磁性材料第三部分.ppt

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1、第三章第三章 六角晶系铁氧体晶体结构、特性六角晶系铁氧体晶体结构、特性六角晶系铁氧体一般具有很大的磁晶各向异性六角晶系铁氧体一般具有很大的磁晶各向异性,k=3.1k=3.13.5 3.5 10106 6 erg/cmerg/cm3 3;主要应用：主要应用：铁氧体永磁材料；铁氧体永磁材料；特高频软磁特高频软磁(Co(Co2 2Y,CoY,Co2 2Z)Z)；毫米波旋磁毫米波旋磁(M,Z,Y(M,Z,Y型型)；作磁泡材料作磁泡材料,高密度磁记录高密度磁记录,如如BaCoBaCox xTiTix xFeFe12-2x12-2xO O1919；天然磁铅石天然磁铅石:Pb(FeMnAlTi)O:Pb(F

2、eMnAlTi)O1919永磁铁氧体永磁铁氧体:MFe:MFe1212O O19193-1 六角晶六角晶 系铁氧体的晶体结构系铁氧体的晶体结构一、化学组成一、化学组成 M M型六角结构铁氧体分子式型六角结构铁氧体分子式:AB:AB1 12 2O O1919;A:MlA:Ml2+2+二价金属离子二价金属离子 BaBa2+2+,Sr,Sr2+2+,Ca,Ca2+2+;B:MlB:Ml3+3+三价金属离子三价金属离子 Fe Fe3+3+;M M型型:BaFe:BaFe1212O O1919 BaO6FeBaO6Fe2 2O O3 3;Y Y型型:Ba:Ba2 2MeMe2 2FeFe1212O O2

3、222 2(BaO MeO 3Fe2(BaO MeO 3Fe2 2O O3 3)W W型型:BaMe:BaMe2 2FeFe1616O O2727 BaO Me0 8FeBaO Me0 8Fe2 2O O3 3 S,M,YS,M,Y的不同堆垛形式组成的不同堆垛形式组成X,W,Z,UX,W,Z,U等等;二、二、M M型晶体结构及其它型结构型晶体结构及其它型结构1.1.六角铁氧体中六角铁氧体中,Ba,Ba2+2+(Sr(Sr2+2+,Pr,Pr2+2+)取代取代O2-O2-构成晶体骨架构成晶体骨架,其它金属离子其它金属离子(3d)(3d)占据占据O O2-2-(Ba(Ba2+2+)构成的空位构成的

4、空位;2.2.含有含有BaBa2+2+的氧离子层和相邻的氧离子层构成的氧离子层和相邻的氧离子层构成ABABABAB六角密堆积结构六角密堆积结构R R块块;3.3.不含不含BaBa2+2+的氧离子层和相邻氧离子层构成的氧离子层和相邻氧离子层构成ABCABCABCABC面面心立方密集心立方密集 S S块块;4.4.六角密集六角密集R R块的块的C C轴轴00010001方向和方向和 S S块的块的111111方向方向重叠堆垛重叠堆垛;5.5.由于由于R R块和块和S S块重叠块重叠,在含在含BaBa2+2+的氧离子层产生了一个的氧离子层产生了一个三角形双棱锥体三角形双棱锥体-六面体；六面体；6.M

5、6.M型晶体结构型晶体结构:RSR*S*(:RSR*S*(其中其中R*R*、S*S*对应对应R R、S S的反的反演演););SRS*R*mO2-Ba2+六面体六面体四面体四面体八面体八面体M M型晶体结构（型晶体结构（110110）面的剖视图）面的剖视图构成单位晶胞的离子数构成单位晶胞的离子数:1 1 每个氧离子层每个氧离子层:4 4 1/4+1+41/4+1+4 1/2=4O1/2=4O2-2-;2 2 单位晶胞含单位晶胞含1010个个O O2-2-层层,其中其中R R块中一个块中一个O O2-2-被被BaBa2+2+取代取代,单位单位晶胞含晶胞含3838个个O O2-2-,2,2个个Ba

6、Ba2+2+;3 3d3 3d金属离子占据情况金属离子占据情况:R R块中块中:5:5个八面体个八面体,1,1个六面体个六面体,被被1212个个FeFe3+3+占据占据;S S块中块中:4:4个八面体个八面体,2,2个四面体个四面体,被被1212个个FeFe3+3+占据占据;六面体位置3-2 3-2 六角晶系铁氧体的六角晶系铁氧体的4 4 MsMs M M、W W、X X、Z Z、Y Y、U U型结构型结构,由由S,R,TS,R,T块适当堆砌而成块适当堆砌而成;离子磁距取向离子磁距取向 四面体离子四面体离子 八面体离子八面体离子 六面体离子六面体离子 R 3,2 1 R 3,2 1 S 2 4

7、 S 2 4 T 2 4,2T 2 4,2一、一、M M型六角铁氧体分子磁距型六角铁氧体分子磁距 RSR*S*RSR*S*(n (nB B)M M=5(4-2)+(3-2+1)=20(=5(4-2)+(3-2+1)=20(B B）二二.Me.Me2 2W W型的磁矩型的磁矩(n(nB B)w RSSR*S*S*)w RSSR*S*S*由由1 1个个M M和和1 1个个S S块组成，因此块组成，因此 (n(nB B)w)w 理论理论 =(n(nB B)M M+(n+(nB B)s=20+(n)s=20+(nB B)s)s 三三.Me.Me2 2Y Y型的磁矩型的磁矩(n(nB B)Y )Y Me

8、Me2 2Y Y由由1 1个个T T块和块和1 1个个S S块组成块组成,如如MeMe2+2+只占只占S S块块,T,T块中只块中只有一种金属离子有一种金属离子,则则T T块的块的n nB B=0=0，因此：，因此：(n(nB B)Y)Y 理论理论 =(n(nB B)s()s(为为MeMe2 2FeFe4 4O O8 8的玻尔磁子数的玻尔磁子数)四四.Me.Me2 2Z Z型的磁矩型的磁矩(n(nB B)Z )Z 由由M M与与Y Y构成，因此：构成，因此：(n(nB B)Z)Z 理论理论 =(n(nB B)M+(n)M+(nB B)Y=20+()Y=20+(B B)Y)Y3-3 3-3 六角

9、晶系磁晶各向异性六角晶系磁晶各向异性1.1.主轴型主轴型 M M型型 k k1 1 0,0,特别大特别大;BaM(BaFeBaM(BaFe1212O O1919 10106 6 erg/cmerg/cm3 3;SrM(SrFeSrM(SrFe1212O O1919 10106 6 erg/cmerg/cm3 3;2.2.平面型平面型:Y Y型型;k;k1 10 0 含含CoCo为一定量的为一定量的Z Z型型(如如CoCox xZnZn2-x2-xZ Z中中 x x 3 3););含含CoCo为一定量的为一定量的W W型型(如如MeMe2 2W W：FeCoZW);FeCoZW);3.3.锥面型

10、锥面型:CoCo2 2Y Y型材料在型材料在 215k 215k以上以上,k,k1 1+2 k+2 k2 2000锥面型锥面型;CoCo2 2 Z Z 型在型在 T220K T.1.四面体，八面体占据四面体，八面体占据FeFe3+3+,应不产生强的各向应不产生强的各向 异性异性;2.2.六面体占据六面体占据FeFe3+3+，产生，产生强的各向异性强的各向异性;2 2一般认为强各向异性主要产生于六角体的一般认为强各向异性主要产生于六角体的FeFe3+3+,在平面上在平面上FeFe3+3+与与3 3个个O O2-2-,在上下在上下(C(C 轴轴)与与2 2个个 O O2-2-距离远为距离远为2.3

11、 2.3,平面内平面内FeFe3+3+与与3 3个个O O2-2-部分形成共部分形成共价键价键,即即O O2-2-的价电子部分回到的价电子部分回到 Fe Fe3+3+,使使FeFe3+3+获得角动获得角动量量,产生强各向异性；产生强各向异性；3 3由于由于CoCo2+2+进入八面体，在进入八面体，在100100具有很强的磁各具有很强的磁各向异性向异性,Co,Co2+2+进入八面体使主轴型向平面型转换；进入八面体使主轴型向平面型转换；3-4 3-4 六角晶系的离子取代六角晶系的离子取代1.Ba1.Ba2+2+的取代的取代:SrSr2+2+,Pb,Pb2+2+取代取代 适量的适量的)可取代；可取代

12、；稀土离子如稀土离子如LaLa3+3+,Pr,Pr3+3+,Nd,Nd3+3+,Sm,Sm3+3+,Eu,Eu3+3+,Gd,Gd3+3+等也可等也可部分取代部分取代;2.Fe2.Fe3+3+的取代的取代:.Al.Al3+3+,Ga,Ga3+3+,Cr,Cr3+3+取代取代FeFe3+3+,4,4 MsMs，内禀矫顽力内禀矫顽力 二价金属离子二价金属离子(Co(Co2+2+,Ni,Ni2+2+,Zn,Zn2+2+,Ca,Ca2+2+等等)与四价金与四价金属离子（属离子（TiTi4+4+,Gz,Gz4+4+,Zr,Zr4+4+）等同时取代）等同时取代FeFe3+3+,用于磁用于磁记录材料记录材料

13、;第四章第四章 软磁铁氧体的研究与发展软磁铁氧体的研究与发展从成分上分主要有：从成分上分主要有：Mn Zn，Ni-Zn系等尖晶石软磁铁氧体系等尖晶石软磁铁氧体平面型六角晶系软磁铁氧体平面型六角晶系软磁铁氧体从应用角度讲，它又可分为从应用角度讲，它又可分为高高高高磁导率磁导率(i)软磁铁氧体软磁铁氧体高高高高频大功率软磁铁氧体（又称功率铁氧体）频大功率软磁铁氧体（又称功率铁氧体）抗抗抗抗电磁干扰的（电磁干扰的（EMI）铁氧休等几类）铁氧休等几类 随着电子设备小型化、轻随着电子设备小型化、轻随着电子设备小型化、轻随着电子设备小型化、轻量化量化量化量化、薄形化和高可靠性的发展，对电子元、薄形化和高可

14、靠性的发展，对电子元、薄形化和高可靠性的发展，对电子元、薄形化和高可靠性的发展，对电子元件及材料的要求也越来越高。软磁材料除了要求高磁导磁率外，更重件及材料的要求也越来越高。软磁材料除了要求高磁导磁率外，更重件及材料的要求也越来越高。软磁材料除了要求高磁导磁率外，更重件及材料的要求也越来越高。软磁材料除了要求高磁导磁率外，更重要的是要求其具有低损耗和高稳定性。导致了要的是要求其具有低损耗和高稳定性。导致了要的是要求其具有低损耗和高稳定性。导致了要的是要求其具有低损耗和高稳定性。导致了MnZnMnZn超优铁氧体的出现。超优铁氧体的出现。超优铁氧体的出现。超优铁氧体的出现。如如如如TDKTDK公司

15、的公司的公司的公司的PC50PC50、PC4XPC4X系列、西门子公司的系列、西门子公司的系列、西门子公司的系列、西门子公司的N47N47、N49N49、N59N59材料材料材料材料及及及及TOKINTOKIN公司的公司的公司的公司的B40B40材料。材料。材料。材料。软磁铁氧体的稳定性软磁铁氧体的稳定性磁芯参数与有关物理参数的关系磁芯参数与有关物理参数的关系配方成分准确性对磁性能的影响配方成分准确性对磁性能的影响4-1 4-1 4-1 4-1 低损耗、高稳定性软磁铁氧体的性能分析低损耗、高稳定性软磁铁氧体的性能分析低损耗、高稳定性软磁铁氧体的性能分析低损耗、高稳定性软磁铁氧体的性能分析一、一

16、、软磁铁氧体的稳定性软磁铁氧体的稳定性高稳定性：磁导率的温度稳定性高，减落要小，随时间的老化高稳定性：磁导率的温度稳定性高，减落要小，随时间的老化要尽可能小，同时抗潮湿、电磁场、机械负荷电离辐射等的能要尽可能小，同时抗潮湿、电磁场、机械负荷电离辐射等的能力强。力强。引起的主要变化引起的主要变化:1.1.材料基本参数材料基本参数(k,(k,)温度稳定性温度稳定性 u u(可逆可逆););2.2.离子的扩散及组成分解离子的扩散及组成分解磁老化磁老化(不可逆不可逆););3.3.离子分布或价态的变化离子分布或价态的变化时间稳定性时间稳定性减落减落(可逆可逆);.);.（一）、磁导率的温度稳定性及其影

17、响（一）、磁导率的温度稳定性及其影响因素因素 一般铁氧体一般铁氧体i i T T可能出现一个峰可能出现一个峰或多个峰或多个峰;出现峰值原因：出现峰值原因：i i MsMs2 2/(K/(K1 1+3/2+3/2 s s)i i T T复杂函数复杂函数,一般只有二个峰一般只有二个峰,在一峰附近也可能由减落引起一些小峰在一峰附近也可能由减落引起一些小峰 1.1.峰出现原因峰出现原因:T T1 1（T T1 1 Tc50mol%50mol%）,在普通工艺在普通工艺(含含O O2 221%)21%)烧结，离子空位浓度上升烧结，离子空位浓度上升,减落愈明显减落愈明显N N2 2中退火中退火(120(12

18、00 0C),C),氧化氧化减少减少,空位增加空位增加,减落增减落增 加。加。4.4.实验证明实验证明,在室温以上至在室温以上至 f f,减落随温度的变化出减落随温度的变化出 现多峰，峰的位置和高度与材料的成分和空位浓度现多峰，峰的位置和高度与材料的成分和空位浓度 有关。有关。Q Q1 1=20.3ev;Q=20.3ev;Q2 2=10.15ev;Q=10.15ev;Q3 3 举例：举例：（MnZn)MnZn)FeFe2+2+(1-2 (1-2）Fe Fe3+3+（2+22+2）O O4+r 4+r FeFe2+2+浓度浓度:C:C(Fe2+)(Fe2+)=(1-2=(1-2 ););阳离子空

19、位浓度阳离子空位浓度C C(口口)=(3/4)=(3/4)令函数令函数f(f()代表阳离子空位浓度与浓度乘积代表阳离子空位浓度与浓度乘积:f(f()=C=C(口口)C C(Fe2+)(Fe2+)=(3/4)=(3/4)(1-2(1-2 )因此当离子的浓度和空位浓度配合很好后因此当离子的浓度和空位浓度配合很好后,f(,f()最最大大，减落最大减落最大减落机理减落机理减落机理减落机理:三角晶场引起感生三角晶场引起感生k ku u的结果的结果,冻结畴壁使磁冻结畴壁使磁导率降低导率降低,处于稳定态；当强磁场磁化或磁中性化（测处于稳定态；当强磁场磁化或磁中性化（测减落），离子处于高能态，随时间离子发生减

20、落），离子处于高能态，随时间离子发生:1.1.室温附近的短程有序扩散室温附近的短程有序扩散;2.B 2.B位上的离子空位与阳离子的定向有序扩散位上的离子空位与阳离子的定向有序扩散-长长 程有序扩散程有序扩散:fC)fC)exp(exp(/kT);/kT);控制减落的方法控制减落的方法控制减落的方法控制减落的方法控制减落主要是控制空位浓度：控制减落主要是控制空位浓度：1.Fe1.Fe2+2+的控制的控制(避开峰出现于避开峰出现于T T应用应用f f应用应用),),因因FeFe2+2+的的 减落主要发生在低温；减落主要发生在低温；2.2.阳离子空位数的控制阳离子空位数的控制:在在N N2 2中烧结

21、或在中烧结或在N N2 2中回火中回火;降低烧结温度；降低烧结温度；FeFe2+2+FeFe3+3+;二、磁芯参数与有关物理参数的关系二、磁芯参数与有关物理参数的关系（一）、参数说明与分析：（一）、参数说明与分析：1.1.电感电感i i i i 体积体积 首要条件首要条件:必须保证稳定性必须保证稳定性;例：要求电感量的稳定性：例：要求电感量的稳定性：（L/L)/L/L)/T=T=（150150 30)30)1010-6-6 如如 /i i=(0.5=(0.5 0.1)0.1)1010-6-6 i i e e=300=300 对于超优对于超优 /i i=(0.4=(0.4 0.1)0.1)101

22、0-6-6 i i e e=500=5002./i kT 21峰；峰；f 随随 i T 2峰与峰与 f 距离距离 ，凹谷范围，凹谷范围；3.减落减落系数系数D/i;4.品质因数品质因数tg/i 涡流；涡流；fr尾巴；尾巴；后效后效tg c,tg n;5.非线性失真系数（非线性失真系数（tg n不可逆部分不可逆部分/可逆部分）可逆部分）（二）、磁参数之间的关系与矛盾分析（二）、磁参数之间的关系与矛盾分析1.1.最佳成分区最佳成分区2.2.f f =100250=100250o oC;C;3.3.随随FeFe2 2O O3 3 高于高于50%50%分别出现分别出现D/D/i i,i i(max)(

23、max),/i i tgtg/i i等等（k k1 10 0 )高高BsBs最佳成分区；可知不在同一区各区最佳成分区；可知不在同一区各区相互矛盾相互矛盾；2.2.FeFe2 2O O3 3=52%=52%；Zn=22%30%;Zn=22%30%;余为余为MnOMnO；高高i i材料材料 s,ks,k1 10 0 按高按高 i i的配的配方与工艺方与工艺,可得高可得高 I I 材料。材料。矛盾：不能同时得到矛盾：不能同时得到:/i i tgtg/i i ；1.1.高高i i晶界薄晶界薄,涡流涡流 tgtg e e,晶粒大晶粒大,壁移易壁移易,高频时畴壁共振易发生高频时畴壁共振易发生frfr 2.

24、2.含含 FeFe2 2O O3 3虽不多虽不多,但激活能但激活能 较高较高,引起室温后效而比引起室温后效而比FeFe2 2O O3 3 多的还大多的还大;随随FeFe2+2+,峰虽然下降但峰虽然下降但 T T ,后效尾巴使应用时后效更大后效尾巴使应用时后效更大;3.不可逆壁移不可逆壁移(晶粒大晶界薄晶粒大晶界薄)易易 tg n/i h/i 2;4.高高i的补偿点在室温附近的补偿点在室温附近,从室温到从室温到 f,常用常用kT变化大变化大,iT 陡峭陡峭,/i较大较大;对对i的要求的要求,因因 /i与与tg/i不能直不能直接满足要求接满足要求,就要开气隙就要开气隙,使使i 提高稳定度提高稳定度

25、失去产生高失去产生高i的意义的意义.i=2000范围内范围内,如如Fe2O3稍高于稍高于50%,D/i较小较小(因因Fe2O3 Fe2+Fe2O3 )但因无但因无k1T 补偿点补偿点 c，难于满足难于满足 的要求的要求;4.高端高端:Fe2O3在在54%56%比损耗较小比损耗较小,f 高高,但是但是D/i 大大(因因Fe2+);5.在中间区在中间区:Fe2O3:5354%可生成适量可生成适量 Fe2+使使 kT0达到达到 I T 较平坦较平坦:f 小小,/i 较小较小;措施措施:晶粒晶粒5 6m,均匀完整无另相均匀完整无另相,气孔少气孔少,应力小应力小:磁化时磁化时 k1 0可逆壁移畴转易发生

26、可逆壁移畴转易发生,但不可逆壁移因晶但不可逆壁移因晶粒较小而难于发生粒较小而难于发生,磁滞损耗小磁滞损耗小;后效损耗因后效损耗因Fe2+较多较多,后效峰移向低温后效峰移向低温,使得在应用温使得在应用温度下后效减小度下后效减小;涡流损耗因晶界电阻涡流损耗因晶界电阻 而而 ;但由于但由于:Fe2O3,Fe2+空位空位 使得使得D/i较大较大;虽虽 k1 0 但如果晶界较薄但如果晶界较薄,可可逆壁移和畴转均存在逆壁移和畴转均存在,发生畴转共振的发生畴转共振的(fn)使高频共使高频共振损耗较大振损耗较大;上述上述 /i虽较平坦虽较平坦,但仍达不到超优的要求但仍达不到超优的要求 看来看来:用纯原料用纯原

27、料(不掺杂不掺杂)要想实现各个指标最佳要想实现各个指标最佳,难于难于实现实现,故要采取加杂办法。故要采取加杂办法。三、配方成分准确性对磁性能的影响三、配方成分准确性对磁性能的影响（一）原材料选择（一）原材料选择 （二）配方条件（二）配方条件 基本配方在基本配方在Fe2O3成分附近。成分附近。在最佳工艺每件下，相对高的在最佳工艺每件下，相对高的MnO和和Fe2O3含量是有利的含量是有利的在保证性能稳定可靠的前提下减小磁芯体积，尽可能提高磁导率，控在保证性能稳定可靠的前提下减小磁芯体积，尽可能提高磁导率，控制制 /i。（三）添加剂对性能的改进（三）添加剂对性能的改进微量微量CaO与与SiO2的加入

28、并在适当的低温低氧气氛的中烧结，导致减落的加入并在适当的低温低氧气氛的中烧结，导致减落变小，温度系数下降变小，温度系数下降少量少量SnO2（或或TiO2）及及Co2O3的加入，有三个好作用：的加入，有三个好作用：补偿补偿K使使曲线平坦，从而改善曲线平坦，从而改善 /i；与与Fe2+联合作用造成联合作用造成K=0，使磁化以使磁化以可逆畴转为主从而降低磁滞损耗、改善非线失真和降低比损耗因子可逆畴转为主从而降低磁滞损耗、改善非线失真和降低比损耗因子 SnO2或或TiO2可降低材料内部的空位数，从而降低减落。可降低材料内部的空位数，从而降低减落。（四）烧结条件 制造超优的MnZn铁氧体材料，必须采用严

29、格的气氛烧结法，最可靠的烧结条件应按既定的PO2T曲线进行。举例说明：（P88）（MnxZn1-x）O yFe2O3 摩尔百分含量：重量百分含量：制备一种高频Ni-Zn铁氧体软磁材料，其基本配方为：Fe2O3=50mol%，NiO=22 mol%，CoO=6mol%，ZnO=22mol%。请计算及分析：写出该材料的化学分子式与占位结构分布式各原料的重量百分比；计算0K时的比饱和磁化强度；当D=5g/cm3时，计算0K时的Ms；注：分子量：Fe2O3=159.7,NiO=74.7 CoO=75,ZnO=81.4 离子磁矩：Co2+B,Ni2+B,Fe3+=5B,Fe2+=4B 常量：NB 103

30、=5585设化学式为：设化学式为：ZnNiCoFe2+Fe3+2O4则则 =0.44 =0.44 =0.12 =0化学式：化学式：ZnNiCoFe2O4占位结构分布式占位结构分布式:（Zn 2+Fe 3+）Ni 2+Co 2+Fe 3+O4+(+2)=3 （+2）=0.22 0.22 0.06 1设化学式为：设化学式为：ZnNiCoFeO4则则 =0.44 =0.44 =0.12 =2化学式：化学式：ZnNiCoFe2O4占位结构分布式占位结构分布式:（Zn 2+Fe 3+）Ni 2+Co 2+Fe 3+O4+=3 =0.22 0.22 0.06 (0.5 2)2+2+2+x 2+(-x)3=

31、8设设Fe 2+的含量为的含量为x 氧化物法氧化物法化学共沉淀法化学共沉淀法水热法水热法超临界法超临界法微乳液法微乳液法溶胶凝胶法溶胶凝胶法喷雾焙烧法喷雾焙烧法自蔓延高温合成技术法自蔓延高温合成技术法4-2、铁氧体的合成与制备技术、铁氧体的合成与制备技术、铁氧体的合成与制备技术、铁氧体的合成与制备技术 软磁铁氧体材料的生产分为软磁铁氧体材料的生产分为2种种:将氧化物原料直接球磨混合将氧化物原料直接球磨混合,经成型和高温烧结制成铁氧体经成型和高温烧结制成铁氧体,即所谓即所谓的干法。这种方法工艺简单的干法。这种方法工艺简单,配方准确配方准确,应用较为普遍。但采用氧化物应用较为普遍。但采用氧化物作原

32、料作原料,烧结活性和混合的均性受到限制烧结活性和混合的均性受到限制,制约了产品性能的进一步提制约了产品性能的进一步提高高;另一种以化学共沉淀法为主的湿法工艺另一种以化学共沉淀法为主的湿法工艺,此工艺制备的铁氧体粉烧结此工艺制备的铁氧体粉烧结活性和均匀性好活性和均匀性好,但是湿法的工艺路线长、条件敏感、稳定性较差。但是湿法的工艺路线长、条件敏感、稳定性较差。一、氧化物法一、氧化物法选用高纯度的各种氧化物作原料，按一定配比混合后烧结成选用高纯度的各种氧化物作原料，按一定配比混合后烧结成型制成。型制成。氧化物法优点：氧化物法优点：工艺简单工艺简单,配方准确配方准确,易于大规模工业生产。易于大规模工业

33、生产。氧化物法缺点：氧化物法缺点：高纯度的氧化铁、碳酸锰高纯度的氧化铁、碳酸锰(或氧或氧 化锰化锰)、氧化锌的价格很昂贵、氧化锌的价格很昂贵,使使得产品成本非常高。得产品成本非常高。由于采用固相物作前驱体原料由于采用固相物作前驱体原料,各组分氧化物的反应活性都不高各组分氧化物的反应活性都不高,混混合也不可能做到微观均匀合也不可能做到微观均匀,因而在高温合成时因而在高温合成时,合成温度须非常高合成温度须非常高 (上千度上千度),),但仍不能避免各组分高温扩散反应速度不一的缺点但仍不能避免各组分高温扩散反应速度不一的缺点,造造成成分偏析成成分偏析,微观组织不均匀。微观组织不均匀。球磨时间过长球磨时

34、间过长,还会引入杂质和过量铁。这是导致传统氧化物法合成还会引入杂质和过量铁。这是导致传统氧化物法合成氧体过程中产品质量不稳定氧体过程中产品质量不稳定,产品性能制备可重复性差的关键原因。产品性能制备可重复性差的关键原因。氧化物法制备铁氧体的一般工艺流程氧化物法制备铁氧体的一般工艺流程配料配料配料配料添加剂添加剂添加剂添加剂烧结烧结烧结烧结检验检验检验检验配方设计配方设计配方设计配方设计混料（一次球磨）混料（一次球磨）混料（一次球磨）混料（一次球磨）造粒、成型造粒、成型造粒、成型造粒、成型粉碎（二次球磨）粉碎（二次球磨）粉碎（二次球磨）粉碎（二次球磨）预烧预烧预烧预烧二、化学共沉淀法二、化学共沉淀

35、法 选用一种合适的可溶于水的金属盐类，按所制备的材料组成选用一种合适的可溶于水的金属盐类，按所制备的材料组成选用一种合适的可溶于水的金属盐类，按所制备的材料组成选用一种合适的可溶于水的金属盐类，按所制备的材料组成计量，将金属盐溶解，并以离子状态混合均匀，再选择一种计量，将金属盐溶解，并以离子状态混合均匀，再选择一种计量，将金属盐溶解，并以离子状态混合均匀，再选择一种计量，将金属盐溶解，并以离子状态混合均匀，再选择一种合适的沉淀剂，将金属离子均匀沉淀或结晶出来，再将沉淀合适的沉淀剂，将金属离子均匀沉淀或结晶出来，再将沉淀合适的沉淀剂，将金属离子均匀沉淀或结晶出来，再将沉淀合适的沉淀剂，将金属离子

36、均匀沉淀或结晶出来，再将沉淀物脱水或热分解而制得铁氧体微粉。物脱水或热分解而制得铁氧体微粉。物脱水或热分解而制得铁氧体微粉。物脱水或热分解而制得铁氧体微粉。共沉淀法优点共沉淀法优点共沉淀法优点共沉淀法优点：颗粒细小、均匀纯度高，化学活性好。颗粒细小、均匀纯度高，化学活性好。颗粒细小、均匀纯度高，化学活性好。颗粒细小、均匀纯度高，化学活性好。共沉淀法缺点：共沉淀法缺点：共沉淀法缺点：共沉淀法缺点：粉体团聚难以克服粉体团聚难以克服粉体团聚难以克服粉体团聚难以克服成本高、污染严重；成本高、污染严重；成本高、污染严重；成本高、污染严重；难于大规模工业生产难于大规模工业生产难于大规模工业生产难于大规模工

37、业生产三、溶胶凝胶法三、溶胶凝胶法 是是是是20202020世纪世纪世纪世纪80808080年代迅速发展起来的新的湿化学合成方法，被广年代迅速发展起来的新的湿化学合成方法，被广年代迅速发展起来的新的湿化学合成方法，被广年代迅速发展起来的新的湿化学合成方法，被广泛应用于各种无机功能材料的合成中。将金属有机化合物溶泛应用于各种无机功能材料的合成中。将金属有机化合物溶泛应用于各种无机功能材料的合成中。将金属有机化合物溶泛应用于各种无机功能材料的合成中。将金属有机化合物溶解于有机溶剂中，形成溶胶，再采取适当的方法使之形成凝解于有机溶剂中，形成溶胶，再采取适当的方法使之形成凝解于有机溶剂中，形成溶胶，再

38、采取适当的方法使之形成凝解于有机溶剂中，形成溶胶，再采取适当的方法使之形成凝胶。再经高温焙烧制得纳米级氧化物铁氧体微粉。胶。再经高温焙烧制得纳米级氧化物铁氧体微粉。胶。再经高温焙烧制得纳米级氧化物铁氧体微粉。胶。再经高温焙烧制得纳米级氧化物铁氧体微粉。优点优点优点优点：纯度高，均匀性好，化学化学活性好。纯度高，均匀性好，化学化学活性好。纯度高，均匀性好，化学化学活性好。纯度高，均匀性好，化学化学活性好。缺点：缺点：缺点：缺点：粉体团聚难以克服粉体团聚难以克服粉体团聚难以克服粉体团聚难以克服成本高、污染严重；成本高、污染严重；成本高、污染严重；成本高、污染严重；难于大规模工业生产难于大规模工业生

39、产难于大规模工业生产难于大规模工业生产4-2 4-2、MnMn Zn Zn系软磁铁氧体系软磁铁氧体系软磁铁氧体系软磁铁氧体一、高一、高一、高一、高iMnZniMnZniMnZniMnZn材料材料材料材料（一）、配方（一）、配方（一）、配方（一）、配方 （图（图（图（图1.7.3)1.7.3)要求是在一定要求是在一定要求是在一定要求是在一定MsMs和和和和TcTc前提下，实现前提下，实现前提下，实现前提下，实现K1K1、s0s0 (二二二二)、材料要求与工艺、材料要求与工艺、材料要求与工艺、材料要求与工艺 必须用高纯度、高活性的共沉粉料或高纯氧化物为基必须用高纯度、高活性的共沉粉料或高纯氧化物为

40、基必须用高纯度、高活性的共沉粉料或高纯氧化物为基必须用高纯度、高活性的共沉粉料或高纯氧化物为基 本本本本 原料；原料；原料；原料；粒度最好在粒度最好在粒度最好在粒度最好在mm内，一般不掺杂；内，一般不掺杂；内，一般不掺杂；内，一般不掺杂；晶粒均匀、完整、无气孔、内应力极小晶粒尺寸较大；晶界薄而晶粒均匀、完整、无气孔、内应力极小晶粒尺寸较大；晶界薄而晶粒均匀、完整、无气孔、内应力极小晶粒尺寸较大；晶界薄而晶粒均匀、完整、无气孔、内应力极小晶粒尺寸较大；晶界薄而整齐；整齐；整齐；整齐；烧结工艺：烧结工艺：烧结工艺：烧结工艺：二次还原烧结法；二次还原烧结法；二次还原烧结法；二次还原烧结法；平衡气氛烧

41、结法；平衡气氛烧结法；平衡气氛烧结法；平衡气氛烧结法；高压充氮高压充氮高压充氮高压充氮法；法；法；法；在基本配方中掺加改善损耗特性的添加剂，并调整工艺，达到提在基本配方中掺加改善损耗特性的添加剂，并调整工艺，达到提在基本配方中掺加改善损耗特性的添加剂，并调整工艺，达到提在基本配方中掺加改善损耗特性的添加剂，并调整工艺，达到提高高高高QQ值和值和值和值和 Q Q的目的。的目的。的目的。的目的。（三）、应用（三）、应用（三）、应用（三）、应用主要用于各类变压器和电感磁芯、扼流圈（日本主要用于各类变压器和电感磁芯、扼流圈（日本主要用于各类变压器和电感磁芯、扼流圈（日本主要用于各类变压器和电感磁芯、扼

42、流圈（日本TDKTDK公司的高材料公司的高材料公司的高材料公司的高材料性能见表性能见表性能见表性能见表1.12.1(1.12.1(P92)P92)二、高频低耗二、高频低耗 MnZn功率铁氧体材料功率铁氧体材料（一）配方（一）配方应位于具有最低磁滞损耗的应位于具有最低磁滞损耗的“等导区等导区”，然后再采取措施降低涡流损，然后再采取措施降低涡流损耗耗（二）材料要求与工艺（二）材料要求与工艺l必须用高纯度、高活性的共沉粉料或高纯氧化物为基必须用高纯度、高活性的共沉粉料或高纯氧化物为基 本本 原料原料l晶粒尺寸较小，均匀完整，晶粒内部气孔少，整体密度高，晶粒晶粒尺寸较小，均匀完整，晶粒内部气孔少，整体

43、密度高，晶粒高纯度、无缺陷、杂质，内应力小，而晶界则密布高阻层杂质，高纯度、无缺陷、杂质，内应力小，而晶界则密布高阻层杂质，且气孔少。且气孔少。l主要用途主要用途 功率变压器、开关电源、彩电行输出变压器、工作在大电流或功率变压器、开关电源、彩电行输出变压器、工作在大电流或直流偏场直流偏场,通过磁化传递功率通过磁化传递功率(工作在饱和条件工作在饱和条件25%);材料要求材料要求:Bs,损耗小损耗小,i=2000;a=3000;损耗来源损耗来源:涡涡流流 f2,磁滞磁滞 H,损耗损耗发热发热,引起引起Bs 损耗损耗 恶性循环恶性循环烧坏线包烧坏线包 要要 f ;高高Bs材料指标材料指标:P4-11

44、0;高高Bs配方范围配方范围:考虑到考虑到:f 在在200oC 240oC 随随Zn含量含量 而而,f 随随Fe2O3 而而 应使应使ZnO ,Fe2O3.Bs 随随Fe2O3 而而(在一定的范围内在一定的范围内)当当Fe2O3:53%55%mol工艺适当工艺适当可得到可得到Bs 5000Gs,另外另外ZnO 过多过多,D/i ,f 反而反而,损耗损耗:Pl=Pn+Pe=(Knf+Kef 2)Bn(V)；在：在：f:1001000Hz;n取取如如Fe2O3 Fe2+P ，但又必须利用，但又必须利用Fe2+补偿补偿 k10使使a 磁滞磁滞Pn,应使应使 k10.不可逆磁化在小电流振幅下提前完成不可逆磁化在小电流振幅下提前完成;中心点成分中心点成分:Fe2O3=53.5%;ZnO=1 2%范围范围:Fe2O3=5355%;ZnO=914%高高Bs材料烧结条件：900OC 以前300OC/h 900OC 1100OC为50OC/h;1100OC 1340OC 200OC/h在含O25%的N2中保温34hour;然后在N2中冷却;烧结条件与原材料纯度,活性,预烧温度有关。4-3 4-3、NiNi Zn Zn系软磁铁氧体系软磁铁氧体系软磁铁氧体系软磁铁氧体