磁性陶瓷 赵杰

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1、 磁性陶瓷磁性陶瓷2014.6.4 磁性陶瓷（铁氧体陶瓷）分类磁性陶瓷（铁氧体陶瓷）分类o磁性陶瓷磁性陶瓷(magnetic ceramics)分为含铁分为含铁(ferrite)的铁氧体陶瓷和不含铁的磁性陶瓷。的铁氧体陶瓷和不含铁的磁性陶瓷。铁氧铁氧体陶瓷体陶瓷是以氧化铁和其他铁族或稀土族氧化物为主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。要成分的复合氧化物。o按铁氧体的晶体结构分按铁氧体的晶体结构分：尖晶石型（：尖晶石型（MFe2O4）；）；石榴石型（石榴石型（R3Fe5O12）；磁铅石型（）；磁铅石型（MFe12O19）（M为铁族元素，为铁族元素，R为稀土元素）。为稀土元素

2、）。o按铁氧体的性质及用途分按铁氧体的性质及用途分：软磁、硬磁、旋磁、矩：软磁、硬磁、旋磁、矩磁、磁泡、磁光、磁记录材料等。磁、磁泡、磁光、磁记录材料等。o按其结晶状态分按其结晶状态分：单晶体和多晶体铁氧体。：单晶体和多晶体铁氧体。o按其外观形态分按其外观形态分：粉末、薄膜和体材等。：粉末、薄膜和体材等。*材料科学与工程学院3铁氧体材料铁氧体材料 软磁软磁 磁记忆磁记忆按按HC大小分大小分 半硬磁半硬磁 磁记录磁记录 硬磁硬磁磁性陶瓷 铁氧体材料*材料科学与工程学院4铁氧体材料发展简况和磁性来源铁氧体材料发展简况和磁性来源 春秋战国时期：春秋战国时期：“磁石召铁磁石召铁”的记载，主要成分的记载

3、，主要成分Fe3O4天然铁氧体天然铁氧体。2020世纪世纪3030年代：年代：开始研究铁氧体。开始研究铁氧体。2020世纪世纪4040年代：年代：软磁铁氧体商品问世。软磁铁氧体商品问世。2020世纪世纪5050年代：年代：铁氧体快速发展的时期。铁氧体快速发展的时期。19521952年：年：磁铅石型硬磁铁氧体研制成功。磁铅石型硬磁铁氧体研制成功。19561956年：年：石榴石型铁氧体研制成功。石榴石型铁氧体研制成功。 磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院5软磁铁氧体软磁铁氧体 在较弱的磁场作用下，很容易被磁化在较弱的磁场作用下，很容易被磁化也容易退磁的一类铁氧体材料。也容易退磁的一类铁氧体材料

4、。典型代表：锰锌铁氧体典型代表：锰锌铁氧体MnMnZnFeZnFe2 2O O4 4 镍锌铁氧体镍锌铁氧体NiNiZnFeZnFe2 2O O4 4 等等磁性陶瓷铁氧体材料*材料科学与工程学院6衡量软磁铁氧体性能的几个重要指标衡量软磁铁氧体性能的几个重要指标指标指标1 1 磁导率磁导率；指标指标2 2 损耗因子损耗因子tantan（或（或品质因素品质因素Q Q）；）；指标指标3 3 工作频率范围工作频率范围；指标指标4 4 工作温度范围工作温度范围。还有居里点还有居里点TcTc、电阻率、电阻率等等1. 1. 软磁铁氧体材料的性能软磁铁氧体材料的性能 软磁铁氧体主要作为电感元件的磁芯应用于通讯、

5、广播、电视等领域。用途广，品种多，数量大，产值高 。 磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院7铁氧体磁铁1. 软磁铁氧体的性能磁性陶瓷 铁氧体材料 软磁铁氧体*材料科学与工程学院8指标指标1 磁导率磁导率 对于磁芯来讲，对于磁芯来讲，要求大些好，因这样可减少满足要求大些好，因这样可减少满足同电感量的线圈体积。同电感量的线圈体积。 可通过提高材料的饱和磁化强度可通过提高材料的饱和磁化强度Ms、降低材料的、降低材料的磁致伸缩常数和材料的各向异性等措施来提高。磁致伸缩常数和材料的各向异性等措施来提高。1. 软磁铁氧体的性能 磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院9指标指标2 2

6、损耗因子损耗因子tan或品质因数或品质因数Q Q 磁性材料的损耗形式有多种，改善方式也因此而异。希望损耗小些、品质高些。1. 软磁铁氧体的性能 磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院10指标指标3 3 工作频率范围工作频率范围 工作频率增加，导致工作频率增加，导致和和Q Q都下降。都下降。 对应对应和和Q Q迅速下降的频率称为迅速下降的频率称为应用频率极限应用频率极限； 对应对应下降至一半时的频率为下降至一半时的频率为截至频率。截至频率。指标指标4 4 工作温度范围工作温度范围 随工作温度而变化，导致磁芯工作不稳定。所以随工作温度而变化，导致磁芯工作不稳定。所以希望希望磁导率温度系数

7、磁导率温度系数小。可用控制配方（提高含铁量、小。可用控制配方（提高含铁量、添加添加CoOCoO）、控制烧结工艺、减少内应力等来改善。）、控制烧结工艺、减少内应力等来改善。1. 软磁铁氧体的性能 磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院112. 2. 软磁铁氧体的制备过程软磁铁氧体的制备过程称量称量混合混合煅烧煅烧喷雾喷雾造粒造粒成型成型烧结烧结机械加工机械加工包装包装配料配料磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体磁性陶瓷压力喷嘴铁氧体造粒铁氧体喷雾干燥调试现场 精密陶瓷专用喷雾造粒干燥机 *材料科学与工程学院13人工喷雾美化自然、降低温度、提高湿度人工喷雾美化自然、降低温度、提高湿度*材料科学与

8、工程学院14软磁软磁铁氧体的制备中的影响因素铁氧体的制备中的影响因素组成组成烧结气氛烧结气氛晶粒大小和气孔晶粒大小和气孔冷却速率冷却速率磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体*材料科学与工程学院15磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体 要利用物质的铁磁性，就得在工艺上要充分保证并提要利用物质的铁磁性，就得在工艺上要充分保证并提高磁性能。几个重要基本特性取决于工艺情况：高磁性能。几个重要基本特性取决于工艺情况：（1 1）饱和磁化强度、饱和磁感应强度取决于物质本身成）饱和磁化强度、饱和磁感应强度取决于物质本身成分和配比；分和配比；（2 2）在成分和配比确定的前提下，磁导率、矫顽力等随）在成分和配比确定的前提下，磁导

9、率、矫顽力等随晶体组织结构而变化。晶体组织结构而变化。*材料科学与工程学院16磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体玻璃成分玻璃成分B2O3BaO+BaO,Fe2O3（Ba铁氧体成分）铁氧体成分）+CoO,TiO2（矫玩力调整）（矫玩力调整）熔融急冷凝固熔融急冷凝固Ba铁氧体薄片铁氧体薄片结晶化结晶化Ba铁氧体磁性粉铁氧体磁性粉*材料科学与工程学院173. 3. 软磁铁氧体的应用软磁铁氧体的应用应用一：最简单的应用应用一：最简单的应用 做成做成变压器铁芯变压器铁芯，根据电磁感应原理，初级线圈，根据电磁感应原理，初级线圈中施以电讯号，则次级线圈中有感生电压、感生电流中施以电讯号，则次级线圈中有感生电压、感

10、生电流产生，从而获得电压升高、降低和稳压的作用。据此产生，从而获得电压升高、降低和稳压的作用。据此可制成各种变压器，如可制成各种变压器，如音频变压器、脉冲变压器、选音频变压器、脉冲变压器、选频倒相变压器频倒相变压器等。等。 磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体主要用于电磁能的转换。主要用于电磁能的转换。*材料科学与工程学院18应用二：应用二： 作为作为电感元件电感元件，电感对于电流的变化具有阻抗作用，电感对于电流的变化具有阻抗作用，当交流电压加到具有铁芯的电感线圈上时，交流电压不当交流电压加到具有铁芯的电感线圈上时，交流电压不断变化，而电抗元件对电流的变化具有滞后性。在每一断变化，而电抗元件对电流的变

11、化具有滞后性。在每一瞬间内把输人的功率变成电磁能储存起来，过一会儿又瞬间内把输人的功率变成电磁能储存起来，过一会儿又把它放出来，变成输出功率。这类应用如把它放出来，变成输出功率。这类应用如电源滤波扼流电源滤波扼流器、谐振回路中的电感、日光灯镇流器器、谐振回路中的电感、日光灯镇流器等。等。 应用三：应用三： 磁记录元件的关键材料，如磁记录元件的关键材料，如天线磁芯、偏转磁芯以天线磁芯、偏转磁芯以及磁带录音磁头、多路通讯等的记录头的磁芯及磁带录音磁头、多路通讯等的记录头的磁芯等。等。 磁性陶瓷铁氧体材料软磁铁氧体3. 应用*材料科学与工程学院19硬磁铁氧体硬磁铁氧体 又称永磁铁氧体或恒磁铁氧体，又