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锰锌软磁铁氧体材料的制备及研究新进展

摘要:目前国内外制备锰锌铁氧体材料的主要方法及研究进展,包括传统的干法工艺(陶瓷工艺)和湿法工艺等,同时指出了各种制备方法的优缺点。认为煅烧条件的控制及产品粒径的分布是影响材料磁性能的关键,湿法工艺中的溶胶-凝胶法和水热法是今后研究的主要方向。

关键词:锰锌铁氧体制备研究发展

1.引言:锰锌铁氧体又称磁性陶瓷,是具有尖晶石结构的软磁铁氧体材料,与同类型的金属磁性材料相比,它具有电阻率高,涡流损耗小等特点,因其具有高磁导率、低矫顽力和低功率损耗等物理化学性能,被广泛应用于电子工业,主要用来制造高频变压器、感应器、记录磁头和噪声滤波器等。随着电子工业的飞速发展,对磁性材料性能的要求也越来越高。适用于不同场合的高品质磁性材料的制备研究越来越受到人们的广泛关注。为了推动该领域研究工作的进展,结合笔者近年来的研究工作实际,我们从不同角度出发,对国内外制备锰锌铁氧体磁性材料的研究进展情况作以述评。

2.锰锌铁氧体的性能特点及其改良途径

2.1锰锌铁氧体的性能特点

作为一种软磁铁氧体材料,对锰锌铁氧体性能的基本要求是起始磁导率要高,磁导率的温度系数要小,以适应温度变化。同时矫顽力要小,以便能在弱磁场下磁化,也容易退磁。此外比损耗因素要小,电阻率高，这样材料的损耗小,适用于高频应用。与磁性金属材料相比,尽管锰锌铁氧体具有电阻率高、涡流损耗小等优点,但同时它也存在着饱和磁感应强度低、磁导率不高、居里点低、磁导率的温度系数高等不足之处,改善锰锌铁氧体的磁性能的研究正日益受到人们的广泛关注。

2.2改善锰锌铁氧体磁性能的主要途径

欲提高锰锌铁氧体的磁性能应从两方面着手:一是对材料化学成份的比例调整,包括各种稀土元素的加入等;二是设法调整材料晶粒粒度及外观形貌。有关研究表明:配方中Fe3O4的适量存在,使Fe2O3在配方中含量为53~63.5mo%时,有利于降低磁致伸缩系数,提高磁导率;另外,晶粒越大,晶界越整齐,材料的起始磁导率也越高;通过控制制备条件,在提高晶粒粒度的同时降低空隙率是人们追求的目标;平均粒径在10~20Lm材料的结构特点是晶粒粗大、晶界明显、密度高、孔隙率低、磁性能良好;晶粒大小还影响矫顽力的大小,晶粒愈大,矫顽力愈小,有利于材料的应用。此外,铁氧体中的气孔,一方面阻碍畴壁的移动,另一方面也减少涡流损耗。一般来说,孔隙率高的铁氧体损耗较小,但磁导率下降。

3.锰锌铁氧体的制备方法

锰锌铁氧体磁性材料的制备方法主要有传统的干法工艺和湿法工艺两大类。

3.1干法工艺

干法工艺又称陶瓷工艺,它是以氧化铁(Fe2O3)、氧化锌(ZnO)和氧化锰(MnO)或铁、锌、锰的金属盐为原料通过研磨、干燥、煅烧、实现初步铁氧体化,经二次研磨、干燥、造粒得到锰锌铁氧体颗粒,颗粒经成型、烧结,干法工艺的关键环节是煅烧、研磨和烧结,它们直接影响锰锌铁氧体材料的颗粒形状和粒径分布等微观结构,从而影响所得锰锌铁氧体的磁性能。Yung-TsenChien等研究了煅烧程度对锰锌铁氧体(Mn0.764Zn0.187Fe2.049O4)磁性质的影响。认为将材料煅烧所得样品具有较高的磁导率和较低的损耗系数。还有人研究了烧结温度对锰锌铁氧体磁性质的影响,他们认为:锰锌铁氧体的磁化强度和磁导率随烧结体密度的增加而增加,而烧结体的密度取决于烧结温度和合成锰锌铁氧体所用的原料。在烧结过程中,温度过高会使锌氧化物蒸发,从而导致锰锌铁氧体磁导率的下降;烧结温度过低,则固相反应不完全,性能达不到要求。干法工艺简单、配料容易调整,该法的缺点是:原料物性相差很大,难以混合均匀,所得产品性能不稳定;高温煅烧,能耗高,粉末飞扬严重,生产环境差;必须研磨处理,会引入杂质污染,对原料要求高,生产成本高等。

3.2湿法工艺

由于干法工艺所制的锰锌铁氧体材料均匀性差,所以近20年来,人们越来

表明,超临界液体干燥法所制备的微粉粒度分布较均匀,比表面能较小,不易团聚。

3.2.6自蔓延高温合成(SHS)法

自蔓延高温合成(SHS)法,也称燃烧合成法,是近年来发展起来的制备材料的新方法。其最大的特点是利用反应物内部的化学能来合成材料,即原料一经点燃,燃烧反应即可自我维持,一般不再需要补充能量。整个工艺过程极为简单、能耗低、生产率高,且产品纯度高。同时,由于燃烧过程中的温度梯度及快的冷却速率,易于获得亚稳物相。原料中铁粉的含量和粉末粒度直接影响燃烧温度和速度。铁含量的增加导致燃烧温度和速度的提高。铁粉粉末粒度的增