这里的铁氧体指多晶烧结铁氧体,多晶体铁氧体大多为固相烧结,液相量很少或不含液相,瓷体主要由晶粒、晶界、气孔和晶界夹杂物组成。下面主要讨论晶粒大小和气孔对铁氧体的影响。
一般材料的晶粒越大,晶界越整齐,起始磁导率愈高。这是因为晶粒越大,晶界越整齐,晶界附近的应力越小;畴壁移动的妨碍越小,起始磁导率就越高。一般高磁导率铁氧体的晶粒大小和起始磁导率的关系,平均粒径在5~10μm时,磁导率增加很快,因为直径<5. 5μm的颗粒主要靠磁畴的旋转获得相对磁导率约为500的性能。而当直径>5. 5μm时主要由畴壁移动,获得相对磁导率约为4000的性能。当平均直径>20μm时,晶粒界面上出现了不少孔隙,反而阻碍了畴壁移动。如果在工艺上严加控制,使得晶粒长大的同时,只出现少量气孔,则可以得到起始磁导率(相对)μ0达到(1~4)X10的4次方的超高磁导率的铁氧体。它的结构特点是晶粒粗大整齐、晶界明显、密度较高、气孔率较低。
晶粒大小还与矫顽力Hc有关,晶粒越小,晶界越多,畴壁移动阻力越大。当晶粒小于5μm左右时,磁畴为单畴状态,这就是说不存在畴壁,也就不可能有壁移磁化,只能有磁畴的转动了,所以晶粒越小的材料,矫顽力Hc越大,因此,一般软磁铁氧体要求有较大的粒径,而硬磁铁氧体则要求有较小的粒径。
气孔的存在,减少了磁路和有效面积,阻碍畴壁移动,所以气孔率高的材料,剩余磁感应强度Br较低,矫顽力Hc较高,矩形性较差,磁导率较低。气孔对材料的机械等性能的影响也很显著,这里不作讨论,只叙述气孔对材料品质因素Q的影响,气孔可以提高材料的电阻率,降低涡流损耗,改善材料的品质因素。采用各种措施控制材料的气孔率,可以调节它的高频性能和微波性能。利用铁氧体的多孔性,还可以制作各种用途的温敏铁氧体和多孔铁氧体。
此外,晶粒的均匀性对材料的性能也有直接影响。原材料混合的不均匀和重新积聚,化学组成的偏移(如有过量Fe2O3),杂质(特别是微量的SiO2混入)和气孔的不均匀分布,成型压力和烧成温度的不均匀都可能使部分晶粒得到异常的生长,出现巨晶和微晶交错的双重结构(或称复合结构或孪晶),具有这种双层结构的材料,物理性能、起始磁导率μ0、品质因素及温度系数αu等都较差。
总之,铁氧体的各种物理性能取决于材料的微观结构。例如,在低频磁场下工作的软磁材料,要求有较大的平均粒径,而矩磁材料、旋磁材料和压磁材料所要求的平均直径都比较小,高磁导率和软磁材料的微观结构,只允许在晶界上有少许气孔,要求有最大的密度和最小的孔隙率。甚至高频软磁材料(或称甚高频铁氧体)则要求有较小的平均粒径和一定的气孔率,硬磁材料的平均粒径都比较小。总之,进一步提高微观结构的均匀性,使晶粒均匀,晶界清晰,晶粒形状完整,周围没有氧化区,尽量避免缺位,凹坑和裂纹等结构缺陷,是各种铁氧体材料的共同要求。
2. 气孔的影响