磁性陶瓷教学课教

1、2020/10/4,1,新型陶瓷材料,主讲：杨 儒 北京化工大学材料学院,Advanced Ceramics,2020/10/4,2,第八章 磁性陶瓷材料,2020/10/4,3,参考书,任其工，铁氧体工艺原理，上海科学技术出版社，1987,周志刚，铁氧体材料，北京：科学技术出版社，1981,尤毅，张正义，林守卫，新功能磁性材料及其应用，北京：机械工业出版社，1997,2020/10/4,4,8.1 铁氧体磁性材料概述,早期有日本、荷兰等国家对铁氧体进行了系统研究，于二十世纪四十年代开始有软磁铁氧体的商品问世。第二次世界大战期间，由于无线电、微波、雷达和脉冲技术的飞速发展，迫切需要能用于高频段

2、，并具有损耗低的新型磁性材料。金属磁性材料由于存在严重的趋肤效应和涡流损耗，而无法使用。铁氧体基本上是绝缘体，电阻率高，涡流损耗小，当时得到了迅速的研究和开发。二十世纪五十年代是铁氧体蓬勃发展的时期。,早在我国春秋战国时代就有“慈石召铁”的记载。其中所谓的“慈石”就是现代称之的磁铁矿石，也是铁氧体中的一种，其主要成分是Fe2O3，可以称其为天然的铁氧体。人类研究铁氧体是从二十世纪三十年代开始的，至今已有七八十多年的历史了。,8.1.1 铁氧体材料发展简况和磁性来源,铁氧体是一种非金属磁性材料，又称磁性陶瓷。,2020/10/4,5,1952年磁铅石型硬磁铁氧体研制成功。1956年又在此晶系中开

3、发出平面型的超高频铁氧体，同时发现了含稀土元素的石榴石型铁氧体，从而形成了尖晶石型、磁铅石和石榴石型三大晶系铁氧体材料体系。 铁氧体的问世，是强磁性磁学和磁性材料发展吏上的一个重要里程碑。 铁氧体磁性材料已在广播、通讯、收音机、电视、音像技术、电子计算机技术、自动控制、雷达、宇航与卫星通讯、仪器、仪表、印刷、显示以及生物医学、光电子技术等众多高技术领域得到了广泛的应用。,从化学组成上看，铁氧体是由铁族离子、氧离子及其他金属离子所组成的复合金属氧化物。但也有少数不含铁的磁性氧化物，近年来显示出明显的科学意义和高新技术方面的应用前景。,2020/10/4,6,关于铁氧体的磁性来源，属于磁学的研究范

4、畴。,具有磁性的MA和MB两个阳离子之间夹着一个氧离子，氧离子使MA、MB各自的磁矩呈反平行排列，两个阳离子合成的总磁矩是抵消之后的剩余磁矩，通常将此产生的强磁性称之为亚铁磁性。若MA和MB两者的各自磁矩大小相等，相互抵消后的总磁矩大小为零。磁学上称为反铁磁性。,原子的电子结构是物质磁性的基础，绕原子运动的电子具有自旋磁矩和轨道磁矩，而铁族原子的磁性是由未被填满的3d壳层的电子磁矩所决定的。 这类金属氧化物中的金属阳离子被氧离子隔离开，氧离子能使相邻金属阳离子间产生一种相互作用，磁学中称之为间接交换作用，也称为超交换作用。铁氧体中的这种间接交换作用往往是负的，从而导致相邻的金属阳离子的磁矩成反

5、平行排列。,2020/10/4,7,铁氧体磁性材料中，氧离子和磁性离子之间的相对位置有很多，彼此之间均有或多或少的超交换作用存在。研究表明，氧离子与金属离子之间距离较近，且磁性离子与氧离子之间的夹角呈180左右时，超交换作用最强。,铁氧体磁性材料的磁性不但与结晶结构有关，还与磁性离子在晶格结构中的分布情况有关。 改变铁氧体中磁性离子或非磁性离子的成分，可以改变磁性离子在结晶结构中的分布。 在铁氧体制备过程中，烧结的工艺条件也对磁性离子的分布有影响。 因此，为了掌握铁氧体材料的基本特征，必须了解各种铁氧体的结晶结构，金属离子在结晶结构中的分布情况以及如何改变它们的分布情况。,2020/10/4,

6、8,8.1.2 铁氧体磁性材料的种类和应用,铁氧体磁性材料,软磁,硬磁,旋磁,矩磁,压磁,软磁铁氧体材料：在较弱的磁场作用下，很容易被磁化，也容易被退磁的一类铁氧体材料。 典型代表是锰锌铁氧体Mn-ZnFe2O4，镍锌铁氧体Ni-ZnFe2O4, 其次是锂锌铁氧体和镍铜锌铁氧体等。 软磁铁氧体晶体结构: 氧离子和金属阳离子组成的尖晶石结构的铁氧体和平面型六角晶体结构的铁氧体。,(1) 软磁铁氧体材料,2020/10/4,9,尖晶石结构的铁氧体：导电性属半导体，电阻率在1021012cm之间。涡流损耗很小，是适合在高频段使用的磁性材料之一。 通过改变各种金属元素的比例或加入少量某些元素以及调节制

7、备过程，可以得到性能不同、分别适于在各种线路设计中应用的铁氧体。,二十世纪三十年代开始不断发展，目前国际上成批生产的有三四十个品种。 全世界铁氧体软磁材料的年生产量在万吨以上。这一类铁氧体被应用的数量最大、经济价值最高。收音机里的天线磁芯和中频变压器磁芯以及电视接收机里的回扫变压器磁芯(一般是镍锌铁氧体)都大量使用软磁铁氧体成品。作为有线电讯线路中的增感器、滤波器等的磁芯，使用也很广泛。近年来，在高频磁记录换能器 (磁头)中的应用也很广泛。,2020/10/4,10,铁氧体作为软磁介质的缺点： 铁氧体的饱和磁感应强度Bs低，最高的约0.50.6T或稍高，而硅钢片有2T的Bs。 Bs低对于用来作

8、为转换(或储存)能量的磁芯是不利的。 铁氧体的导磁率最高只达到10000左右(商品生产)到40000左右，还不及优良的金属磁性材料。 在数千赫或更低的频段内，金属材料无疑占了很大的优势； 在更高的频段内也还有少数情况(如要求居里点高或磁导率的温度系数低等)宜于采用磁性金属薄片或细粒(与绝缘粉末混合)组成的磁芯。铁氧体软磁材料的出现并不降低金属软磁材料的使用价值。,2020/10/4,11,平面型六角晶体结构的铁氧体: 可作为软磁应用的典型材料，其易磁化方向垂直于六角结构c轴的平面，故将其称之为平面型六角结构铁氧体，其化学式为Ba3Co2Fe24O41，一般将它简写为Co2Z。 软磁铁氧体材料适

9、用于1001000MHz频段。在1000MHz频率下，其导磁率基本上不发生变化，易磁化面内各向异性场HA 7.96105A/m(10000Oe)。由于它比尖晶石软磁铁氧体的自然共振频率高很多，因此应用在100MHz以上时，具有比镍锌铁氧体更好的特性。,2020/10/4,12,永磁铁氧体是铁氧体材料中的又一个重要分支，是相对软磁材料而言的。它是指材料被磁化后不易退磁，而能长期保留磁性的一种铁氧体材料。 早在1933年日本人加藤和武井制成的铁氧体硬磁材料，是用CoFe2O4和Fe2O4各半的粉末原料混合烧结而成的。,钡铁氧体(主要成分BaFe12O19)研制成功后，二十世纪五十年代开始，至今被大

10、量使用的永磁铁氧体主要有钡铁氧体BaFe12O19和锶铁氧体SrFe12O19两种。,(2) 永磁铁氧体材料,磁性材料的性能一般用其退磁曲线上磁感应强度与磁场强度乘积的最大值(BH)mix来衡量。制备良好的各向同性的钡铁氧体的(BH)mix约0.8106T.A/m，各向异性的钡铁氧体的(BH)mix约(2.83.6)106T.A/m，而金属材料高碳钢的(BH)mix只有(0.080.16)106T.A/m。另外，以锶代替铁氧体中的钡，还可以使(BH)mix提高到约3.98106T.A/m 。,2020/10/4,13,磁性理论：铁磁性介质中的磁化矢量永远不是完全静止的，它不断的绕着磁场(包括外

11、加磁场和介质里存在着的等效磁场)方向运动。这一运动状态在超高频电磁场的作用之下就形成了所谓旋磁性现象。 具体表现：在其中传播的电磁波发生偏振面的转动(称之为法拉第旋转)以及外加磁场与电磁波的频率适合一定关系时，发生共振吸收现象。 与这些现象主要的相关波段是从数百兆赫到数十万兆赫或米波到毫米波的范围之内，是铁氧体独占的领域。,(3) 旋磁铁氧体材料,用于微波段的铁氧体材料有Mg-Mn系铁氧体，还用Ni系铁氧体材料、Ca-V系石榴石铁氧体材料、YIG石榴石单晶等。,2020/10/4,14,用于毫米波段的铁氧体材料，目前多选用磁铅石型铁氧体材料。这类铁氧体具有极强的磁各向异性场，该场值可高达几百万

12、安培/米(几万奥斯特)。因此在很高频率的条件下，使材料产生磁共振，仅仅需要很低的外加磁场就可以使这种铁氧体材料达到饱和状态，从而满足了使用的要求。,用于微波频段的铁氧体称之为微波铁氧体材料。可用作波段的铁氧体主要是石榴石结构的单晶和多晶铁氧体材料。其次是尖晶石型结构的铁氧体材料。后来毫米波技术的出现，磁铅石型结构的铁氧体被用来制作毫米波器件。,2020/10/4,15,矩磁材料: 具有矩形磁滞回线的铁氧体材料，这种性质叫做矩磁性。这种材料主要用于电子计算机、自动控制和远程控制等许多尖端科学技术中。 由于这类材料具有近于矩形的磁滞回线，所以经过磁化以后的剩磁状态(即外磁场为零的状态)仍保留着接近

13、于磁化时的最磁化强度；而且根据磁化场的方向不同，可以得到两种不同的稳定的剩磁状态(正或负)。,如果再受一定方向和大小的磁场作用时，便可根据磁通量的改变所引起的感应电压的大小来判断它原来是处在正的或负的剩磁状态。矩磁性材料便可以用来作为需要两种易于保存和辨别的物理状态的元件， 例如二进位电子计算机的“1”和“0”两种状态(记忆元件)，各种开关和控制系统的“开”和“关两种状态(开关元件)以及逻辑系统的“是”和“否”两种状态(逻辑元件)等。,(4) 矩磁铁氧体材料,2020/10/4,16,矩磁性元件的优点：可靠性高，无易失性(指去掉电源后便失去所保存的信息)，体积小，速度快，寿命长，耐振动，维护简

14、单，成本低廉等等。这些优点常常不是利用电子管、晶体管、铁电体(也称矩电体)、超导体或其他材料的记忆元件所能兼顾的。 二十世纪五十年代后迅速发展，研究和应用的领域都在不断的深入和扩大。 矩磁材料包括磁性金属薄带和薄膜、铁氧体等几种。同其他几类磁性材料的应用一样，矩磁铁氧体的发展虽然较晚，但发展很快、用途很广。例如大多数电子计算机中的存储器、许多自动控制设备中的无触点继电器和磁放大器、固体电视屏的控制器等，都广泛采用了矩磁铁氧体材料。其中常用的矩磁铁氧体有镁锰铁氧体Mg-MnFe2O4和锂锰铁氧体Li-MnFe2O4等。,2020/10/4,17,压磁材料：是指某些铁氧体具有很高的磁致伸缩系数，这

15、类材料在外加磁场中能发生长度的改变，因而在交变场中能产生机械振动。 通过这一效应，高频线路的磁芯将一部分电磁能转变为机械振动能。选用适当的压磁材料可以使振动强度足够被利用来产生超声波。 铁氧体磁芯只用在几万赫的频段内的超声波器件里。通常利用的磁致伸缩系数比较大的铁氧体是镍锌铁氧体Ni-ZnFe2O4、镍铜铁氧体NiCuFe2O4和镍镁铁氧体NiMgFe2O4等。,(5) 压磁性铁氧体材料,压磁铁氧体材料：主要用于电磁能和机械能相互转换的超声和水声器件、磁声器件以及电讯器件、电子计算机和自动控制器件等。除了上面按用途分类之外，根据化学成分的不同，铁氧体又可分为Ni-Zn、Mn-Zn、Cu-Zn铁

16、氧体等。同一化学成分的铁氧体可以有各种不同的用途，如Ni-Zn铁氧体既可做软磁材料又可做旋磁或压磁材料，只不过在配方和工艺上有所改变而已。,2020/10/4,18,2020/10/4,19,铁氧体和磁性有关的晶体结构主要有四种类型: 尖晶石型: 属立方晶系的O714 (F3dm)，是一种较复杂的面心立方结构，每个晶胞含有8个AB2O4分子式。A、B分别代表二价和三价的金属离子，也可以是两种或两种以上的金属阳离子的组合。,8.2 铁氧体的晶体结构和化学组成,尖晶石结构中，半径较大的氧离子组成面心立方晶格，这种结构中又存在以氧离子为顶点形成的两类间隙，即由4个氧离子组成的正四面体和由6个氧离子组

17、成的八面体间隙。这些间隙的一部分被A、B阳离子按一定规律占据。根据金属离子A、B的价态和晶位的不同有着不同的磁学性质。,2020/10/4,20, 磁铅石型：属于六角晶系的C6/mmm。晶体结构比尖晶石型复杂，仅金属离子在晶格中的分布有五种占位。Ba2+离子半径与氧离子半径大小相近，Ba2+不能进入由氧离子所构成的间隙中，而与氧离子处于同一层内。因为六角晶体的对称性低，所以磁能各向异性很大。 这类结构的铁氧体材料适宜于高矫顽力的场合使用。除了较早发现的BaFel2O19的钡铁氧体属于M型之外，根据含Ba2+离子的结晶层和其它密积层组成的尖晶石块的排列不同，另有五种类型结构分别表示为W、X、Y、

18、Z和U型，也分为单一型和复合型的两类铁氧体材料。,2020/10/4,21, 石榴石型: 属于体心立方系的O12h(Ia3d)。化学式为3Me3+O35Fe2O3，其中Me3+为三价稀土离子。一个石榴石的晶胞中，由氧离子组成的间隙，除了四面体和八面体间隙之外，还有一个较大的间隙，是由8个氧离子组成的十二面体间隙，而离子半径比较大的稀土金属离子Me3+常常处在这种间隙内。另外，该类材料也有单一型和复合型铁氧体之分。, 钙钛矿型：第四类铁氧体晶体结构。化学式为ABO3(A为三价金属阳离子，B为锰离子)，具有非常大的磁电阻效应，已成为当前研究的热点。,2020/10/4,22,制备工艺与陶瓷工艺、粉

19、末冶金工艺大体相同。 用金属氧化物和碳酸盐作原料的制备工艺，具有料源容易取得、价格便宜、适于大批量生产等优点。 为了制备出高品位，高性能的多晶铁氧体材料，克服粉末冶金法的粉末混合不均匀等缺点，而采用湿法化学共沉淀、电解共沉淀、盐类分解、喷雾煅烧等工艺方法。在成型方面有用粉末干压、湿压、冲压、等静压和注浆成型等工艺方法。这类工艺方法的缺点是成本较高、工艺和设备比较复杂。,8.3 铁氧体材料的制备工艺,铁氧体多晶材料的制备，采用粉末冶金法制备。主要工艺步骤:,配方,一次球磨,预烧,二次球磨,压型,烧结,2020/10/4,23,随着磁记录工业和微波器件研制的发展需要，多晶铁氧体材料已满足不了使用要

20、求。科技工作者又研究成功了各种单晶铁氧体的各种制备工艺，并且达到了批量生产的水平。其中较成熟的有布里兹曼法、熔盐法、提拉法、水热合成法和焰熔法等。近年来为了满足磁记录、磁光记录和微波集成等高新技术的需要，又研制出了能制备非晶铁氧体、纳米晶铁氧体、取向多晶铁氧体和单晶铁氧体的薄膜材料，用以制备这类薄膜的方法有低温等离子体溅射法、激光蒸发法、热蒸发法、液相外延法和化学气相沉积法等。,2020/10/4,24,8.3.1 铁氧体多晶材料的制备工艺,2020/10/4,25,将混合后的配料在高温炉中加热，促进固相反应，形成具有一定物理性能的多晶铁氧体。这种多晶铁氧体也称为烧结铁氧体。 预烧过程: 在低

21、于材料熔融温度的状态下，通过固体粉末间的化学反应来完成的固相化学反应。 在固相反应中，一般来说，铁氧体所用的各种固态原料，在常温下是相对稳定的，各种金属离子受到晶格的制约，只能在原来的结点做一些极其微小的热振动。但是随着温度的升高，金属离子在结点上的热振动的振幅越来越大，从而脱离了原来的结点发生了位移，由一种原料的颗粒进入到另一种原料的颗粒，形成了离子扩散现象。,预 烧,2020/10/4,26,离子扩散引起的固相反应过程很复杂，最终产物随着工艺条件不同而各异。 一般固相反应的进行随着温度的升高，可以分为如下几个阶段： 第一阶段：表面接触期； 第二阶段：形成表面孪晶期； 第三阶段：孪晶的发展和

22、巩固期； 第四阶段：全面扩散期； 第五阶段：反应结晶产物形成期； 第六阶段：形成化合物的晶格结构缺陷校正期。,2020/10/4,27, 固相化学反应：完成需要一定的时间，因此要求粉粒越细越好，另外固相化学反应还与原料的活性有关，也影响参与反应离子的扩散能力。 固相反应是由扩散完成的。烧结温度对生成铁氧体的反应速度有重要影响。一般提高烧结温度可以使固相化学反应速度明显提高。 化学原料的活性：影响化学反应的难易程度。所谓活性是指原料中离子离开本身晶格结构，扩散到临近元素晶格中的难易程度。与原料结晶结构的紧密程度有关。结晶结构上有缺陷的原料活性就大，通常原料的活性和生产原料的方式有关，也就是与原料

23、的来源有关系。生产选择原料的来源也是很重要的。,铁氧体固相反应的主要影响因素如下：,2020/10/4,28, 混合和加压 混合均匀可以使各种参与化学反应的物料间相互紧密接触的面积加大，化学反应会加快。加压是在进行固相反应之前，把物料压紧，使粉末之间紧密接触，有利于固相反应。通常先将混合磨细的物料干压成饼块后，再进行预烧。 矿化剂和助熔剂：影响固相化学反应的因素之一。一般高纯原料对固相反应是不利的，加入少量矿化剂可以降低物料参与化学反应的活化能，加快化学反应。加入少量助熔剂，可使参加化学反应的物料在达到固相反应温度之前，提前就被熔融了，加快反应物的流动性，从而加快化学反应速度。,2020/10

24、/4,29,烧 结,铁氧体材料的烧结温度一般约为10001400。由于铁氧体烧结时周围气氛对性能影响很大。铁氧体生成时的固相化学反应不能在还原气氛中进行。,铁氧体的烧结过程中，要发生一系列氧化和还原反应、固溶体的发生和分解的过程。其中以氧化和还原过程中的化学变化最重要，对铁氧体的物理性能影响也最大。 烧结过程中的氧化和还原过程，实质上是烧结体与周围气氛共同作用、进行吸氧或放氧的过程。 氧化和还原的进行，与周围气氛的氧分压力大小以及烧结温度的高低有密切的关系。最终影响材料中的金属离子的价态。,2020/10/4,30,烧结过程中也会发生物理变化，即在体积、密度、外形以及相组成和微观结构上也发生了

25、一系列物理变化。 铁氧体在烧结过程中的物理变化可概括为烧缩(致密化)和结晶两个阶段。 实际上两个阶段很难有明显的界限，主要取决于固相反应物质的起始状态。铁氧体在烧结过程中发生显著的体积收缩，体密度和空隙率发生很大的变化，根据气孔率的不同，可将烧结分为初期、中期和后期三个阶段: 烧结初期: 固体粒料相互接触，空隙分散而相互贯通，随着黏结剂、水分和其他杂质的挥发，气孔通过粒料表面外逸，空隙率下降，收缩率上升，体密度略有增加； 烧结中期: 随着温度升高，各个固体粒料的界面逐渐合并，互相贯通的空隙逐渐被封闭而相对集中，空隙率迅速降低，收缩率显著增高，体密度有所下降； 烧结后期: 随着温度的进一步升高，

26、封闭的空隙有所缩小，体密度显著升高，达到烧结密度，致密化趋于完善。,2020/10/4,31,8.3.2 化学共沉淀法制备铁氧体粉料,化学共沉淀法: 将配方中所需的金属阳离子按配方设计比例，在溶液状态下混合后，通过化学共沉淀工艺，得到混合均匀、活性高的粉料。 化学共沉淀属于化学反应的方法，通过溶液中的阴、阳离子反应生成共沉淀产物同沉淀下来。 原料：硫酸盐、硝酸盐等金属盐类。 沉淀剂：NaOH、NH4OH、草酸铵、草酸氢铵等强碱。,2020/10/4,32,1、碱作沉淀剂 NaOH或NH4OH作沉淀剂时，混合的金属盐溶液注入到过量的碱性溶液中，立即生成二价或三价的氢氧化物，经过滤、洗涤、干燥后进

27、行焙烧分解就可制出铁氧体粉料。也可向碱的溶液中通入空气进行氧化制取铁氧体粉料。 2、碱性弱酸盐作沉淀剂 草酸铵、碳酸氢铵作沉淀剂时，仍采用上述的操作方法。通过离子交换反应，生成弱酸沉淀盐，过滤、洗涤和干燥后，经煅烧分解生成铁氧体粉料。用草酸盐的优点是可以制备出高品质的铁氧体粉料，缺点是草酸盐法成本较高。在大量生产低损耗的高性能铁氧体的时候，均采用碳酸氢铵作沉淀剂的工艺方法。 共沉淀工艺：粉料活性好、成分容易控制、不易混入杂质离子等优点，利于制出优良磁性能的铁氧体粉料。但与氧化物的球磨混合法相比成本过高，因此化学共沉淀法多用于性能要求较高的产品的制备。,2020/10/4,33,单晶: 是测定磁

28、晶各向异性能、观测磁畴、铁磁共振实验等各种基本研究中必需的标准样品。 制备方法：与生长其他种类非金属单晶大体相同。从熔融液态中结晶的方式，或在助熔剂内生成单晶，或用火焰熔融结晶等方式。 铁氧体单晶：应用于微波器件里，例如滤波器、限幅器和延迟线等。由于磁记录技术的发展，为了制备高性能和长寿命的磁头，采用较大尺寸的尖晶石型Mn-Zn铁氧体单晶。 基础研究和应用的扩展，促进了铁氧体单晶制备技术和工艺的研究，使之成为一门备受重视的科学和工艺。,8.3.3 单晶铁氧体材料的制备,2020/10/4,34,(1) 布里兹曼法,多用该法制备尖晶石型的Mn-Zn和Ni-Zn铁氧体单晶，也称温度梯度法。 工艺过

29、程：先将混合均匀的粉料或已制成的多晶铁氧体料压成圆柱形，放入底部呈尖锥形的铂铑坩埚中。将坩埚放入高温炉膛的中心处，升温至使粉料熔融为液态。再将坩埚沿炉膛轴线以每小时1020的速度缓慢下降，于是从坩埚锥尖部，开始结晶成核，并逐步生长出铁氧体单晶。 已生长出了16cm，长达0.5m的Mn-Zn铁氧体单晶。,2020/10/4,35,工艺过程：按配方将高纯氧化钇、氧化铁和助熔剂氧化铅等，在玛瑙钵中研细混合均匀后，装入铂坩埚中，升温至1260左右，保温4h后，2/h降温到1200，再以0.51.0/h均匀地冷却到1040后，随炉自然冷却，把冷至室温的石榴石单晶体与助熔剂剥离。根据使用频率的不同，需要制

30、备出具有不同饱和磁化强度值4Ms和共振线宽H的石榴石单晶体。有时需要在YIG中掺杂非磁性离子Ga、Ca、V等。,(2) 熔盐法,用该方法生长用于制作微波器件的钇铁石榴石YIG单晶，亦称助熔剂法。,2020/10/4,36,亦称捷克拉斯基(Czochralski)法。用提拉法生长单晶，需要在拉晶杆的下端安装一个籽晶，拉晶杆同时既作转动又能在炉膛内上下移动。拉晶时将籽晶插在熔融的液体中，籽晶起晶核作用。缓慢向上提升籽晶杆溶液就会以籽晶为生长点，在提拉的过程中，逐渐长成大的单晶体。 用该法可以生长钆-铁等稀土石榴石和锰锌铁氧体等磁性单晶。,(3) 提拉法,2020/10/4,37,8.3.4 铁氧体

31、磁性薄膜的制备方法,磁记录、磁光存储和微波集成等新技术的迅速发展，推进了单晶、多晶、趋向多晶和非晶态铁氧体磁性薄膜的研究和制备方法的发展。 铁氧体薄膜: Fe3O4、CuFe2O4、MgFe2O4、NiFeFe2O4、Ni-Zn铁氧体、Mg-Mn铁氧体、Y3Fe5O12(YIG)和Ba铁氧体磁性薄膜。 厚度：从几十纳米至几百纳米不等。 制备方法：真空蒸发、化学气相沉积、等离子溅射和液相外延生长方法等。,2020/10/4,38,液相外延工艺法：该法又具体分为翻转法、倾斜法和浸渍法等三种。 把准备外延在单晶基片上的铁氧体的组分，在助熔剂中加高温使之熔化，然后降温使溶液达到过饱和状态。随之将基片浸

32、入过饱和溶液中后，再迅速降低温度，使所需要的铁氧体薄膜在基片上外延生长。具体的浸入方式有翻转法、倾斜法和浸渍法。 采用此类方法常制备稀土石榴石铁氧体单晶薄膜材料。,(1) 单晶铁氧体薄膜的制备方法,2020/10/4,39, 对向靶溅射法 对向靶溅射法：已制出了M型钡铁氧体取向型多晶薄膜材料，并用其制成了超高密度计算机硬磁盘。 A、B为两块相对放置的靶材，在其上施加负高压后，使充入真空室内的氩气电离，产生的Ar正离子在负高压的作用下冲击靶面，形成中性离子，溅射沉积在基片C上，生成多晶取向磁性薄膜。 优点：基片温度、溅射速率可控，生成薄膜均匀，靶材消耗均匀，靶材利用率高。,(2) 多晶铁氧体薄膜

33、制备方法,2020/10/4,40, 电弧等离子体喷涂法 用电极间的弧光放电产生数百安培的电流，形成等离子体焰，其温度可高达2000，把由运载气体输送过来的铁氧体粉料熔化后，喷射到基片上，生长出铁氧体多晶薄膜。 用氩气保护电极不受氧化，另外通入氧气是为了防止铁氧体薄膜缺氧，用此法制成的铁氧体薄膜可以做成铁氧体薄膜微型电感，以满足集成电路中对电感器件小 型化的要求。,2020/10/4,41,8.4 铁氧体陶瓷材料的新发展,8.4.1 信息存储铁氧体材料,磁记录: 利用强磁性介质输入(写)、记录、存储和输出(读)信息的技术和装置。磁记录技术和装置主要用于声音、图像、数据记录中。 在人们的日常生活

34、、信息产业和国防事业中有着极为广泛的应用。如录音机、录像机、数字式照相机、计算机外存储用的软磁盘、硬盘、计算机录码磁带等，全是建立在磁记录技术发展的基础之上。 依据在磁介质上记录信息的不同，磁记录有两种模式。 数字式记录：通过二进制信号进行记录； 模拟式记录：把连续的音、像等信号变化转变为磁化强度不同的记录。,2020/10/4,42,钢丝录音,高密度信息存储用的磁记录介质,百年前,20世纪30年代,20世纪50年代,1956年,1975年,高密度、大容量，大约每经10年信息存储密度增加10倍的速度发展,2020/10/4,43,磁记录用的磁性材料分为两类。 磁记录介质：记录和存储信息的材料，

35、属于永(硬)磁材料； 磁头材料：输入(写入)和输出(读出)信息用的传感器材料，属于软磁性材料。,2020/10/4,44,钴改性-Fe2O3,(1) 磁记录介质,CrO2,钡铁氧体,- Fe2O3,几种磁性颗粒介质的性能,2020/10/4,45,性能要求： 最大磁导率值mix要高，减小记录磁头的输入功率和增加磁头气隙中的磁场强度； 高的磁化强度4Ms值，提高记录磁头气隙中的磁场, 增强记录介质的磁化； 矫顽力Hc要低，减小磁头的损 耗和剩磁，降低因剩磁引起的噪声； 剩余磁化强度Mr要低，易于抹擦不需要的磁迹和降低剩磁引起的噪声； 电阻率要高，降低磁头的损耗，改善高频响应特性； 初始磁导率0要

36、高，提高重放(读出)磁头的灵敏度； 磁导率的截止频率fc要高，提高频率使用上限，有利于高频高速磁记录； 力学强度要高，提高磁头使用寿命。,(2) 磁头材料,2020/10/4,46,磁头材料,热压多晶铁氧体,单晶铁氧体,六角晶系铁氧体,2020/10/4,47,由于现代高科技和信息技术的飞速发展，特别是信息探测和制导技术的发展，使飞机、坦克、舰船等武器的安全性有所降低，作战用的武器隐身技术变得极为重要了。另外，电子计算机系统在工作时，主机、显示器、磁盘驱动器、键盘、打印机、绘图仪、鼠标器和接口装置等均能泄漏出含有信息的电、磁、声等杂散辐射信号，若是计算机信息泄漏的电磁信号被对方截获，将会造成军事上电子计算机防信息泄漏技术中，以及在净化电磁环境技术中使用的防护材料，通常叫做吸波材料。 吸波材料：应该具备对电磁波有良好的吸收特性，也就是材料的吸收率要高、吸收信号的频带要宽、材料的密度要小，且性能稳定。,8.4.2 铁氧体吸波材料,2020/10/4,48,吸波材料：金属吸波材料、无机吸波材料(铁氧体材料等)和有机吸波材料。 电磁波吸收材料种类：金属超细粉、铁氧体、高分子材料、碳化硅等等。 随着用于武器的引伸材料的发展，性能也在不断提高，吸波材料的使用范围也在不断扩大，具有不同的结