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磁性陶瓷的分类与应用
2022年09月15日 发布 分类:粉体入门 点击量:225
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磁性陶瓷又称为铁氧体,这类材料是指具有铁离子、氧离子及其他金属离子所组成的复合氧化物磁性材料,存在少数不含铁的磁性氧化物。根据应用划分,这类材料可分为软磁、硬磁、旋磁、矩磁和压磁等。软磁陶瓷材料是目前品种最多,应用最广泛的一种磁性陶瓷,其特点是起始磁导率高,容易磁化也容易退磁一类磁性材料。


发展由来

人类研究铁氧体是从20世纪30年代开始的,早期由日本、荷兰等国家对铁氧体进行了系统研究,并于20世纪40年代陆续问世软磁铁氧体的商品。第二次世界大战期间正是无线电、微波、雷达和脉冲技术飞速发展的时候,存在严重趋肤效应和涡轮损耗的金属磁性材料在军事战斗中无法使用,而能用于高频段且具有损耗低的新型磁性材料则在当时得到了迅速的发展。20世纪50年代时铁氧体蓬勃发展的时期。1952年磁铅石型硬磁铁氧体研制成功;1956年在前者基础上开发出平面型的超高频铁氧体,并发现了含稀土元素的石榴石型铁氧体。铁氧体(即磁性陶瓷)的问世是强磁性学和磁性材料发展史上一个重要的里程碑。

磁性陶瓷的分类

从磁性陶瓷的性质和用途区分,可分为软磁、硬磁、旋磁、矩磁、压磁等磁性陶瓷。

1.软磁铁氧体:是易于磁化和去磁的一类铁氧体。具有很高的磁导率和很小的剩磁、矫顽力。应用较多且性能较好的软磁铁氧体有Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体,和加入少量铜、镁、锰的Ni-Zn铁氧体、NiFe2O3等。这些铁氧体材料又因不同的制备工艺而区分为普通烧结铁氧体、热压铁氧体、真空烧结高密度铁氧体、单晶铁氧体和取向铁氧体等。


软磁铁氧体-锰锌软磁

软磁铁氧体的应用举例:可作为高频磁芯材料,用于制作电子仪器的线圈和变压器等物件的磁芯;可作为磁头铁芯材料用于录像机、电子计算机等电子仪器中;可利用软磁铁氧体的磁化曲线的非线性和磁饱和特性,用于制作非线性电抗器件(如电抗器、磁放大器)等。

2.硬磁铁氧体:该种材料与高瓷导率的软磁材料相反,具有高矫顽力、高剩余磁感强度和最大磁能积的特性。经过磁化后,不再需要从外部提供能量就可以产生稳定的磁场,因此又可被称为永磁铁氧体。工业上常用的硬磁铁氧体就其成分分为钡铁氧体和锶铁氧体;根据压制工艺的不同又有干式和湿式、各向同性和各向异性之分。

应用举例:可用于电信领域如制作扬声器、微音器、磁录音拾音器、磁控管、微波器件等;可用于制作电器仪表如各种电磁式仪表、磁通计、示波器、振动接收器等;可用于控制器件领域如制作极化继电器、电压调整器、温度和压力控制、限制开关等。

3.旋磁铁氧体(又称微波铁氧体):是在高频磁场作用下,平面偏振的电磁波在铁氧体中一定的方向传播时,偏振面会不断绕传播方向旋转的一种铁氧体,又叫做旋磁铁氧体。该特性是由于磁性体重电子自旋和微波相互作用引起的特殊现象。旋磁铁氧体以晶格类型分类可分为尖晶石型、六方晶型、石榴石型铁氧体三种。

应用举例:利用其正方向通电波、反方向不同电波的所谓不可逆功能应用在环形器、隔离器等不可逆器件上;利用电子自旋磁矩运动频率同外界电磁场的频率一致时,发生共振效应的磁共振型隔离器;运用在衰减器、调谐器、开关、滤波器、振荡器、放大器、混频器、检波器等仪器中。

4.矩磁铁氧体:指磁滞回线呈矩形的,剩余磁感应强度Br和工作时最大磁感应强度Bm的比值(Br/Bm)尽可能接近1,并且根据应用目的具有适当大小的矫顽力铁氧体。通常分为常温矩磁材料和宽温矩磁材料两类,前者居里温度较低,适宜在常温环境下使用,典型品种为Mn-Mg系铁氧体;后者居里温度较高,能在较宽的温度范围内使用,典型品种为Li系铁氧体。

应用举例:可用于制作磁放大器、脉冲变压器等非线性器件和磁记忆元件;进行磁性涂层,可制成磁鼓、磁盘、磁卡和各种磁带等,主要用作计算机外储存装置和录音、录像、录码介质和各种信息记录卡使用。

5.压磁铁氧体(磁致伸缩铁氧体):具有显著磁致伸缩特性(指经过退磁的磁性体被磁化时,外形会产生极小变形的特性)的铁氧体。当磁致伸缩铁氧体处在一定的偏磁场和交变磁场的双重作用下,根据磁致伸缩特性,材料的长度将产生相应的改变,于是产生与交变磁场频率相同的机械振动。相反,如果外界力的压伸作用,使材料长度发生变化,这时材料的磁感应强度也相应发生变化,这就是所谓的换能过程(电能转变为机械能、机械能转变为动能)。

常用的磁致伸缩铁氧体有镍系铁氧体,如Ni-Co系、Ni-Cu-Co系、Ni-Zn铁氧体等。

应用举例:这类材料多用来制作超声波换能器和接收器,在电信方面制作滤波器、稳压器、谐波发生器、微音器、振荡器等;在电子计算机及自动控制方面制作超声延迟线存储器、磁钮线存储器等。

各类铁氧体的主要特性和应用范围比较


总结

随着科技的不断进步发展,磁性陶瓷材料在日程生活中的应用越加广泛,电子与电机的设备组件、资料储存媒介、磁性流体、生医材料等,都与磁性陶瓷有关。国内磁性材料产业的产值一年高达 100亿以上,是一个景气波动幅度低、产品生命周期长的产业。但是随着越来越多国家的投入发展,市场的竞争也日趋激烈,如何提升磁性陶瓷粉体的性能及增加粉体的产量,是当前需要积极研究的方向。

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