18万吨)“八五”期间，我国永磁铁氧体生产总量己逐渐取代“永磁王国”日本，排位第一位。

目前，我国生产永磁铁氧体预烧料主要采用铁红和铁鳞。铁红作为生产原料

来说，价格昂贵，而铁鳞作为轧钢厂的副产品，被重新回收利用，而且铁鳞成分复杂不稳定。因此，为铁氧体的生产寻找廉价替代原料降低铁氧体生产成本，提高市场竞争力，是目前铁氧体生产面临的紧迫问题。有人采用炼钢烟尘作原料，来制备永磁铁氧体，但这并不能广泛采用。近几年来，一些专家学者尝试采用天然铁矿制备永磁铁氧体。他们将天然铁矿经选矿、养化、磁选等过程制成铁精矿粉，然后以铁精矿粉为原料来生产铁氧体。但由于天然铁矿成分复杂，直接用于生产永磁铁氧体具有相当难度，到目前为止，还没有厂家能够成功地利用天然铁矿，不经任何选矿处理，直接生产出具有实用价值的工业产品。

三、永磁铁氧体粉料的制备方法

目前，永磁铁氧体的制备方法多种多样，但主要有如下几种方法:

（一）化学共沉淀法

化学共沉淀法是利用化学反应将溶液中的金属离子共同沉淀，经过滤、洗涤、干燥、焙烧后得到所需的产物，沉淀剂可以是可溶性无机碱，也可以是有机物。以钡铁氧体为例，其反应如下:

12Fe3++Ba2++380H-→12Fe(OH)3↓+ Ba(OH)2↓→BaFe12O19+19H20 该种方法要求的工艺简单、经济，但易引入杂质，沉淀过程中常出现胶状沉淀，难于过滤和洗涤，不均匀的沉淀过程容易造成粒子间的团聚，使烧结后形成较大的颗粒。

（二）熔盐法

该法是在共沉淀法的基础上，将得到的含有Fe3+、Ba2+的沉淀物与一定量NaCl和KCl的均匀混合，在800～1000℃进行热处理，冷却后用热水洗去NaCl和KCl, 干燥后可获得分散性好、粒径均匀的铁氧体粉料，NaCl和KCl在烧结过程中主要起助熔作用，不参与生成物的化学反应，生成的铁氧体单畴粒子分散在NaCl和KCl的结晶态中，不易聚集成较大的晶粒，因此比较容易得到分散性好的产物。

（三）玻璃化结晶法

该法是利用反应物充分混合，在高温熔剂中进行高温熔融，使之在玻璃化状态下进行充分反应，然后迅速淬火，用溶剂洗去玻璃相以浸取产物。用这种万法合成的产物粒径小，粒度分布性好，晶形完整。该种方法不足之处在于：反应温度过高，淬火工艺难以掌握，冷却后洗涤过程麻烦。

（四）水热合成法

水热反应通常指在100℃以上，压力大于一个大气压，以水为介质的异相反应。水热反应必须在水或矿化剂的参与下进行的。矿化剂对水热反应来说是很重要的，它起增大反应物的溶解度，参与结构重排，加速化学反应的作用。矿化剂一般是酸、碱或络合剂。从某种意义上讲，水热反应实质上是化学传输反应。以BaFe12O19为例，就是将铁和钡的氧化物或盐类与碱液按一定比例混合，利用水热反应合成超微粉末。由于反应物在水溶液中与OH-的反应能力不尽相同，水热法要求原料纯度高，所以选择合适的原料配比对水热合成尤为重要。另外水热温度的高低，水热时间的长短对产物的纯度、颗粒的大小及粉末的磁学性能影响很大。

（五）溶胶——凝胶法

溶胶——凝胶法是近些年发展起来的用于制备纳米材料的一种新工艺，它是将金属有机或无机化合物经溶液制得溶胶，溶胶在一定的条件下脱水时，具有流动性的溶胶逐渐变粘稠，成为略显弹性的固体凝胶；再将凝胶干澡、焙烧得到产