Преглед
Коерцитивността на меките магнитни материали е много ниска и може да бъде многократно магнетизирана в магнитно поле. Когато външното електрическо поле бъде премахнато, целият или по-голямата част от получения магнетизъм ще изчезне.
Мекият ферит се произвежда чрез прахова металургия. Има няколко вида Mn-Zn, Cu-Zn, Ni-Zn, сред които Mn-Zn феритът има най-голяма производителност и консумация.
Мекият ферит е разделен на следните девет вида: чисто желязо и нисковъглеродна стомана, желязо-силициева сплав, желязо-алуминиева сплав, желязо-силиций-алуминиева сплав, никел-желязна сплав, желязо-кобалтова сплав, мек ферит, аморфен мек магнитен сплав, супер фина кристална мека магнитна сплав.
Характерни изисквания
Изисквания: Четири високи-µi, Q, fr, стабилност (M, DF);
Характеристики: лесен за получаване Магнетизмът също така лесно се губи, използва се главно за слабо поле с високо f
класификация
Според кристалната структура
тип шпинел; кубична кристална система;
Тип гранат: центриран в тялото кубичен тип
Тип магнитолит: хексагонална кристална система
Според производителността на приложението на материала
(1), материал с висока магнитна проводимост (µi = 2000--4104): нискочестотен, широколентов трансформатор и малък импулсен трансформатор
(2), материал с ниска загуба: захранващо ядро, повод с висока мощност;
(3), качествени материали с ниски загуби и висока температура: ядра на комуникационни филтри;
(4), високочестотни и големи магнитни полеви материали: кухини резонатори, мощни трансформатори и др.
< p>(5), power ferrite (high Bs) material: switching power supply and low-frequency power transformer(6), записващ материал с висока плътност: използва се като записваща и видео глава;
(7) Материал за абсорбиране на вълни: абсорбира енергията на електромагнитните вълни, широко използвана в електронната технология против смущения
Магнитни характеристики и мерки за подобряване
Магнитни характеристични параметри
1. Първоначална пропускливост
µI=lim_(△H→0){△B/△H}
2. Magnetic lossQuality factor: Q=ωL / R;
Тангенс на загубите: tanδ=1/Q;
Коефициент на специфична загуба: tan /µi =1/µi·Q
Общ материал µi·Q = константа.
3. Temperature stability Temperature coefficient: αμ
Специфичен температурен коефициент: αu/µi
4. Falling reflects the stability of the material over time
5. Магнитно стареене
6. Cutoff frequency fr The frequency point corresponding to the rapid drop due to the domain wall or natural resonance, which measures the upper limit of the material application frequency.
Свързани теории и методи за подобряване на магнитната пропускливост
I. Теоретичен преглед на първоначалната пропускливост:
Микроскопски механизъм: обратимо въртене на домейна, обратимо изместване на стената на домейна
µi = µi завой + µi позиция
За общ синтерован ферит:
1. Ако има много вътрешни пори, ниска плътност, изместване на стените е трудно, µi преобразуването е доминиращо;
2. Ако кристалните зърна са големи, порите са малко и плътността е висока, изместването на стената е основният фактор.
Трудността на намагнитването зависи от силата на намагнитване (съотношението на MsH) към забавянето е по-високо, лесно е да се намагнитва; в противен случай е трудно да се магнетизира.
< p>Two, theoretically improve the magnetic permeability conditions:1. Необходими условия:
1>. Ms should be high (∝Ms2 );
2>.k1, λs→0;
2. Достатъчни условия:
1>. Less raw material impurities, ;
2>. The density should be increased (P ↓), that is, the material grain size should be large (D↓);
3>. The structure should be uniform (grain boundary block ↓);
4>. Eliminate internal stress s·σ ↓ ;
5>. Stoma ↓, another phase ↓ (demagnetizing field↓)
Трето, подобрете метода на µi
(1) Подобрете Ms на материала
Шпинел ферит Ms = | MB-MA|
1. Изберете феритна единица с висока Ms
Като например: MnFe2O4 (4,6--5 µB); NiFe2O4 (2,3 µB)
2. Добавете Zn, за да намалите MA
В допълнение:
CoFe2O4 (3,7 µB) магнитокристална анизотропия
Fe3O4 (4 µB) ниско съпротивление и високо K
Li0,5Fe2,5O4 (2,5 µB)
Слабо синтероване, 10000C, Li изпарява
(2). Намалете k1 и s
1. Единичен ферит с L=0; MnFe2O4, Li0.5Fe2.5O4, MgFe2O4
2. Изберете L за охлаждане; NiFe2O4, CuFe2O4
3. Йонното заместване намалява k1, λs
1>. Add Zn2+ to dilute the magnetic anisotropy of magnetic ions
2>. Add Co2+: general ferrite k1<0, k1>0 of Co2+, positive
Отрицателна k компенсация;
3>. Introducing Fe2+, Fe2+ is positive k in MnZn, which can be positive and negative compensation
Корекция на компенсацията k;
4>. Add Ti4+, 2Fe3+ Fe2++Ti4+;
5>High permeability composition range
(3). Микроструктура:
5> p>
1. Кристално състояние: размер на зърната, пълнота, еднородност;
2. Гранично състояние на зърното: дебелина, пори, други фази;
3. Кристални вътрешнозърнести пори, друга фаза: размер, брой и разпределение;
4. Материал с високо µ: големи зърна, еднакви и пълни зърна, тънки граници на зърната, без пори и други фази
(四). Влиянието на вътрешното напрежение върху µ:
1>. It is caused by magnetostriction during the magnetization process, which is proportional to s;
2>. After sintering, the cooling rate is too fast, the lattice strain and ion, Distortion due to uneven distribution of vacancies;
3>. The stress caused by pores, impurities, other phases, lattice defects, uneven crystallization, etc., is related to the purity of the raw materials and the process.
Загуба на мек ферит
Причини за магнитни загуби
В слабо променливо поле меките магнитни материали ще бъдат намагнетизирани и ще съхраняват енергия от една страна, а от друга страна, поради различни причини B изостава от H и причинява загуба, тоест материалът абсорбира енергия от променливото поле и го разсейва под формата на топлинна енергия.
Magnetic loss класификация
Нерезонансна зона (по-малка загуба):
1>. Eddy current loss;
Причинява се от вихров ток, причинен от електромагнитна индукция.
Обикновено, когато ρ на ферита е много високо, загубата на вихрови токове може да бъде игнорирана; за материали с високо μ, поради високото съдържание на Fe^2+ (ρ=10^-2～10Ωm), загубата на вихров ток е относително голяма.
Ефективният начин за намаляване на загубите от вихрови токове е да се увеличи ρ (ρ вътре в зърното, ρ на границата на зърното)
2>. Hysteresis loss;
Това означава, че мекият магнитен материал има необратима магнетизация в променливото поле, за да образува хистерезисна верига, която причинява загуба на материал, а размерът е пропорционален на площта на веригата.
Причина: необратимото изместване на стената кара B да изостава от H.
Методи за намаляване на загубите:
1) При слабо поле, за да се предотврати необратим процес на намагнитване, намаляването на загубата е в съответствие с метода за увеличаване на µi; но в същото време трябва да се обърне внимание за предотвратяване на необратимо изместване на стената Появата на
2) Under the high field, the irreversible magnetization process is completed as soon as possible, and the area of the hysteresis loop is reduced.
3>. Residual loss;
Да Всички загуби на меки магнитни материали, с изключение на загубите от вихрови токове и загубите от хистерезис, са главно магнитни загуби след въздействие в нискочестотното слабо поле. Във високочестотното поле резонансната опашка се простира до нискочестотното поле;
Магнитното последействие определя Yu: дифузия на йони и концентрация на свободни места; свързани с работна температура и честота;
Време на дифузионна релаксация: τ = 1 / (9,6 ρ·f·exp(-θ/T))
< p>where f: lattice vibration frequency; ρ: diffuse ion concentration; θ: activation energy;Енергията на активиране на йони θ е висока, а температурата на околната среда T е ниска, така че τ е много по-дълъг от съответното τ на честотата на приложение. Ниска загуба;
Резонансна област (голяма загуба):
4>. Size loss;
5>. Domain wall Loss;
6>. Natural resonance
Методи за подобряване на характеристиките на меки феритни материали
1. Суровини: висока чистота, добра активност, по-малко примеси, за MnZn материали
размерът на частиците е най-добър в диапазона от 0,15 до 0,25 µm. Обърнете специално внимание на смесването на големи примеси с относително голям радиус;
2. В допълнение към постигането на високо Ms, формулата е по-важна за постигане на k1≈0, λs≈0;
Като цяло, когато се изисква µi да бъде под 5000 Когато е необходимо, можете да добавите необходимите добавки като CaO, TiO2, LaO, CuO, Bi2O3, B2O3, BaO, V2O5, ZrO2 и т.н., за да подобрите характеристиките на загубите и други ефекти върху производителността ;
3. Осигурете висока плътност и отлична микроструктура, процесът на намагнитване е доминиран от изместване на стената. Методът на синтероване с вторична редукция и методът на синтероване в балансирана атмосфера са незаменими условия за получаване на стабилна и отлична производителност;
4. Използвайте подходящ процес на термична обработка, за да подобрите допълнително производителността на микроструктурата, да насърчите хомогенизирането и да елиминирате вътрешното напрежение, Регулирайте стабилното разпределение на йони и свободни места.
Приготвяне на прах от мек феритен материал
Приготвянето на мек феритен прах най-вече приема метод на огън и мокър химичен метод. Приготвянето на феритен прах използва главно мокър химичен метод, приготвянето на мек феритен прах използва главно мокри химични методи като метод на съвместно утаяване, метод на зол-гел и хидротермален метод. Следното взема мокрия процес за приготвяне на Mn-Zn феритен прах като пример за описание.
1 Получаване на фин феритен прах чрез метод на съвместно утаяване
Приготвянето на фин феритен прах чрез метод на химическо съвместно утаяване е да се избере подходяща водоразтворима метална сол и да се подготви в съответствие с метода на получаване. Съставът на материала се измерва, металната сол се разтваря и смесва равномерно в йонно състояние и след това се избира подходящ утаител за равномерно утаяване или кристализиране на металните йони и след това утайката се дехидратира или термично разлага, за да се получи фин феритен прах. Следователно методът на химическо съвместно утаяване е най-икономичният метод за получаване на феритен прах. Поради характеристиките на висока чистота, равномерно разпределение на размера на частиците и добра активност на приготвените прахообразни частици, той е дълбоко проучен и широко използван през последните години. Методът на съвместно утаяване може да бъде разделен на няколко метода според различните утаители: карбонат, оксалат и хидроксид.
1) Hydroxide co-precipitation method This method can be divided into neutralization method and oxidation method. The neutralization method is to neutralize the ferric ions and other metal salt solutions that make up the ferrite material with an alkali, and under certain conditions, directly form spinel ferrite in the aqueous solution. The ionic reaction equation is: 2Fe3++ M 2++ OH----- MO- Fe2O 3↓ The main influencing factors for the formation of ferrite in the neutralization method are the pH value and temperature of the solution (generally pH is 10-13, and the temperature is near boiling) .
The main process of the oxidation method is to first prepare an aqueous sulfate solution containing ferrous ions and other divalent metal ions, add an excess of strong alkali solution, and maintain the pH at a certain value to form a suspension, and then Air is introduced into this solution to oxidize and gradually generate ferrite precipitates. The formation of ferrite and its grain size are affected by factors such as solution pH and temperature. At pH>10, the size of ferrite particles increases with the increase of metal cation concentration, and decreases with the decrease of temperature. To prepare a sediment with practical value, perfect structure, and a certain particle size, it is necessary to select appropriate conditions to achieve.
2) Метод на карбонатно съвместно утаяване
Методът на карбонатно съвместно утаяване е да се добави подходяща утаителна въглеродна киселина към разтвора на солта на метала, като се получава прекурсорната утайка и след това се калцинира в прах. При съвместното утаяване, за да се предотврати замърсяването с натриеви йони, NH3-NH4HCO3 се използва като утаяващ агент, което може да елиминира трудността при филтриране и последващо синтероване, причинено от използването на един единствен утаяващ агент. Този метод има прост процес, лесна работа, ниска цена и добра икономическа стойност.
2Зол-гел метод
Сол-гел методът е нов метод за мокър химичен синтез, който се появи през 90-те години и се използва широко в различни неорганични функции при синтеза на материали. Този метод е за разтваряне на метални органични съединения като алкоксиди в органични разтворители, хидролиза, полимеризация и образуване на золи чрез добавяне на чиста вода и т.н., след което се използват подходящи методи за образуване на гелове и след това се изсушават при ниска температура във вакуумно състояние . След това свободният сух гел се калцинира при висока температура, за да се получи наномащабен оксиден прах. Структурата и свойствата на гела зависят до голяма степен от последващия процес на сушене и уплътняване и в крайна сметка определят свойствата на материала.
Прахът, получен по този метод, има висока чистота, добра еднородност и малък размер на частиците. Особено за многокомпонентни системи, неговата еднородност може да достигне молекулярно или атомно ниво.
Температурата на синтероване е по-ниска от температурата на реакция на твърда фаза при висока температура и размерът на зърното се увеличава с повишаване на температурата и времето. Пълната температура на кристализация е около 750 ℃. В сравнение с метода на съвместно утаяване, нанопрахът, синтезиран по този метод, се агломерира само по време на синтероване и кристализира напълно при ниска температура (700-800 ℃). Това спестява енергия и избягва въвеждането на примеси от реактора поради високата температура на синтероване. В същото време е лесно да се образува частично гел преди изпичане, който има голяма повърхност, което е благоприятно за образуването на продукти. Това е по-добър метод за приготвяне на ултрафин прах.
3 Хидротермален метод
Хидротермалният метод също е нов синтетичен метод за приготвяне на ултрафин прах, разработен през последните 10 години. Този метод използва вода като разтворител за химическа реакция на вещества в разтвор при определена температура и налягане за получаване на микропрахове от неорганични функционални материали. Този метод може да постигне легиране на многовалентни йони. Тези характеристики са нови материали за изследване Осигурява благоприятни условия. При хидротермалната реакция образуването на микропрахови кристални зърна преминава през процес на разтваряне-кристализация. Приготвените кристали на микропрах имат малък размер на частиците и относително еднакъв размер на частиците и не се нуждаят от предварителна обработка при високотемпературно калциниране. Температурата на синтез е около 900 ℃ и образуваните кристали са относително завършени, имат висока чистота и имат висока активност. Проучванията показват, че температурата и времето на хидротермалната реакция имат по-голямо влияние върху чистотата, размера на частиците и магнитните свойства на продукта, а приготвените микропрахови кристални зърна обикновено са само десетки нанометри.
4Свръхкритичен метод
Суперкритичен метод се отнася до метод за приготвяне на фин прах при суперкритични условия в хидротермален реактор с органични разтворители и т.н. вместо вода като разтворител. Изчезването на течната фаза по време на реакцията е по-благоприятно за равномерния растеж и кристализация на частиците в системата. Той е по-добър от хидротермалния метод и е метод, достоен за по-нататъшно изследване. Разпределението на размера на частиците на микропраха, приготвен чрез метода за сушене на суперкритичен флуид, е относително равномерно, кристалът е пълен, специфичната повърхностна енергия е малка и не е лесно да се агломерира.
История на изследването на меки феритни материали
Първата страна в света, която започва изследвания - Китай
Китай беше първата страна в света, която откри материалния магнетизъм и страните, в които се прилагат магнитни материали. Има записи за естествени магнитни материали (като магнетит) още от периода на Воюващите държави.
Методът за производство на изкуствени материали с постоянен магнит е изобретен през 11 век. През 1086 г. "Mengxi Bi Tan" записва направата и използването на компаса. От 1099 до 1102 г. има описание на компаса, използван за навигация, а също така е открит феноменът на геомагнитната деклинация.
Приложението на меките магнитни материали в промишлеността
Приложението на меките магнитни материали в индустрията започва в края на деветнадесети век. Появява се с възхода на електроенергията и телекомуникационните технологии. Обхватът му на приложение е изключително широк. Меките магнитни материали не се използват само в областта на домакинските уреди, информационните технологии, автомобилите и други спомагателни области, но по-важното е, че меките магнитни материали като основни суровини за производството на електронни компоненти са довели до непрекъснато търсене за тях. През последните години търсенето на пазара се увеличава от година на година и продуктовите категории също се увеличават, което се превърна в ярка точка в развитието на индустрията за магнитни материали. Според статистиката на авторитетни организации производството на меки магнитни материали в Китай през 2004 г. надхвърли 100 000 тона, а приходите от продажби бяха около 7 милиарда юана. Производството му представлява около 33% от общото производство на магнитни материали в света, а реализираните приходи от продажби представляват световните магнитни материали. Около 40% от общите приходи от продажби на материали.
Търсенето на вътрешни високопроизводителни постоянни феритни магнитни материали (еквивалентни на сериите FB4 и FB5 и по-горе на японските продукти на TDK) ще представлява около 40% от общото търсене на постоянни феритни магнитни материали през 2000 г. (По-малко от 60 000 тона) се увеличава повече от 70% (приблизително 150 000 тона) високопроизводителни меки феритни магнитни материали (еквивалентни на PC40 и H5C2 и по-високи серии от японски продукти на TDK) през 2005 г. отговарят на търсенето на мек феритен магнетизъм Делът на общото търсене на материали ще се увеличи от по-малко от 10% през 2000 г. до повече от 30% през 2005 г. (PC40 и над 20 000 тона, H5C2 и над 10 000 тона)
Феритни меки магнитни материали през 20 век. Резултати от изследванията
Човешките изследвания върху ферита започват през 30-те години на миналия век.
През 40-те години на миналия век Holland J.L. Snowyk изобретява мек магнитен материал от ферит с високо съпротивление и добри високочестотни характеристики.
40-те до 60-те години на миналия век са период на бързо развитие на науката и технологиите. Изобретяването на радар, телевизионно излъчване, интегрални схеми и т.н. имаше по-високи изисквания за меки магнитни материали и бяха произведени ленти от мека магнитна сплав. И меки феритни материали. 50-те години на миналия век бяха период на бурно развитие на ферита. През 1952 г. успешно е разработен магнитоплюмбитният твърд ферит; през 1956 г. в тази кристална система е разработен планарен ултрависокочестотен ферит и по същото време е открит ферит от тип гранат с редкоземни елементи, като по този начин се образува шпинел. Има три основни кристални системи феритни материални системи: каменен тип , тип магнитоплумбит и тип гранат. През 70-те години на миналия век, с развитието на телекомуникациите, автоматичното управление и компютърната индустрия, бяха разработени меки магнитни сплави за магнитни глави. В допълнение към традиционните кристални меки магнитни сплави се появи друг вид материал - аморфен мек магнит. Трябва да се каже, че появата на ферит е важен крайъгълен камък в историята на развитието на силния магнетизъм и магнитните материали. Досега феритните магнитни материали са били широко използвани в много високотехнологични области.
Тенденцията на развитие на меките феритни материали
Феритни абсорбиращи материали
Due to the rapid development of science and technology, in the stealth technology of weapons and electronics In the computer information leakage prevention technology and the thermal effect in biology, the application of ferrite as a microwave absorbing material is particularly important. In recent years, researchers have focused on composite ferrite materials and nano-sized ferrites to control their electromagnetic parameters. Ferrite nano-magnetic materials are used as microwave absorbers, and the specific surface area of nano-scale particulate materials is larger than that of conventional coarse powders. 3-4 orders of magnitude, high absorption rate. On the one hand, it can absorb free molecules in the empty space or other molecules in the medium that are connected together by bonding, resulting in anisotropic changes. On the other hand, in the microwave field, the movement of active atoms and electrons is intensified, which promotes magnetization, and finally converts electromagnetic energy into heat energy, thereby increasing the absorption capacity of the absorber.
Приложение при съхранение на информация
Магнитният запис на феритни материали за съхранение на информация е технология и устройство, което използва феромагнитни носители за въвеждане, запис, съхраняване и извеждане на информация. Магнитните материали, използвани за магнитен запис, се разделят на две категории: магнитни носители за запис, които се използват като материали за запис и съхранение на информация и принадлежат към постоянните магнитни материали. Другият тип са материалите за магнитна глава, които са сензорни материали, използвани за въвеждане и извеждане на информация и принадлежат към меките магнитни материали.
Магнитна течност
Магнитната течност е нов тип функционален материал. Състои се от три части: магнитни частици, стабилизатор (повърхност и активен агент) и носеща течност. Действа в магнитно поле. Следното показва превъзходна производителност в сравнение с други магнитни материали, така че се използва широко. Това е синтетична колоидна система, включваща колоидни магнитни микроматериали (магнетит), диспергирани в непрекъсната течност, носеща частици с помощта на повърхностно активни вещества, диаметърът на магнитните частици е около 10 mm. Магнитната течност обединява намагнитимостта на твърдото тяло и течливостта на течността. Под действието на магнитно поле магнитната течност може да се магнетизира, проявявайки суперпарамагнетизъм. Магнитната течност има широк спектър от приложения в областта на биомедицината. Магнитният носител на лекарства, разработен през последните години, е висока и нова технология, която предизвиква голямо безпокойство у дома и в чужбина.
Зелени магнитни материали
С откриването на Световното изложение през 2010 г. Нов икономически модел, базиран на ниско потребление на енергия, ниско замърсяване и ниски емисии - настъпването на ерата на нисковъглеродната икономика. Устойчивата нисковъглеродна и зелена икономика ще бъде общата тенденция на бъдещото световно развитие, което е важно за новата енергия, опазването на околната среда, енергоспестяването и други нововъзникващи Индустрията ще донесе огромни средносрочни и дългосрочни възможности за инвестиции и развитие. Икономиката с ниски въглеродни емисии включва широк спектър от индустриални и управленски области и също така е тясно свързана с разработването на магнитни материали. Това ще бъде и важна посока на развитие за приложението и пазара на нови високотехнологични магнитни материали в бъдеще
China's magnetic materials market h2> Текущо състояние на пазара на магнитни материали в Китай
Текущо състояние на пазара на магнитни материали в Китай
Меките феритни продукти, високотехнологичните приложения представляват 22%, като цифрови комуникации, електромагнитна съвместимост (EMC), радиочестотна широколентова връзка, анти-електромагнитни смущения (EMI), HD дисплей, автомобилна електроника. Прилагането на традиционни продукти от среден и нисък клас представлява 78%, като телевизори, захранващи адаптери, електронни баласти, обикновени превключващи захранващи трансформатори и антенни пръти.
От цялостна гледна точка производителността на китайските феритни магнити все още е средна и ниска. Въпреки че продукцията е на първо място в света, стойността на продукцията не е идеална. Общата изходна стойност на китайските магнитни материали е около 26,5 милиарда юана, изходната стойност на постоянния ферит е 6,2 милиарда, а средната цена е 15 000 юана/тон; изходната стойност на мекия ферит е 9,3 милиарда, а средната цена е 31 000 юана/тон, а останалите самариево-кобалтови магнити, неодимови желязо-борни магнити и метални магнити представляват 11 милиарда юана на пазара.
Перспективи за развитие на пазара на магнитни материали в Китай
1. Увеличаването на разходите за труд и енергия е тенденция;
2. Все още е неизбежно цените на суровините да продължат да растат на фона на колебания. ;
3. Износът на магнитни продукти и електронни компоненти бавно ще се възстанови в обрати
4. Ожесточената конкуренция и ценовите войни от местните потребители надолу по веригата неизбежно ще принудят цените на компаниите за магнитни материали да паднат и печалбите ще се забавят.
5. Компаниите, които нямат производствен мащаб и масово произвеждани продукти от магнитни материали от нисък и среден клас, се борят да оцелеят
6. Компаниите с предимства в разходите и технологични предимства ще се развиват добре
7. Цялостното ниво на научните изследвания, развитието и производството на магнитни материали в Китай ще бъде в съответствие с международното напреднало ниво и ще бъде силна страна от основен производител на магнитни материали.