永磁铁氧体材料调查分析

永磁铁氧体材料调查报告

1 铁氧体简介

1.1 铁氧体分类

铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。按照磁学性质和应用情况的不同，铁氧体可分为：软磁、永磁、旋磁、矩磁、压磁等五种类型，在马达中铁氧体多数用作永磁材料。

永磁铁氧体根据制造工艺的差别可以分为各向同性和各向异性材料。两种材料在成份上是相同的，各向异性永磁的性能高，它是采用磁场成型再烧成制得的，其颗粒的易磁化轴沿外场方向排列一致，因此，一般均采用各向异性材料。

1.2 永磁铁氧体优缺点

永磁铁氧体是一种具有单轴各向异性的六角结构的化合物。主要是钡、锶、铅三种铁氧体及其复合的固溶体。这类铁氧体材料在外界磁化场消失以后，仍能长久地保留着较强的恒定剩磁性质，可以用于对外部空间产生恒稳的磁场。

永磁铁氧体具有以下优缺点：

（1）具有很高的电阻率（ρ>=106Ω·m），能在高频场合下使用；

（2）原料便宜，来源广泛，制造工艺简便，适于大量生产；

（3）化学稳定性好，不存在氧化问题；

（4）永磁铁氧体居里温度较低，故温度稳定性较差，不宜在要求严格的场合中使用。

2 永磁铁氧体成分及工艺

2.1 铁氧体基本组分

目前，具有实用价值的永磁铁氧体是主轴型六角晶系铁氧体，其组成一般表示为：

(M1O)1-x(M2O)x∙K Fe2O3

其中M1代表Ba、Sr、Pb；M2代表Ca；数字K在6附近。为改善磁性，还可添加Al、Si、Mn、Ca、Cr、Bi、Sn等的氧化物。常用的永磁铁氧体为钡和锶铁氧体。

2.2 钡铁氧体及制备工艺

钡铁氧体是用得最多的永磁材料，其化学式为BaO∙6Fe2O3（或BaFe12O19），在实际配料中BaO 与Fe2O3的摩尔数比是小于6的，其原因是：

（1）Fe2O3低于6的配方往往会在晶界呈现第二相BaO，有利于阻止晶粒长大；

（2）当Fe2O3的比例低于6时，密度上升，Ms与Br增加，磁性提高；

（3）补偿球磨时铁的加入及在烧结中碱土氧化物的挥发；

（4）Fe2O3原料中常含杂质S，在铁氧体烧结过程中700℃时能与BaO生成稳定的化合物BaSO4，而铁氧体的生成需在800℃才开始，因此会多消耗掉一部分BaO，只有增加BaO的实际含量才能提高其磁性能；

（5）对BaO∙5.5Fe2O3具高磁能积的分析发现其中存在一种新铁氧Ba3Fe42+Fe3+28O49，它在20℃时的磁性能为：Ms=398kA/m，H K=1540kA/m，Tc=451℃，这就导致了1:5.5比例的磁性最高。为保证原料中含杂质稍有变化时亦能获得较好的磁性能，一般在工业生产中采用5.5或更低的比例。

制备钡铁氧体时，由于BaO很不稳定，一般采用BaCO3代替；若采用Ba(NO3)2与Fe(NO3)3做原材料，并采用盐酸混合热分解工艺，分解的氧化物活性好，可使反应更加均匀完全，有利于提高产品质量，但成本较高；为降低成本，可采用轧钢副产品铁鳞（主要成分为Fe3O4兼有FeO及Fe），它经氧化后变成Fe2O3，亦可获得良好的磁性。

通常采用磁场取向成型法来制备各向异性铁氧体。磁场取向成型法有湿法和干法两种。湿法磁场成型是将二次球磨后的浆料直接置于模具中，在加压力成型时同时施加一定方向（垂直或平行与压力方向）的强磁场，使单畴晶粒做定向排列。在压型的同时用机械泵抽水，通过下冲头上的小孔将水分抽取。用湿法生产的铁氧体性能较好，即便由于成型要垫片、抽滤导致生产效率下降，这种方法依然得到普遍的应用。为提高生产效率，在生产中已采用干法磁场成型。即成型坯件时，所用粉料不再是含有大量水分的泥浆，而是掺加适当粘合剂的全干粉。粘合剂必须具有分散性、粘合性、润滑性三个条件以分别满足在干粉制备、坯件压制和脱模过程中的要求。干法磁场成型的产品磁性能比湿法的低，但是这种方法成型简易，效率高。

2.3 锶铁氧体及制备工艺

锶铁氧体的矫顽力、磁能积都比钡铁氧体高，磁性能较好。在锶铁氧体配方中加入少量CaCO3代替SrCO3可改善磁性能，其最佳成分约为Sr0.95Ca0.05O∙5.6Fe2O3，锶铁氧体根据要求不同可分为以下两类：

（1）高Br材料：少量的PbO可以作为助熔剂得到高密度铁氧体，同时PbO还有防止晶粒长大的作用，提高Br和(BH)max；

（2）高Hc材料：在锶钙铁氧体或锶铁氧体中加入少量Al、Cr、Ga等三价离子置换铁，可使H CJ提高。在锶钙铁氧体中加入少量则可增加致密度，改善取向性，提高磁性能。

2.4 复合铁氧体及制备工艺

上述烧结铁氧体机械特性硬而脆，难以进行机械加工。为改善机械性能，常将永磁微粉与橡胶或塑料混合，制成塑料永磁体。但由于填充了体积为10~15%的大量非磁性物质，塑料永磁体的磁性能不高。

3 永磁铁氧体磁性能及工艺对磁性能的影响

3.1 永磁铁氧体磁性能参数列表

表3-1 永磁铁氧体牌号及磁性能参数

表3-2 几种永磁铁氧体的磁性能比较

3.2 烧结工艺对磁性能的影响

在钡铁氧体的烧结过程中，BaO与Fe2O3首先生成中间化合物BaO∙Fe2O3，在高温时它再与Fe2O3发生固相反应生成BaFe12O19。当温度较低时，固相反应不完全，H CJ与Br值均较低；随着温度的上升，反应趋于完全，密度逐渐增加，H CJ与Br亦上升；在某一温度，H CJ达到最大值；当温度继续升高，晶粒长大；当晶粒直径超过临界值时，H CJ趋于降低，但由于密度上升，Br值还会继续增大，直到某一温度Br达到最大值；此后，由于铁氧体分解产生气泡或另相而使Br下降。

在预烧中的晶粒生长并存着低温和高温两个区域，低温区域的生长速率小些，高温区域的大些。如在配方中加入少量Bi2O3，则会促进低温区域的生长，而延缓高温区域的生长，晶粒生长的尺寸也会相应减小。