[科普中国]-矩磁铁氧体

矩磁铁氧体是指具有矩形磁滞倒线的铁氧体。矩磁铁氧体主要用于电子计算机及自动控制与远程控制设备中，作为记忆元件：(存贮器)、逻辑元件、开关元件、磁放大器的磁光存储器和磁声存储器。这种材料广泛用于电子计算机、自动控制和远程控制等尖端科学技术中，用于制作记忆元件、开关元件、逻辑元件、磁放大器、磁光存储器及磁性存储器等。矩磁材料在磁性存储器中主要用于制作环形磁芯，直到现在仍是内存储器用得最多的一种元件。

介绍矩磁铁氧体是指具有矩形磁滞倒线的铁氧体。矩磁铁氧体主要用于电子计算机及自动控制与远程控制设备中，作为记忆元件：(存贮器)、逻辑元件、开关元件、磁放大器的磁光存储器和磁声存储器。

铁氧体磁芯具有开关时间短(几十毫微秒)、体积小、制造方使、成本低等优点。自1955年大量采用铁氧体磁芯存贮器以来，铁氧体磁芯存贮器一直处于统治地位。随着电子计算机向大容量和高速化发展，铁氧体磁芯也向小型化发展。现在已制出6密尔的磁芯(1密尔=0.001英寸)。

随着电子计算机向高速化、大容量方向发展，环形的磁芯尺寸日益小型化，直径巳由原先的0.75 mm减小到0.3～0.5 mm水平，并还在继续设法减小。它具有电阻率高、抗辐射性强、可靠性高、成本低廉等优点。一般密度高、晶粒均匀、结晶各向异性较大的尖晶石型铁氧体都可制成磁特性较好的矩磁材料。1

应用矩磁铁氧体具有矩形磁滞回线，并且矫顽力较大。这种材料广泛用于电子计算机、自动控制和远程控制等尖端科学技术中，用于制作记忆元件、开关元件、逻辑元件、磁放大器、磁光存储器及磁性存储器等。矩磁材料在磁性存储器中主要用于制作环形磁芯，直到现在仍是内存储器用得最多的一种元件。1

主要要求从应用观点看，对矩磁铁氧体的主要要求有以下几点：

①高的剩磁比Br/Bm，Br/Bm在开关元件中是一个重要的参数，称开关矩形比，也表示磁滞回线的矩形度；

②在某些特殊情况下还要求高的Bd/Bm，Bd/Bm也可称为记忆矩形比，Bd为静磁场达到Hm一半时的B值；

③矫顽力Hc要小；

④开关系数要小；

⑤信噪比要高；

⑥温度、振动和时间的稳定性要好。1

存贮作用矩磁铁氧体磁芯的存贮作用是，利用矩形磁滞回线上与磁芯感应Bm。大小相近的两种剩磁状态+Br和-Br，分别代表二进位计算机的"0"和"1"(如图)。当送进+Im电流脉冲时，相当于磁芯受到+Hm磁场的激励而被磁化至+Bm，脉冲过去后，磁芯则保留+Br状态，表示存入信号"1"。反之，当通过-Im电流脉冲时，则保留-Br状态，表示存入信号"0"。在读出信息时可通入-Im脉冲。如果原存为信号"0"，则磁感应的变化由-Br→-Bm，变化很小，感应电压也很小，近乎没有信号电压输出。这表示读出"0"。而当原存为信号"1"时，则磁感应由+Br→-Bm，变化很大，故有明显的信号电压输出，表示读出"1"。这样，根据感应电压的大小，就可判别磁芯所存贮的信息。

铁氧体形成矩形磁滞回线的条件是结晶各向异性和应力各向异性。一般密度高、晶粒均匀、结晶各向异性较大的尖晶石型铁氧体都可制成磁性能较好的矩磁材料。在常温使用的矩磁铁氧体有Mn-Mg、Mn-Cu、及Mg-Cd铁氧体。在-65～+125℃宽温范围内使用的铁氧体有Li-Mn、Li-Ni、Mn-Ni和Li-Cu等。2

烧结工艺各系列铁氧体在烧结过程中，必须正确控制炉内的气氛，镍铁氧体和镍锰铁氧体所要求的氧含量是在中性的或稍具有还原性的气氛中烧结。最常用的气体是氮或二氧化碳。对成分中含有Mn3O4的铁氧体，在温度高于1000℃时，空气已接近平衡的气氛。但是，在较低的温度，空气或氧气的氧化性都太强了，以致会析出Mn2O3，作为非磁性相夹杂物，同时由于热膨胀系数不同而产生不应有的应变。解决烧结中氧化问题有二种方法，最简单的方法是把磁芯放在铂盘内烧结，以很快的速度通过氧化的温度区(约600～1000℃)。另一种方法是把铁氧体缓慢地冷却，让它们受到氧化，然后，再让它们还原，即在保护气氛(一般是氮气中重新加热到1000℃，并且在此气氛中冷却到600℃。这两种方法都可采用。3

相关概念压磁铁氧体压磁铁氧体又称为磁致伸缩材料。压磁铁氧体可以制成磁致伸缩元件，利用其磁致伸缩特性将电能转换为机械能或将机械能转换为电能。压磁铁氧体有Ni-Zn、Ni-Cu、Ni-Mg、Ni-Co等系。其中，Ni-Zn铁氧体的应用最广泛。

压磁铁氧体主要用于超声、水声器件、机械滤波器及电讯器件。利用压磁铁氧体的磁致伸缩效应、磁致伸缩逆效应，铁氧体可应用于测量形变、距离、压力、速度、转矩等。2

旋磁铁氧体旋磁铁氧体又称微波铁氧体。在高频磁场作用下，平面偏振的电磁波在铁氧体中按一定方向传播过程中，偏振面会不停绕传播方向旋转的一种铁氧体材料。广泛应用于微波领域(108～1011Hz)用于制作雷达、通信、电视、测量、人造卫星、导弹系统等方面的微波器件。目前主要利用铁氧体以下三方面特性制成微波器件：①铁磁共振吸收性；②旋转特性；③高功率非线性效应。

常用的微波旋磁铁氧体有尖晶石型和石榴石型两大类，前者价格便宜，后者性能优良。此外，在毫米波段也可使用六方晶系铁氧体。在材料制备方面主要分为多晶、单晶、薄膜三大类。

铁氧体在微波波段中具有许多特殊性质和效应。目前，主要利用铁氧体如下三个方面的特性，制成微波器件：

a．铁磁共振吸收现象：用于工作在铁磁共振点的器件，例如共振式隔离器；

b．旋磁特性：用于各种工作在弱磁场的器件，例如法拉第旋转器、环行器、相移器；

c．高功率非线性效应：用作非线性器件，例如，倍频器、振荡器、参量放大器。

旋磁铁氧体的种类很多。目前微波领域广泛应用的旋磁铁氧体主要是尖品石型铁氧体和石榴石型铁氧体.其中，尖晶石型铁氧体的用途最广。2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学