FundamentalsofFerrimagneticMaterials&SpinelFerrites

鐵氧體磁性材料基礎及尖晶石鐵氧體思考如下問題世界上第一個被發(fā)現(xiàn)的磁性材料是什么?鐵氧體磁性材料有些什么主要的特征?如果鐵氧體材料按晶體結構分類,主要有哪幾種?請舉出幾種軟磁鐵氧體材料?幾種硬磁鐵氧體材料?復習鐵氧體磁學亞磁性的Neel分子場理論Neel將尖晶石結構抽象成兩種次晶格：A位離子組成的晶格和B位離子組成的晶格；A和B位之間的相互作用為主要的相互作用，相互作用系數(shù)具有相當大的負值；在T=0K時，由于A和B之間的相互作用導致A位的磁矩都相互平行排列，其磁矩為MA；

B位的磁矩也都平行排列，其磁矩為MB，MA和MB取向相反，數(shù)量不等。實驗觀測到的自發(fā)磁化強度等于|MA-MB|。設鐵氧體的分子為MO.Fe2O3，考慮一般情況，F(xiàn)e3+在A位和B位都有分布，分布比例為：，且有：

+=1。對于正型尖晶石鐵氧體，=0，=1。反型結構==0.5。一般情況Fe3+離子在A和B位都有分布。為了討論方便，假定M2+是非磁性的，則和分別表示A位和B位上磁性離子所占的份數(shù)。

Neel將分子場理論推廣到這種不等量的兩個次晶格中，由于結構不等量，在A、B兩個次晶格系統(tǒng)中，有四種分子場：Haa=aaMa

Hab=abMbHba=baMaHbb=bbMb式中，Haa是A位近鄰磁性離子作用于A位上的分子場；Hab是B位近鄰磁性離子作用于A位上的分子場;aa是A次晶格內A-A的分子場系數(shù)，ab是A、B兩次晶格之間A-B的分子場系數(shù)。其它定義類似。一般而言，ba=ab，由于A位和B位離子數(shù)不等，Hab

Hba;Ma和Mb分別是1克分子磁性離子在A位和B位上的磁矩。在A位和B位上總的分子場分別為：Hamf=

aaMa

-abMb（2）式

Hbmf=-

baMa

+bbMb（2）’式令=

aa/ab,=

bb/ba,,分別是次晶格內部相互作用與次晶格之間相互作用強度之比。又令wab=wba=w,在A位和B位分別有、克分子離子的情況下，（2）式可以轉變?yōu)椋?/p>

Hamf=

（Ma

-Mb）

（3）式

Hbmf=

（-Ma

+Mb)

（3）’式若外加一個磁場H0，則A、B位上的有效磁場分別是：

Hamf=H0+

（Ma

-Mb）

（4）式

Hbmf=H0+

（-Ma

+Mb)

（4）’式Ma

和Mb作為熱平衡值，它們仍可由順磁性布里淵函數(shù)描寫：Ma=Ngs

BBs(ya)(5)Mb=Ngs

BBs(yb)(5)’1克分子鐵氧體中A位和B位上的自發(fā)磁化強度分別有MA=Ma和MB=Mb,整個鐵氧體的總自發(fā)磁化強度為：

Ms=MA+MB=

Ma+

Mb

由（3），（4）和（5）式可知，對于鐵氧體材料，它的磁化強度與下列因數(shù)有關：，，，和T有關。根據(jù)分析，Neel得出在不同區(qū)域內Ms（T）曲線的形狀可有六種類型：P、Q、N、M、V和R型，如下圖所示：不常見的另外三種類型的M-T曲線尖晶石結構鐵氧體材料為什么稱為尖晶石鐵氧體？

（與尖晶石MgAl2O4礦石具有相同的晶體結構）通式：MFe2O4,Ｍ通常為二價金屬離子，離子半徑應在0.06-0.1nm范圍內；M通常為:Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Mg和Cd,或幾種元素相互替換而成；Ｍ或者由幾個不同價態(tài)的元素組成，但平均價態(tài)必須為２，如：Ｌi+和Fe3+組成的Li0.5Fe2.5O4尖晶石晶胞的部分結構示意圖尖晶石結構氧離子密堆積中的A，B位置O2-A位金屬離子B位金屬離子A位四面體B位八面體單位晶胞結構

1、面心立方結構，以O2-為骨架構成面心立方，以[111]軸為密堆積方向，重復按ABC、

ABC……，其它金屬離子在O2-構成的空隙中。2、單位晶胞由8個小立方（子晶格）組成；共邊離子分布相同，共面不同。每個小立方含有4個

O2-，則4

8=32；O2-分布在對角線的1/4、3/4處

,并在B離子對面(有B離子的子晶格)靠近A離子的那個位置。O2-間隙中嵌入A,B離子；3、由氧離子構成的空隙分兩種:4個O2-構成四面體A位;6個O2-構成八面體B位；八面體間隙大于四面體間隙；4、單位晶胞中有A位64個,B位32個;實有A位8個,B位16個；5、單位晶胞含有8個尖晶石鐵氧體分子；推導：A位:由每個小立方頂點O2-和對應相鄰三個面心O2-組成，單位晶胞中8

8=64個A位B位：8個小立方中，6個O2-

組成一個B間隙，每條棱邊的2個頂點O2-和相鄰4個面心O2-形成一個B間隙,因此單位晶胞8

(1+12

1/4）=32個B位A、B位實有數(shù)：單位晶胞中有8個離子占據(jù)A位，（有四個小立方中心各占1個，即4×1+每個小立方對角頂點占4個8×4/8）;16個占據(jù)B位（有四個小立方的體對角線的3/4處個占1個，即4×4），32個O2-；8

(AB2O4）點陣常數(shù)a及氧參數(shù)u點陣常數(shù):

單位晶胞(8個子晶格)的棱邊長;

理論上，對尖晶石結構:點陣常數(shù)a=7.5?,氧離子半徑

=1.32?。實際上，由于進入A、B間隙中的離子半徑在0.6-1?,晶格要發(fā)生膨脹，照成尖晶石鐵氧體的點陣常數(shù)在8.0-8.9?注:點陣常數(shù)的變化可作為判定是否有其它物相的一個重要參數(shù),可通過X射線衍射測a值。

2.氧參數(shù)：用于描述氧離子真實位置的一個參數(shù)，它定義為O2-離子與子晶格中最遠一個面的距離,單位為點陣常數(shù)a,用u表示;在理想的f.c.c中，μ=0.375a;尖晶石鐵氧體材料性能（T=200C)FerriteJs=

0MsIonMomentTc(0C)LatticePara(nm)Density(103kg/m3)MnFe2O40.5053000.8505.000FeFe2O40.604.15850.8395.24CoFe2O40.533.75200.8385.29NiFe2O40.342.35850.8345.38CuFe2O40.171.34550.8445.42MgFe2O40.141.14400.8364.52LiFe2O40.392.66700.8334.75-Fe2O30.522.35750.8344.89ZnFe2O400--0.845.4CdFe2O400--0.8735.76Whathappenedto-Fe2O3-Fe2O3常用于磁記錄上（如磁帶），化學表達式可表示為：

1/3Fe8/3O4

Or(1/3Fe2/33+)Fe23+O4,其中為空位．

Note化學表達式中:Fe:O=2:3磁記錄材料-Fe2O3尖晶石鐵氧體結構按Ｍ占據(jù)四面體或八面體間隙來分：8Mn2+16Fe3+5

B5

B8個4面體間隙１６個8面體間隙1.NormalSpinelStructuresMnFe2O4

SpinelFerrite特點：Ｍn占據(jù)的是４面體間隙；Fe占據(jù)的是８面體間隙所以，Magneticmoment/unitcell

=85B=40BAt0K:Js=0Ms=040

B/(a3)=0.6TeslaLargerthanexper.Data(0.5T),這是因為部分Ｍn2+被氧化成Ｍn3+,或Mn4+.2.InversedSpinelStructureNiFe2O4Fe3+Fe3+2

B5

B8個4面體間隙8個8面體間隙8個8面體間隙Ni2+特點：Ｍ占據(jù)的是８面體間隙；部分Fe占據(jù)的是４面體間隙所以，Magneticmoment/unitcell

=82B=16BAt0K:Js=0Ms=016

B/(a3)=0.32TeslaNormalZnFe2O48個四面體間隙1６個八面體間隙Ｚn2+Fe3+M=0，ParamagneticState!鐵氧體磁結構FeFe2O4

[Fe3+][Fe2+Fe3+]O4ABCoFe2O4[Fe3+][Co2+Fe3+]O4ABNiFe2O4

[Fe3+][Ni2+Fe3+]O4ABFerrite中A和Ｂ的占位Ferrite4面體（Ａ）８面體（Ｂ）Ａ(

B)Ｂ(

B)

Ａ＋Ｂ(

B)Exper.(

B)MnFe2O4Fe0.23+Mn0.82+Mn0.22+Fe0.83+55+554.6FeFe2O4Fe3+Fe2+Fe3+54+544.1-Fe2O3Fe3+1/3Fe5/33+50+8.33.33.2CoFe2O4Fe3+Co2+Fe3+53+533.7NiFe2O4Fe3+Ni2+Fe3+52+522.3CuFe2O4Fe3+Cu2+Fe3+51+511.3MgFe2O4Mg0.12+Fe0.93+Mg0.92+Fe1.13+0+4.50+5.51.01.0Li0.5Fe2O4Fe3+Li0.5+Fe1.53+50+7.52.52.6ZnFe2O4Zn2+Fe3+Fe3+55-5RandomParamagnetic-Fe2O3的磁結構5

Beach6Fe3+10Fe3+5

Beach4面體間隙8面體間隙4/3[Fe2O3]=Fe8/3O4=FeFe5/3O4[Fe3+][

1/3Fe3+5/3]O4

AB單位分子式的磁矩為:=(5/3-1)5B=3.33B-Fe2O3的分子式可表示為:-Fe2O3為inversedferrite,Fe3+

不均勻地分布在A和B的位置CuFe2O45

Beach8Fe3+8Fe3+8Cu2+1

Beach4面體間隙8面體間隙1

Beach5

Beach7Fe3+9Fe3+7Cu2+4面體間隙8面體間隙1

B1Cu2+

理想InversedSpinelState高溫退火得到的結構,1個4面體間隙的Fe3+被Cu2+離子替代。MixedNormalandInversedSpinelFerrites（1）Zn2+0

B7Fe3+9Fe3+7Ni2+2

BFe3+Fe3+2

B5

B8個4面體間隙8個8面體間隙8個8面體間隙Ni2+M/unitcell

=82B=16BM/unitcell

=72B+25B=24B純NiFe2O4攙雜ZnFe2O4Ni-ZnFerrite可見，隨著ZnFe2O4加入到NiFe2O4中，M會提高！對Mn-Zn,Co-Zn鐵氧體，均發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律。純NiFe2O4當ZnFe2O4的添加量達到一定程度，M又會怎樣？

M將會下降，因為此時B位中的B-B反鐵磁交換作用增強，從而在B位形成反鐵磁狀態(tài)，從而使M下降！MixedNormalandInversedSpinelFerrites（2）5Zn2+0

B3Fe3+9Fe3+7Ni2+2

B(3)M的計算通式當有x部分的M2+被Zn2+替代，則結構通式可表示為：

AB[Fe1-x3+Znx2+][Fe1+x3+M1-x2+]O4從而，單位分子的磁矩可表示為：

=[5(1+x)+n(1-x)-5(1-x)]

B=

[(10-n)x+n]

B其中，n為M2+離子中不成對的電子數(shù)

離子置換條件每個MFe2O4分子中有3個金屬離子，為了與4個氧離子保持電中性，金屬離子價的總和必需為正8價，但當M為3種或3種以上的金屬離子組成時：設A，B，C等的離子數(shù)為x,y,z;離子價為nA,nB,nC等，則一般表達式為：多元鐵氧體：MFe2O4→

AxnABynBCznC-O4正分置換條件:①x+y+z+…=3（陽離子總數(shù),非必要條件）②xnA+ynB+znC=8(電價平衡，必要條件）

3.

離子取代過程可能出現(xiàn)情況：

(1)陽離子總數(shù)<3。

例如：r-Fe2O3→Fe8/3O4→Fe8/3?1/3O4

(2)陰離子<4，出現(xiàn)缺氧情況。

SpinelFerrite中金屬離子的分布規(guī)律1.金屬離子占位的傾向性：

Zn2+,Cd2+,Mn2+,Fe3+,V5+,Co2+,Fe2+,Cu+1,Mg2+,Li+1,Al3+,Cu2+,Mn3+,Ti4+,Ni2+,Cr3

+

；越在前面的離子占據(jù)A位的傾向性越強;越在后面的占據(jù)B位的傾向性越強;

2.兩種以上金屬離子的復合鐵氧體，按特喜占位傾向分布；趨勢差不多時，按A、B均出現(xiàn)。同時,特喜占A位或B位的金屬離子進行置換時,可在很大程度上改變金屬離子的原來分布,生成新的鐵氧體；3.高溫使分布趨于混亂，淬火（從高溫急冷）可使混亂狀態(tài)固定下來。影響金屬離子分布的因素影響因素：金屬離子的分布取決于自由能量是否最低:F=U–TS,U為內能.(1)內因:內能U(2)外因：燒結溫度、燒結氣氛等影響內能的因素離子鍵離子尺寸晶場影響共價鍵的空間配位性以上各種因素是同時起作用，金屬離子到底如何分布，應考慮各種因素的綜合結果溫度對金屬離子分布的影響飽和磁化強度與溫度的關系鐵氧體不同類型的Ms～T曲線

TMMB0MBMsTMAMA0MM

f

fTMBMBMsMsMAMATMQ型曲線N型曲線P型曲線Question與鐵磁材料的Ｍ～Ｔ曲線相比，有什么不同？從Ｍ－Ｔ曲線看，尖晶石的溫度穩(wěn)定性好不好？尖晶石鐵氧體的磁晶各向異性立方晶系的Ek表達式上一章已經講過！磁晶各向異性場的概念：磁晶各向異性的來源按強磁性物質的電子狀態(tài)，可分為局域電子理論和巡游電子理論。局域電子理論適用于磁性氧化物、稀土金屬及化合物中的稀土離子的各向異性。對于鐵族金屬和合金，由于3d電子具有巡游性質，用巡游電子理論來處理。磁晶各向異性的來源自旋—軌道—晶場之間的耦和作用；晶體的對稱性越差，各向異性越大；立方晶系的對稱性好，磁晶各向異性?。涣蔷档膶ΨQ性差，磁晶各向異性大；立方晶系磁晶各向異性的表達式

磁晶各向異性：K影響結果:1.磁疇結構;

2.磁化過程、磁滯回線，Hc,μi等；3.旋磁中△H;4.立方各向異性：對于尖晶石立方鐵氧體,一般以K1為主(即K1>>K2);

當K1>0,[100]為易磁化方向;當K1<0,[111]為易磁化方向;當(-4/9)K2<K1<0,[110]為易磁化方向;注:對于尖晶石鐵氧體一般K1<02.單軸各向異性:Ek=KuSin2

;3.磁晶各向異性場Hk:.對于立方晶系單元鐵氧體的Ｋ1值(x102J/m3)鐵氧體290-300KCoFe2O4270066(473K)Fe3O4-1180(130K)MnFe2O4-37.9-221(82K)MgFe2O4-37.5-141(100K)Li0.5Fe2.5O4-83(有序）-127(有序）-90(無序）-162(無序）NiFe2O4-70-106(100K)CuFe2O4-63-206(77K)控制Ｋ的方法Zn2+的加入能降低K1的值Fe2+的含量對K值有很大的影響CoFe2O4具有大的正K1值，而其它單元尖晶石鐵氧體的K1值為負值。加入少量的CoFe2O4，可以使得K1=0或為負值。如：CoFe2O4和Fe3O4形成的固溶體x(CoFe2O4)+(1-x)Fe3O4=CoxFe3-xO4后，其K1-T曲線如左圖所示?？梢姡寒敿尤肷倭康腃oFe2O4后，可是Fe3O4的轉變點（即K1=0的溫度）移向高溫。在實際應用中，加入適量的CoFe2O4與NiFe2O4或MnFe2O4等組成固溶體，可使它們的k1值在室溫下為0，從而改善它們室溫的軟磁性能。Co2+對K1的影響控制Ｋ的方法K1的溫度特性K1的溫度特性尖晶石鐵氧體的磁致伸縮概念復習什么是磁致伸縮？Pg.32：等式(1.4.6),(1.4.7),(1.4.8),(1.4.9)磁應力能對磁化過程的影響：（補充知識點）

尖晶石鐵氧體的電性能居里點附近發(fā)生轉折，這是電阻率與自旋有序相關！1/T高溫端低溫端鐵氧體的電特性一、鐵氧體的導電特性半導體類型:電阻率

=

exp(E

/kT)

高的原因:（1）金屬離子被惰性O2-所隔離,金屬之間沒有波函

數(shù)重疊;（2）雖3d層電子沒有填滿,但電子基本上處于束縛

狀態(tài)(不處于導帶),不屬于整個晶體的自由電子.（3）導電僅在金屬離子之間電子和空位移動(中間

隔著O2-)故導電性弱.當T熱激發(fā)產生一定的自由

電子或空位,才有導電性,但自由電子有限.(Fe3+)[xCo2+,(1-x)Fe2+,Fe3+]O4A位B位在x<1時，由于電子在B位上緊鄰的Fe2+和Fe3+離子之間轉移，而且不會對結構和離子分布無影響，所需的激活能很低，所以易于導電，從而它的電阻率很低。但隨x的增大（即Co2+的增多），最緊鄰Fe2+和Fe3+離子對含量減小，電子跳躍發(fā)生在次緊鄰或更遠距離上，電阻率從而增大。電子導電型n型空穴型討論(1)Fe3O4的

：(1)在各種鐵氧體中，F(xiàn)e3O4的最小，在室溫下=7x10-5.m,而一般的鐵氧體的約在１～１０９

.m．這是因為在Fe3O4中，B位上具有等量的Fe3+和Fe2+離子，它們在轉變溫度119Ｋ以上為無序分布，電子在Fe2+和Fe3+間轉移對結構和離子分布無影響，所需的激活能很低，因此易于導電．(2)對于多元鐵氧體，只要有Fe3O4固溶，就下降；(3)在圖中800C,Fe3O4由半導體導電性變成金屬導電性;討論(2)CoxFe3-xO4系列中Fe3O4含量對

的影響(1)0

x

1離子分布為:(Fe3+)[xCo2+,(1-x)Fe2+,Fe3+]O4

當Co2+含量低(即x小)導電性與Fe3O4相近，隨x

,Fe3+-Fe2+離子對濃度

,這樣電子躍遷將發(fā)生在次近鄰或更遠距離的Fe3+-Fe2+對之間,從而激活能

,

電阻率隨x的增加而增加,屬于n型導電.（2）當x=1為正分CoFe2O4,電阻率最大;（3）當x>1,出現(xiàn)部分Co2+,出現(xiàn)陽離子空位,P型導電.

P

>

n工藝條件對NiZn鐵氧體的影響可知：Fe2+O含量愈少，電阻率愈大，而且高電阻率

與低介電常數(shù)是相關聯(lián)的。為了抑制Fe2+的產生，可采用降低燒結溫度、在氧氣氛中燒結和氧氣氛中慢冷的方法。提高電阻率的方法:使配方缺鐵加入微量Mn或Co的氧化物“沖淡”導電機構“中和”導電機構加入少量CuO或V2O5等助熔劑在氧氣中燒燒結或在氧氣中熱處理防止少量低價或高價雜質離子混入小測試什么是

i?請畫圖表示！請在劃出鐵氧體幾種不同類型的Ms-T曲線。軟磁鐵氧體材料的特性要求一.概述:1.要求：四高μi、Q、fr、穩(wěn)定性(用溫度系數(shù)

u、減落因子DF表示);（具體定義見后面的討論）

2.特點：容易獲得磁性也容易失去,主要用于高f弱場二.分類軟磁鐵氧體材料二.分類

1.按晶體結構:尖晶石型;平面六角晶系;2.按材料應用性能分：

1>.高磁導率材料(μi=2000--4

104)：低頻、寬頻帶變壓器及小型脈沖變壓器

2>.低損耗材料：電源磁芯,高功率場合;3>.低損耗高溫定性材料:通信濾波器磁芯;4>.高頻大磁場材料：空腔諧振器、高功率變壓器等

5>.功率鐵氧體（高Bs）材料：開關電源及低頻功率變壓器

6>高密度記錄材料：用做錄音,錄象磁頭;7>電波吸收體材料：吸收電磁波能量，廣泛應用于抗干擾電子技術尖晶石鐵氧體材料的

i-f關系不同的磁化機制下:磁疇轉動:疇壁位移:§磁特性參數(shù)1.起始磁導率μi

L：電感量（mH）；R：電阻；h、Di、Do：樣品高，內徑，外徑2.磁損耗:品質因素：Q=ωL/R;損耗角正切：tgδ=1/Q=/比損耗系數(shù):tg

/μi=1/μi?Q;越小越好

μi?

Q越高越好.3.溫度穩(wěn)定性:磁導率的溫度系數(shù)比溫度系數(shù)：

u/μi（越小越好）說明品質因素Q:Lx

是充有磁芯的電感線圈，R是磁芯損耗和線圈損耗總和的等效電阻。高頻磁導率的測量

阻抗分析法測試夾具：單匝線圈（電流為I）B的環(huán)路中無磁性材料部分

=0

r可見，只有獲得L和Lss數(shù)值，就可測量磁性材料的磁導率通過變換求解磁環(huán)高頻性能的等效電路：高頻下，采用阻抗分析儀來獲得磁性材料的電感L和LssZsm:空載時測試電路的阻抗空載時夾具的理想阻抗Zres:殘余阻抗(測試誤差）；Zcomp=ZDUT–Zss;Z*m–Z*sm=ZDUTZ*m=安上磁環(huán)時的阻抗；Z*sm=空載測量時的阻抗；磁導率的減落請見Pg.46的說明；減落D：D=（

1-2）/1,其中1,2

為給定時間間隔開始和結束時的相對磁導率的值；減落系數(shù)d:減落因子DF：請參見Page47頁的定義磁老化定義：隨時間的增長，磁性能不斷下降，若這種變化是由材料結構的變化而引起的不可逆變化，稱為磁老化。

1，2分別稱為老化前后測得的磁導率。采用人工老化辦法可使磁性材料在應用時的穩(wěn)定性提高：采用高低溫循環(huán)加熱或高溫加熱（100-200C）24小時以上加速老化，使不穩(wěn)定因素在使用前消除掉，從而提高穩(wěn)定性。4.減落:反映材料隨時間的穩(wěn)定性、可逆過程；5.磁老化：為不可逆的過程；6.截止頻率fr:由于疇壁或自然共振,迅速下降致所對應的頻率點,衡量材料應用頻率的上限.f§軟磁鐵氧體的磁導率一、起始磁導率的理論概述:

微觀機理:可逆疇轉，可逆疇壁位移

μi

μi

轉+μi位對于一般燒結鐵氧體：

1.如內部氣孔較多,密度低,壁移難,μi轉為主;2.如晶粒大,氣孔少,密度高,以壁移為主.磁化的難易程度決定于磁化動力(MsH)與阻滯之比,比值高則易

磁化;反之難磁化.(詳細請見Pg49,表1.7.1)

理論上提高磁導率的條件:1.必要條件：

1>.Ms要高(

Ms2);2>.k1,

s

0;2.充分條件:1>.原料雜質少,

;2>.密度要提高(P

),即材料晶粒尺寸要大(D

);3>.結構要均勻(晶界阻滯

);4>.消除內應力

s?σ;5>.氣孔

,另相

二、提高μi的方法（一）.提高材料的Ms尖晶石鐵氧體Ms=|MB

-MA|1.選高Ms的單元鐵氧體如:MnFe2O4(4.6--5μB);NiFe2O4(2.3μB)2.加入Zn,使MAs降低另外:CoFe2O4(3.7μB)

磁晶各向異性

Fe3O4(4μB)

電阻率低,K也較大

Li0.5Fe2.5O4(2.5μB)

燒結性差,10000C,Li揮發(fā)(二).降低

k1和

s1.選L=0的單元鐵氧體;MnFe2O4,Li0.5Fe2.5O4,MgFe2O42.選擇L被淬滅;NiFe2O4,CuFe2O43.離子取代降低k1,

s1>.加入Zn2+,沖淡磁性離子的磁各向異性2>.加入Co2+:一般鐵氧體k1<0,Co2+的k1>0,正負k補償；3>.引入Fe2+,Fe2+在MnZn表現(xiàn)為正k,可正負補償調整k;4>.加入Ti4+,2Fe3+

Fe2++Ti4+;5>高磁導率的成分范圍(三).顯微結構：

1.結晶狀態(tài):晶粒大小、完整性、均勻性；

2.晶界狀態(tài):厚薄、氣孔、另相；

3.晶粒內氣孔,另相:大小、多少和分布；高μ材料:大晶粒,晶粒均勻完整,晶界薄,無氣孔和另相(四).內應力對μ的影響(內應力的來源）

1>.有磁化過程中的磁致伸縮引起，它與

s成正比；

2>.燒結后冷卻速度太快，晶格應變和離子、空位分布不均勻而產生畸變；（采用低溫退火處理）

3>.由氣孔、雜質、另相、晶格缺陷、結晶不均勻等引起的應力，與原材料純度和工藝有關。（控制材料的純度和工藝）

綜上所述

1.原材料：純度高、活性好、雜質少,對MnZn材料而言粒度最好在0.15～0.25μm范圍內。特別注意半徑較的大雜質混入；2.配方除滿足高Ms，更重要是滿足k1

0,

s

0；一般當要求μi在5000以下時,可以加入必要的添加劑如CaO,TiO2,LaO,CuO,Bi2O3,B2O3,BaO,V2O5,ZrO2等，以改善損耗特性及其它性能；3.保證獲得高密度及優(yōu)良顯微結構，造成磁化過程

以壁移為主。用二次還原燒結法和平衡氣氛燒結

法是獲得穩(wěn)定優(yōu)良性能必不可少的條件；4.采用適當?shù)臒崽幚砉に囘M一步改善顯微結構性能，促使均勻化，消除內應力，調節(jié)離子、空位的穩(wěn)

定分布狀態(tài)。§軟磁鐵氧體的磁譜一、軟磁鐵氧體磁譜及形狀

磁譜：軟磁材料在弱交變磁場中，復磁導率μr=μr'-μr"隨頻率變化的曲線fμr'μr"μ1234一般軟磁鐵氧體材料的磁譜鐵氧體磁譜分區(qū)1.低頻(f<104Hz):復磁導率μr

大,μr

小,損耗小,磁導率隨頻率變化不大;2.中頻(f=104

106Hz):與低頻相似，可能出現(xiàn)尺寸共振和磁力共振;μr

下降，μr

出現(xiàn)峰值；3.高頻(f=106

1010Hz)：疇壁共振和自然共振;大晶粒發(fā)生疇壁共振,小晶粒發(fā)生自然共振;一般來說先發(fā)生疇壁共振,后發(fā)生自然共振；μr

急劇下

降，μr

迅速增加

4.極高頻(f>1010Hz)交換區(qū)幾種磁性材料的fr和使用頻率MnZn鐵氧體的磁譜NiZn鐵氧體的磁譜二、影響磁譜的因素與提高截止頻率方法影響磁譜的因素1.疇壁共振：

m

有效質量；：勁度系數(shù)（P56）

：為疇壁在其能谷中離開最低能量的平衡位置時所受到的回復力大小的量度，是一個結構靈敏常數(shù)--Rado公式磁豫型磁譜；共振型磁譜；如下頁所示請參考(pg.57)自然共振

定義：在外加交變磁場，且無外加恒磁場的前提下，磁性材料在磁晶各向異性場和磁疇結構產生的退磁場聯(lián)合作用下所產生的鐵磁共振現(xiàn)象：

1>.單疇:

r=

?Hk

2>.多疇:γ?Hk<

r<γ?(Hk+Ms);對立方晶系，當磁化機制為疇轉時

(

i-1)fr=(1/3π)γMs--snoek公式;(重點）

為旋磁比，等于0.22MHzA-1m。提高fr的方法1.降低ZnO含量→

i

，fr

（pg.58-59)2.選k1較高的材料為高頻材料；f

1MHz,以MnZn為主;f>1MHz,以NiZn為主;f>100MHz,以平面六角結構材料為主;3.加入磁晶各向異性很強的離子Co2+（請見下頁所示)

1>.凍結疇壁的移動,提高了疇壁位移的勁度

，從而提高疇壁共振頻率；

2>.形成Co2Y相,增大材料的磁晶各向異性;(Fig.1.8.9)4.加入低熔點物質PbO,CuO

摻入低熔點物質，可使T燒降低150～200C;提高密度,細化晶粒,磁化過程主要以疇轉為主,在MnZn,NiZn中都可以運用;5.降低燒結溫度,細化晶粒;

形成多孔細晶粒結構:利用形狀各向異性,退磁場作用

(氣孔),在NiZn中普遍采用；(如下頁所示)6.

熱壓成高密度細晶粒材料，使疇壁減小至單疇。

(如下頁所示)7.應用時:①對k1<0(s<0)材料加張力;k1>0(s>0)壓力;②開氣隙,使μe,高頻Q值上升，從而提高應用頻率;③加直流偏磁場(固定疇壁);不同氣孔率對NiFe2O4

磁譜的影響§軟磁鐵氧體的損耗一、.概述 產生原因:軟磁材料在弱交變場,一方面會受磁化而儲能,另一方面由于各種原因造成B落后于H而產生損耗,即材料從交變場中吸收能量并以熱能形式耗散.Legg公式剩余損耗渦流損耗系數(shù)磁滯損耗系數(shù)剩余損耗系數(shù)總的比損耗系數(shù)磁損耗分類

非共振區(qū)（損耗較小）:1>.渦流損耗;2>.磁滯損耗;3>.剩余損耗;

共振區(qū)（損耗較大）:4>.尺寸損耗;5>.疇壁損耗;6>.自然共振渦流損耗渦流損耗：由于電磁感應引起渦流而產生。一般鐵氧體

很高時,可忽略渦流損耗;對高

材料，由于Fe2+含量較高，（

=10-2～10m），渦流損耗較大。

降低渦流損耗的有效方法是:提高

(晶粒內部的

,晶界的

)樣品厚度電阻率比渦流損耗StopHere!

2008,4,7鐵氧體的電阻率常用軟磁鐵氧體的電阻率

(10–1010m)，比金屬軟磁（10-6m）高很多。鐵氧體的電阻率隨溫度上升是按指數(shù)規(guī)律因此渦流損耗是隨溫度增大而增大的。

1.晶粒內部:

①防止Fe2+出現(xiàn),如配方中Fe2O3>50mol%則在還原氣氛下燒結;主要在高頻NiZn要防止Fe2+

產生,則在氧氣氛下燒結;②采用缺鐵配方,Fe2O3<50mol%,P型導電>n型導電;③加入適量的Mn2+,Co2+,抑制Fe2+;

原因:Mn2+,Co2+的電子擴散激活能高于Fe2+,使得

即使存在部分Fe2+也使

.Mn2+,Co2+在高溫燒結中具有比Ni對氧的親和力還要強,由二價

三價,而低溫還原性強由三價

二價；④降低T燒,因Fe2+隨T燒

而

(高溫時O2少);2.提高晶界的(主要對MnZn)①對于高μ材料,只能選擇添加劑;二次球磨加入:CaOSiO2、V2O5SiO2、BaO

SiO2;如SiO2量偏高,不能再加,否則將引起異常晶粒生長;

②加入Nb2O3、TaO、PbO、LaO、CuO可降低T燒,促進晶粒細化,晶界增多,提高電阻率;③加入TiO2,即使Fe2+限制在Ti4+附近,防止

Fe2+＝Fe3++e導電機構形成;④燒結后熱處理使晶粒表面吸氧:Fe2+Fe3+

(3000C以上)磁滯損耗磁滯損耗：是指軟磁材料在交變場中存在不可逆磁化而形成磁滯回線，所引起材料損耗，大小正比于回線面積.原因:不可逆的壁移,使B落后于H.降低損耗的方法:1>.低場下,防止不可逆磁化過程產生,降低損耗與提高μi的方法一致;但同時應注意防止不可逆壁移的出現(xiàn)

2>.高場下,使不可逆磁化過程盡快完成,減少磁滯回線面積.磁滯損耗的表達式：其中;b=dμi/dH(b為瑞利系數(shù))1.如b不變,在相同的Bm條件下,μi,但當μi,往往仍可使b。2.如μi不變,使b即減少不可逆壁移所占比例，。因此使晶粒尺寸,并使k10,使磁化以可逆壁移、疇轉為主。（如叵明伐效應凍結壁，不可逆壁移難于發(fā)生）磁滯損耗系數(shù)

從上面看出,降磁滯損耗方法：（一）在低場作用下：1.tgn與

μi

一致,即要使可逆磁化為主:2.但隨μi

不可逆磁化易產生,即b,故須采用μi

與不一致的方法:晶粒較小,均勻,完整;晶界相對較厚,氣孔少。舉例：在MnZn中,如用Ti4+取代部分Fe3+，Ti4+取代使k10；可降低T燒,，晶粒生長較小，氣孔率低;

在NiZn中加入Co(少量)形成Ku(單軸各向異性);產生叵明法效應:等導型;蜂腰型(在弱場下）；（二）在強場作用下:加速不可逆磁化的發(fā)生(在小H發(fā)生)要Hc小,μi,使磁滯回線面積:①配方原則:k1→0,

s→

0原料要求純,活性好,與μ