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铁氧体工艺简介

新闻来源: 发布日期:2017-11-25 10:43:13发布人:佳日丰小张

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。

铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物,是由铁的氧化物及其他配料烧结而成。一般可分为永磁铁氧体、软磁铁氧体和旋磁铁氧体三种。

永磁铁氧体又叫铁氧体磁钢,就是我们平时见到的黑色小磁铁。其组成原材料主要有氧化铁、碳酸钡或碳酸锶。充磁后,残留磁场的强度很高,并可以长时间保持残留磁场。通常用作永久磁铁材料。例如:扬声器磁铁。

软磁铁氧体是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物(例如:氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等)配制烧结而成。之所以称之为软磁,是因为当充磁磁场消失后,残留磁场很小或几乎没有。通常用作扼流圈,或中频变压器的磁芯。这和永磁铁氧体是完全不同的。

旋磁铁氧体是指具有旋磁特性的铁氧体材料。磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的直流磁场和电磁波磁场的作用下,平面偏振的电磁波在材料内部按一定方向的传播过程中,其偏振面会不断绕传播方向旋转的现象。旋磁铁氧体已广泛应用于微波通信领域。按照晶体类型分,旋磁铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型(六角型)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。

多晶铁氧体生产工艺

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。

铁氧体化学工艺

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。

单晶铁氧体制造工艺

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。

铁氧体多晶薄膜的制备

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。

非晶铁氧体的制备

当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。

来源:佳日丰泰电子绝缘材料圈


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