铁氧体

1. 铁氧体的晶体结构

(1) 尖晶石型铁氧体

晶体结构和镁铝尖晶石(MgO·Al2O3)结构相似的铁氧体,称为尖晶石型铁氧体。它属于立方晶系,化学分子式一般以(MeFe2O4)表示。其中Me通常为+2价离子,天然铁氧体-磁铁矿(Fe3O4)就是尖晶石结构,因此称为铁氧体。

Me还可以由Mg2+、Mn2+、Ni2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Cu2+、Li2+等取代,相应的铁氧体称为镁铁氧体、锰铁氧体等,以此类推。

(2)石榴石型铁氧体

晶体结构与天然石榴石结构类似的铁氧体称为石榴石型铁氧体。它属于立方晶系,分子式为Me3Fe5O12或写成3Me2O3·5Fe2O3。其中Me表示+3价稀土金属离子。石榴石型铁氧体具有优异的磁性和介电性能,体积电阻率高,损耗小。同时还具有一定的透光性,在微波、磁泡、磁光等领域中是极其重要的一种磁性材料。

(3)磁铅石型铁氧体

晶体结构和天然磁铅石类似的铁氧体称为磁铅石型铁氧体。

它属于六方晶系,分子式为MeFe12O19,其中Me为+2价金属离子,如Ba2+、Pb2+、Sr2+等。这类含Ba2+、Pb2+、Sr2+的磁铅石型铁氧体具有较大的矫顽力Hc ,是一类磁性较强的硬磁材料。

磁性陶瓷

 

2.铁氧体的制造

铁氧体产品按外观有体积形式(三维)及薄膜形式(二维)之分,按微观结构有单晶制品及多晶制品之分。单晶铁氧体具有优异的电学、磁学、光学性能,目前在微波器件、磁光器件、磁泡器件、磁记录磁头等方面有着广泛的应用。

铁氧体薄膜有单晶薄膜和多晶薄膜两种。它的发展是大规模集成电路要求磁性器件小型化、集成化的结果,同时铁氧体薄膜在磁光存储器、表面波器件、微波器件及磁记录器件方面显示了巨大的潜力,因此,引起了人们极大的关注。下面着重介绍多晶铁氧体及铁氧体薄膜的生产工艺。

3.多铁氧体的生产工艺

按预烧与否,多晶铁氧体生产工艺大体上可分为经预烧和不预烧两种,预烧的目的在于减少收成收缩或合成铁氧体。

以下简要介绍几种铁氧体的粉料制备方法。其中氧化物法、化学沉淀法、电解沉淀法、低温化学法及部分盐类分解法获得的是微细均匀的铁氧体,不经预烧,就可成型、烧结。

(1)氧化物法

直接用各种氧化物作原料,经配料、磨细(常采用球磨)获得微细粉料。这种方法工艺简单,操作方便,运用得最广泛。但由于氧化物原料活性较差,不容易反应完全。

(2) 盐类分解法

用锰、锌及铁等的硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐或草酸盐作原料,按一定的配比混合后加热分解,得到活性较大的氧化物。有时分解与铁氧体的合成同时完成,避免了预烧工序,直接进入成型工序。

(3) 化学共沉淀法

根据配料计算,将含有各种金属离子的硝酸盐、碳酸盐或氯化物溶液,按配比混合均匀。再用强碱如NaOH、NH4OH、草酸铵、碳酸铵等作沉淀剂,使之沉淀,得到混合均匀的氢氧化物或相应的盐。

这种沉淀混合料不但均匀,而且颗粒细,活性大,容易进行固相反应,可以在较低的温度下烧结。但是沉淀物容易吸附碱类,除杂困难。此外,在溶液中沉淀往往不能十分完全,各种成分不是同时沉淀下来,故在配料时要考虑到溶度积而加以修正。这种方法的操作条件较复杂,所以不适合于大量生产。

(4) 电解共沉淀法

将配方所需的金属放在电解槽中作阳极,另外还有一个金属阴极,经过电解,当与配方成分相当的金属溶于电解液中,在电解槽的适当位置加入氧化剂使金属离子变成氧化物沉淀下来,得到混合十分均匀的混合物。然后将沉淀物用泵抽出,洗涤、过滤、干燥、预烧。此法的优点是可以省去球磨、混合等工序,便于连续生产,并使烧结温度大大降低。此外,由于电解,可以使用不纯的原料得到高纯度的产品。

(5) 喷雾煅烧法

将各种金属碱盐,按配比一同溶解于酒精中,用高压将其经过高压喷嘴喷成雾状进入燃烧室内。在适量空气和氧气雾滴瞬间燃烧,在以分子接触的情况下进行反应,生成细而轻的铁氧体粉料。

(6)低温化学法(Cryochemical Method)

即冷冻干燥法。将金属盐水溶液喷到低温有机液体上,使微细液滴进行瞬时冷冻,然后在低温降压条件下升华,脱水,再通过分解制得粉料。

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