了解铁氧体：非金属磁性材料的特点、分类及历史沿革

了解铁氧体：非金属磁性材料的特点、分类及历史沿革

铁氧体是一种非金属磁性材料，又称铁磁氧化物。它是由三氧化二铁与一种或多种其它金属氧化物（如氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等）烧结而成。它的相对磁导率可高达几千，电阻率是金属的1011倍，涡流损耗小，适用于制作高频电磁器件。铁氧体有硬磁、软磁、矩磁、旋磁、压磁五种类型。以前称为铁磁氧化物磁体或铁磁氧化物，其生产工艺和外观与陶瓷相似，所以又称磁瓷。铁氧体是铁与一种或多种其它适当金属元素的复合氧化物，性质上属半导体，通常用作磁介质。铁氧体磁性材料与金属或合金磁性材料最重要的区别是导电性。 通常前者的电阻率为102~108Ω·cm，而后者仅为10-6~10-4Ω·cm。

历史

中国最早接触到的铁氧体是天然铁氧体，即磁铁矿（Fe3O4），发现于公元前4世纪，中国发明的指南针就是用这种天然磁铁矿制成的。到了20世纪30年代，无线电技术的发展，迫切需要高频损耗小的铁磁材料，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，当时称之为OP磁铁。20世纪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。其中，荷兰飞利浦实验室物理学家JL斯诺克于1935年开发出性能优良的尖晶石结构的各种含锌软磁铁氧体，并于1946年实现工业化生产。1952年实验室JJ文特等人已开发出以铁氧体为主要成分的永磁铁氧体，这种铁氧体与1956年GH永克尔等人在实验室研究的四方甚高频磁铁氧体具有相似的六方结构。1956年EF贝尔托和F.福拉报道了亚铁磁性的研究成果。

取代离子Y有Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等稀土离子。由于该类磁性化合物的晶体结构与天然矿物石榴石相同，故称石榴石结构铁氧体。迄今为止，除1981年日本杉本光雄用超急冷法制成的非晶态结构铁氧体材料外，从晶体化学角度看，尚无一种超越上述三类晶体结构的材料。所做的工作大多是进行改性和针对新用途进行深入研究。

分类

根据磁性能和用途不同，铁氧体可分为软磁、永磁、旋磁、矩磁、压磁五种类型。

1.软磁材料

该类材料在弱磁场中容易磁化和退磁，如锌铬铁氧体、镍锌铁氧体等。软磁铁氧体是用途广泛、品种多、数量大、产值高的铁氧体材料，主要用作各种电感元件，如滤波器铁芯、变压器铁芯、收音机铁芯以及磁带录音、录像磁头等，也是磁记录元件的关键材料。

2. 永久铁氧体

具有六方结构和单轴各向异性的化合物。主要由钡、锶、铅三种铁氧体及其复合固溶体组成。磁性有各向同性和各向异性两种。由于该类铁氧体材料在外界磁化场消失后，能长时间保持较强的恒定剩磁性能，可用来在外界空间产生恒定磁场，应用范围十分广泛，例如：用作各种电表、发电机、电话、扬声器、电视机、微波装置中的永久磁铁。

3.硬磁材料

铁氧体硬磁材料磁化之后不易退磁，所以又称永磁材料或恒磁材料，例如钡铁氧体、钢铁氧体等。主要用于电讯设备中的录音机、拾音器、扬声器以及各种仪器的磁芯等。

4. 旋磁材料

磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的稳恒磁场和电磁波磁场作用下，平面极化的电磁波在材料内部虽然按一定的方向传播，但是其极化面会围绕传播方向不断旋转的现象。金属、合金材料虽然也具有一定的旋磁性，但是由于电阻率小，涡流损耗大，电磁波不能深入其中，所以不能利用。因此，铁氧体旋磁材料的旋磁性应用，就成了铁氧体的一个独特领域。旋磁材料多与传输微波的波导或传输线组合，组成各种微波器件，主要用于雷达、通讯、导航、遥测等电子设备中。

5. 磁矩材料

这是指具有矩形磁滞回线的铁氧体材料。它的特点是当有较小的外磁场时，它就能被磁化并达到饱和状态。撤去外磁场后，磁性仍与饱和状态相同。如镁锰铁氧体、锂锰铁氧体等。这种铁氧体材料主要用于各种电子计算机存储器磁芯等方面。

6.压磁材料

该类材料是指磁化后沿磁场方向产生机械伸缩的铁氧体材料，如镍锌铁氧体、镍铜铁氧体、镍铬铁氧体等。压磁材料主要用作电磁能与机械能相互转换的换能器，以及用作超声波的磁致伸缩元件。