mnzn铁氧体关键磁参数及工艺

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1、第一章MnZn铁氧体的关键磁参数1.1引言铁氧体磁性即亚铁磁性，来源于被氧离子所分隔的磁性金属离子间的超交换相互作用，它使处于不同晶格位置上的金属离子磁矩反向排列。当相反排列的磁矩不相等时，则表现出强磁性。很明显，铁氧体的基本特性与应用特性都与晶体结构、化学键及离子分布密切相关。本章由MnZn铁氧体的晶体结构研究入手，探讨分析MnZn铁氧体有关的基础理论，对本文所涉及的基本电磁参数如起始磁导率µi、损耗PL、饱和磁感应强度Bs、居里温度Tc等进行了分析，为本文的研究提供理论依据。1.2MnZn铁氧体的晶体结构及磁性来源1

2、.2.1MnZn铁氧体的晶体结构凡是晶体结构和天然矿石—镁铝尖晶石（MgAl2O4）的结构相似的铁氧体，称为尖晶石型铁氧体。我们研究的MnZn铁氧体就属于尖晶石型铁氧体。尖晶石型铁氧体的晶体结构属于立方晶系，其化学分子式可以MeFe2O4（或AB2O4）表示。其中，Me为金属离子Mg2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Fe2+、Li1+等；而Fe为三价离子，也可以被其他三价金属离子Al3+、Cr3+或Fe2+、Ti4+所代替。总之，只要几个金属离子的化学价总数为8价，能与四个氧离子化学价平衡即可，但也要注意离子的大小及其

3、他一些问题。尖晶石型结构的一个晶胞共有56个氧离子，相当于8MeFe2O4，其中有24个金属离子，32个氧离子。由于晶胞中的离子很多，结构较复杂，不易全部画出。图1-1表示了部分金属离子在晶胞中的分布。每个晶胞实际上可以分为8个小立方，这8个小立方体又分为两类，每种各有4个；每两个共边的小立方体是同类的，每两个共面的小立方体分属于不同类型的结构。在每个不同类型的小立方体内都有4个氧离子。在8个小立方体中，氧离子都位于体对角线中点至顶点的中心。由于氧离子比较大，金属离子比较小，而以氧离子作为密堆积结构，金属离子都填充在氧离

4、子密堆积的空隙中。氧离子之间存在两种空隙：即八面体空隙和四面体空隙，如图1-2。八面体空隙被六个氧离子包围，由六个氧离子中心连线构成八个三角形平面，而称八面体，其空隙较大，也称B位。四面体空隙则是由四个氧离子包围而成的，四个氧离子中心连线构成四个三角形平面，所以称四面体，其空隙较小，也称为A位。图1-1尖晶石晶胞的部分结构图1-2四面体空隙(A位置)和八面体空隙(B位置)在尖晶石晶胞中，氧离子密堆积后构成了64个四面体空隙和32个八面体空隙，所以一个晶胞共有96个空隙。但是，尖晶石型铁氧体的单位晶胞共有8个MeFe2O4

5、分子，由于化学价平衡的结果，只有8个金属离子Me占A位（也称8a），16个金属离子Fe占B位（也称16d）。也就是说只有24个空隙被金属离子Fe填充，而72个空隙是缺位。这种缺位是由离子间化学价的平衡作用等因素所决定的，但却易用其他金属离子填充和替代，为铁氧体中金属离子扩散及掺杂改性提供了有利条件，也是尖晶石型铁氧体可以制备成具有各种不同性能的软磁、矩磁、旋磁及压磁材料，得到极其广泛应用的结构基础。图1-3尖晶石晶胞参数a及u在理想的最紧密堆积情况下，A位置与B位置具有一定大小，rA≈0.03nm，rB≈0.055nm。

6、进入A、B位置的金属离子半径一般在0.06～0.1nm之间，因此实际的晶体尺寸要膨胀一些，根据图1-3几何关系可得A位置与B位置上可容纳的金属离子的半径分别为：式中ro为氧离子半径，ro≈0.132nm；a为晶格常数，理想情况下的晶格常数a≈0.75nm；u为氧离子参数，理想的面心立方中u＝3/8＝0.375。在锰锌铁氧体中，由于金属阳离子的半径总是大于rA或rB，故当A位置或B位置被阳离子占据时，四面体体积将略微膨胀，但是仍然保持正四面体对称。八面体的体积将相应缩小，不再保持八面体的对称，使得氧离子参数u稍大于3/8，

7、锰铁氧体MnFe2O4和锌铁氧体ZnFe2O4的氧离子参数u均为0.385，MnFe2O4和ZnFe2O4的晶格常数分别为0.85nm，0.842nm。1.2.2MnZn铁氧体中的金属离子分布在尖晶石铁氧体中，填充A位置的金属离子构成的晶格称为A次晶格；同理，填充B位置的金属离子构成的晶格称为B次晶格。一般来说，每种金属离子都有可能占据A位置或B位置，其离子分布式可写为：(Mex2+Fe1-X3+)[Me1-x2+Fe1+x3+]O4上式中以（）表示A位，以[]表示B位，脚标x表示Me2+离子占A位的分数。①当x＝1时，

8、表示所有A位都被Me2+离子占据，而B位置都被Fe3+占据，这种分布和尖晶石结构相同，称为正型尖晶石结构的铁氧体；②当x＝0时，表示所有A位都被Fe3+离子占据，而B位置分别被Fe3+和Me2+各占据一半，这种分布正好和尖晶石结构相反，称为反型尖晶石结构的铁氧体；③当0＜x＜1时，表示在A位置和B位置上两种金属离子都