(1) 尖晶石型鐵氧體
晶體結構和鎂鋁尖晶石(MgO·Al2O3)結構相似的鐵氧體,稱為尖晶石型鐵氧體。它屬于立方晶系,化學分子式一般以(MeFe2O4)表示。其中Me通常為+2價離子,天然鐵氧體-磁鐵礦(Fe3O4)就是尖晶石結構,因此稱為鐵氧體。
Me還可以由Mg2+、Mn2+、Ni2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Cu2+、Li2+等取代,相應的鐵氧體稱為鎂鐵氧體、錳鐵氧體等,以此類推。
(2)石榴石型鐵氧體
晶體結構與天然石榴石結構類似的鐵氧體稱為石榴石型鐵氧體。它屬于立方晶系,分子式為Me3Fe5O12或寫成3Me2O3·5Fe2O3。其中Me表示+3價稀土金屬離子。石榴石型鐵氧體具有優異的磁性和介電性能,體積電阻率高,損耗小。同時還具有一定的透光性,在微波、磁泡、磁光等領域中是極其重要的一種磁性材料。
(3)磁鉛石型鐵氧體
晶體結構和天然磁鉛石類似的鐵氧體稱為磁鉛石型鐵氧體。
它屬于六方晶系,分子式為MeFe12O19,其中Me為+2價金屬離子,如Ba2+、Pb2+、Sr2+等。這類含Ba2+、Pb2+、Sr2+的磁鉛石型鐵氧體具有較大的矯頑力Hc ,是一類磁性較強的硬磁材料。
鐵氧體產品按外觀有體積形式(三維)及薄膜形式(二維)之分,按微觀結構有單晶制品及多晶制品之分。單晶鐵氧體具有優異的電學、磁學、光學性能,目前在微波器件、磁光器件、磁泡器件、磁記錄磁頭等方面有著廣泛的應用。
鐵氧體薄膜有單晶薄膜和多晶薄膜兩種。它的發展是大規模集成電路要求磁性器件小型化、集成化的結果,同時鐵氧體薄膜在磁光存儲器、表面波器件、微波器件及磁記錄器件方面顯示了巨大的潛力,因此,引起了人們極大的關注。下面著重介紹多晶鐵氧體及鐵氧體薄膜的生產工藝。
按預燒與否,多晶鐵氧體生產工藝大體上可分為經預燒和不預燒兩種,預燒的目的在于減少收成收縮或合成鐵氧體。
以下簡要介紹幾種鐵氧體的粉料制備方法。其中氧化物法、化學沉淀法、電解沉淀法、低溫化學法及部分鹽類分解法獲得的是微細均勻的鐵氧體,不經預燒,就可成型、燒結。
(1)氧化物法
直接用各種氧化物作原料,經配料、磨細(常采用球磨)獲得微細粉料。這種方法工藝簡單,操作方便,運用得最廣泛。但由于氧化物原料活性較差,不容易反應完全。
(2) 鹽類分解法
用錳、鋅及鐵等的硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽或草酸鹽作原料,按一定的配比混合后加熱分解,得到活性較大的氧化物。有時分解與鐵氧體的合成同時完成,避免了預燒工序,直接進入成型工序。
(3) 化學共沉淀法
根據配料計算,將含有各種金屬離子的硝酸鹽、碳酸鹽或氯化物溶液,按配比混合均勻。再用強堿如NaOH、NH4OH、草酸銨、碳酸銨等作沉淀劑,使之沉淀,得到混合均勻的氫氧化物或相應的鹽。
這種沉淀混合料不但均勻,而且顆粒細,活性大,容易進行固相反應,可以在較低的溫度下燒結。但是沉淀物容易吸附堿類,除雜困難。此外,在溶液中沉淀往往不能十分完全,各種成分不是同時沉淀下來,故在配料時要考慮到溶度積而加以修正。這種方法的操作條件較復雜,所以不適合于大量生產。
(4) 電解共沉淀法
將配方所需的金屬放在電解槽中作陽極,另外還有一個金屬陰極,經過電解,當與配方成分相當的金屬溶于電解液中,在電解槽的適當位置加入氧化劑使金屬離子變成氧化物沉淀下來,得到混合十分均勻的混合物。然后將沉淀物用泵抽出,洗滌、過濾、干燥、預燒。此法的優點是可以省去球磨、混合等工序,便于連續生產,并使燒結溫度大大降低。此外,由于電解,可以使用不純的原料得到高純度的產品。
(5) 噴霧煅燒法
將各種金屬堿鹽,按配比一同溶解于酒精中,用高壓將其經過高壓噴嘴噴成霧狀進入燃燒室內。在適量空氣和氧氣霧滴瞬間燃燒,在以分子接觸的情況下進行反應,生成細而輕的鐵氧體粉料。
(6)低溫化學法(Cryochemical Method)
即冷凍干燥法。將金屬鹽水溶液噴到低溫有機液體上,使微細液滴進行瞬時冷凍,然后在低溫降壓條件下升華,脫水,再通過分解制得粉料。