什么是铁氧体?

[拼音]：tieyangti

[外文]：ferrite

旧称铁淦氧磁物或铁淦氧，其生产过程和外观类似陶瓷，因而也称为磁性瓷。铁氧体是铁和其他一种或多种适当的金属元素的复合氧化物。性质属于半导体，通常作为磁性介质应用，铁氧体磁性材料与金属或合金磁性材料之间最重要的区别在于导电性。通常前者的电阻率为102～108Ω·cm，而后者只有10-6～10-4Ω·cm。

中国最早接触到的铁氧体是公元前 4世纪发现的天然铁氧体，即磁铁矿(Fe3O4)，中国所发明的指南针就是利用这种天然磁铁矿制成的。到20世纪30年代无线电技术的发展，迫切地要求高频损耗小的铁磁性材料。而四氧化三铁的电阻率很低，不能满足这一要求。1933年日本东京工业大学首先创制出含钴铁氧体的永磁材料，当时被称为OP磁石。30～40年代，法国、 日本、 德国、荷兰等国相继开展了铁氧体的研究工作，其中荷兰菲利浦实验室物理学家J.L.斯诺克于1935年研究出各种具有优良性能尖晶石结构的含锌软磁铁氧体，于1946年实现工业化生产。1952年，该室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。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。

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。

一种比较成熟的材料品种，产量大，应用范围广，是其他铁氧体材料无法比拟的。同金属软磁材料相比，软磁铁氧体具有较高的电阻率。因此，在高频范围使用时，涡流损耗小。从而使软磁铁氧体材料在高频弱电技术中，占有得天独厚的地位。主要用于收音机、电视机、录像机、通信机、电子计算机、微波器件、磁致伸缩谐振子、磁泡存贮器、感温敏感元件、海洋环境监测、磁生物医学等领域。主要品种有Mn-Zn系、Ni-Zn系、Mn-Mg系、Cu-Zn系、Li-Zn系、Ni-Cu-Zn系、CO2Z系、YIG系等。

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。有同性磁和异性磁之分。由于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。其应用很广泛，例如：在各类电表中、发电机、电话机、扬声器、电视机和微波器件中作为恒磁体使用。

铁磁介质中的磁化矢量永远不是完全静止的，它不断地绕磁场方向运动。这一运动状态在超高频电磁场的作用下就产生所谓旋转性的现象。具有这种旋磁性的铁氧体称为旋磁铁氧体。由于铁氧体的旋磁性多用于微波器件，因此旋磁铁氧体又称微波铁氧体。

目前在微波技术中应用的铁氧体材料主要可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型(六角晶系)三种类型。由于它们的各自磁性和微波电磁性能各有其特点，在微波技术中的应用也各有不同。

一种磁滞回线具有近似矩形的铁氧体。其饱和磁感应强度和剩余磁感强度的大小相近。这种铁氧体材料在计算机技术、自动控制系统、电视及无线电通信、微波技术与雷达等领域都有重要用途，例如：作为二进制电子计算机的“1”和“0”两种状态的记忆元件，各种开关和控制系统的“开”和“关”两种状态的开关元件，以及逻辑系统的“是”和“否”两种状态的逻辑元件来使用。但是最主要的还是用于计算机的存贮器。矩磁铁氧体按其化学成分大致可分为三大类：即以锰铁氧体为基的Mg-Mn、Mn-Cu、Mn-Cd铁氧体等;以镍铁氧体为基的Ni-Zn、Ni-Mn铁氧体等；以锂铁氧体为基的Li-Ni、Li-Mn铁氧体等。若按使用温度又可分为常温、中温和宽温铁氧体。按其驱动磁芯的电流大小，又可分为大电流、中电流和小电流铁氧体等。

又名磁致伸缩铁氧体。具有较高的磁致伸缩系数。这种材料在外加磁场中发生几何长度的改变，可以把电振荡转变成机械振动，或者相反将超声波振动变成电振荡。选用适当的压磁铁氧体材料可以产生可供利用的超声波。具有较好磁致伸缩性能的压磁铁氧体是Ni-Co系铁氧体。

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，如铁氧体多晶薄膜和非晶铁氧体等。

类似陶瓷工业中常用的烧结过程，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，压成特定的形状。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1200～1400°C温度下烧结，准确的温度取决于所需的铁氧体特性。在最后的烧结过程中，炉膛中的环境条件起有重要的作用。

亦称湿法工艺，有时还称为化学共沉淀法。专门制备较高性能铁氧体的工艺方法，又可分成中和法和氧化法。其过程是：先将制备铁氧体时所需的金属元素，配制成一定浓度的离子溶液，然后根据配方取适量溶液进行混合，通过中和或氧化等化学反应生成铁氧体粉末，其后工艺过程与前面介绍的相同。

与非金属单晶生长大致相同。Mn-Zn和Ni-Zn系铁氧体单晶生长一般是采用布里兹曼法，即把多晶铁氧体放入铂坩埚里熔融后，在适当的温度梯度电炉中使坩埚下降，从坩埚底部慢慢固化生成单晶。为了使熔融状态下形成的氧分压达到平衡，晶体生长时在炉膛内需要加几个乃至100个MPa的氧分压。

如垂直磁化的钡铁氧体薄膜，采用新型的对向靶溅射装置进行溅射。制备石榴石单晶薄膜，多采用在单晶基板上进行气相或液相外延法，其具体工艺过程同半导体单晶薄膜的外延方法极为相近。

目前是采用超急冷方法和溅射法，所谓超急冷法即把铁氧体原料和适量的类金属元素混合后，在高温熔融状态下，骤然施行大温度梯度的超急冷却的方法。这方面的研究工作刚刚开始，制品的性能还不甚理想。

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