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61 磁性陶瓷解析

作者:百老汇游戏    更新时间:2020-11-11 00:58

  6.1 磁性陶瓷 本章主要内容: 1 磁学基本概念 1.1 物质的宏观磁性 1.2 抗磁性 1.3 顺磁性 1.4 铁磁性 1.5 反铁磁性 1.6 亚铁磁性 1.7 磁畴 1.8 磁致伸缩 2 磁性陶瓷(铁氧体陶瓷)分类 3 铁氧体材料 3.1 软磁铁氧体 3.1.1 软磁铁氧体材料及性能 3.1.2 软磁铁氧体的制备过程 3.1.3 软磁铁氧体制备中的影响因素 3.1.4 软磁铁氧体的应用 3.2 硬磁铁氧体 3.3 其他铁氧体 3.3.1 磁记录材料 3.3.2 旋磁铁氧体(微波铁氧体) 3.3.3 矩磁铁氧体 3.3.4 磁泡材料 3.3.5 磁光材料 3.3.6 压磁铁氧体 1 磁学基本概念 1.1 物质的宏观磁性 当一个外加磁场作用于材料时,磁场H导致磁偶极 子形成,并作定向排列,产生磁化。物质的磁化性 能可以用磁化强度M与磁场强度H的比值来度量,称 为磁化率χ,即 χ = M/H= C/T 1.2 抗磁性 ? 磁化率是物质的一种性质,它与外磁场H无关。对 一些材料来说,磁化的方向与外磁场的方向相反, 即χ0。此时若外加磁场H时,材料内部感生一个 与外磁场方向相反的感生磁场,这样材料内部总 的磁通密度小于外磁场的磁通密度。这种性质被 称为抗磁性,具有这种性质的材料称为抗磁材料。 1.3 顺磁性 对于过渡金属离子或稀土离子,其结构中有未成对电 子,就存在由此种电子所产生的磁矩。在外磁场作用 下,这些磁矩沿着磁场方向择优取向排列而产生宏观 的净磁矩。由于净磁矩的方向是沿外磁场方向的,所 以磁化率χ0,材料内部总的感通密度大于外磁场的 磁通密度,材料的这种性质被称为顺磁性,具有这种 性质的材料称为顺磁材料。 1.4 铁磁性 ? 邻近原子由于互相作用,在加上外磁场H时,能使 磁矩趋向于外磁场方向而整齐排列。这种现象称 为铁磁性,具有这种性能的材料称为铁磁体。 一般铁磁性物质即使在较弱的磁场内也可得到很 高的磁场强度,使物质显示出较高的磁导率,在 外磁场移去后仍保留很强的磁性。铁磁材料在较 弱外场下达到饱和磁化是因为在没有外磁场的作 用下已经以某种方式整齐排列达到一定程度的磁 化,即自发磁化。 ? 1.5 反铁磁性 ? 把磁矩反向平行且大小相等的情况称之为反铁磁性, 具有这种性质的物质称为反铁磁物质。当提高温度时, 这种反铁磁体的磁矩的排列混乱,成为顺磁体。把此 转化温度称为尼尔温度(Neel temperature)。 在反铁磁体中,由于磁矩相互抵消,所以不产生自发 磁化。 ? 1.6 亚铁磁性 ? 在反铁磁体的磁矩排列中,若磁矩的大小不相同, 没有完全相互抵消时,相减时磁矩不为零,会产生 自发磁化,这种物质称为亚铁磁体。 亚铁磁性实质上是两种晶格上的反向磁矩未完全抵 消的反铁磁性。 ? 1.7 磁畴 ? 铁磁或亚铁磁材料中含有许多已经自发磁化了的微区 (或畴),也就是说,每个畴内部所有磁矩都按相同 方向排列,这种畴被称为磁畴。 ? 当块状材料未被磁化时,这些磁畴排列方向杂乱,故 整个材料的净磁矩等于零。从一个磁畴到另一个方向 不一致的磁畴要经过一个渐变的区域,称为畴壁。 1.8 磁致伸缩 铁磁性和亚铁磁性材料磁化时,在磁化反向所发生的 伸长或缩短现象称为磁致伸缩。 2 ? 磁性陶瓷(铁氧体陶瓷)分类 磁性陶瓷(magnetic ceramics)分为含铁(ferrite)的 铁氧体陶瓷和不含铁的磁性陶瓷。铁氧体陶瓷是以 氧化铁和其他铁族或稀土族氧化物为主要成分的复 合氧化物。 按铁氧体的晶体结构分:尖晶石型(MFe2O4);石 榴石型(R3Fe5O12);磁铅石型(MFe12O19)(M 为铁族元素,R为稀土元素)。 按铁氧体的性质及用途分:软磁、硬磁、旋磁、矩 磁、磁泡、磁光、磁记录材料等。 按其结晶状态分:单晶体和多晶体铁氧体。 按其外观形态分:粉末、薄膜和体材等。 ? ? ? ? 3 铁氧体材料 3.1 软磁铁氧体 3.1.1 软磁铁氧体材料及性能 ? 软磁铁氧体是一种在通讯、广播、电视等领域中广 泛应用的磁性材料,主要作为各种电感元件的磁芯。 衡量软磁铁氧体性能的一个重要指标是磁导率u,一 般来说u值越高,则满足相同电感量要求的线圈体积 就越少。根据不同的使用条件,u值有不同的类型。 对于在高频弱磁场线性区域下工作的磁芯,一般以 起始磁导率ui 表示。 ? ? 衡量软磁铁氧体的第二个指标是损耗因子tanδ 或其 倒数,即品质因素Q。Q值表示软磁材料在交变磁化 时,能量的储存和消耗的性能,所以Q值越高越好, 实际中常将Q与磁导率u的乘积作为技术指标。 第三个指标是工作频率范围,随着频率增加,u和Q 都有所下降,通常将u和Q大大下降的频率称为应用 频率极限。 第四个指标为工作温度范围,软磁铁氧体的ui值随 温度而显著变化,以致使磁芯工作不稳定。磁导率 的温度稳定性以磁导率的温度不稳定系数αu表示。 ? ? 3.1.2 软磁铁氧体的制备过程 ? 软磁铁氧体的制备过程如下图所示: 称量→混合→煅烧→球磨造粒→成型→烧结→机 械加工→包装 ? 用于制备铁氧体的原料可以采用机械方法处理过的矿 物原料,或用化学方法制备的高纯化合物。将氧化铁 和其他氧化物或碳酸盐采用球磨的方法进行混合,然 后进行煅烧。经煅烧的粉末在球磨罐中重新球磨以获 得所要求的颗粒尺寸(通常为1um左右)。将煅烧后 的粉末、黏合剂和表面活性剂等一起配成浆料,然后 在喷雾干燥器中干燥造粒,形成50~300um的颗粒, 随后干压成型。经烧结好的产品经表面打磨包装即成。 3.1.3 软磁铁氧体制备中的影响因素 (1)组成 ? 目前主要使用的软磁材料有Mn-Zn铁氧体和Ni-Zn铁氧 体两大类。软磁铁氧体的配方是在充分研究各种成分 的磁特性的基础上,按磁导率u、品质因素Q和温度系 数αu相互间最佳的关系来确定的。 ? Ni-Zn铁氧体的组成区大致范

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