08[4].磁学材料

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1、§8.4旋磁铁氧体材料石榴石型铁氧体的晶体结构与离子取代石榴石铁氧体的饱和磁化强度石榴石铁氧体磁晶各向异性及磁致伸缩特性旋磁材料的技术要求旋磁铁氧体材料的损耗常用旋磁铁氧体材料§8.4旋磁铁氧体材料旋磁铁氧体（又称微波铁氧体）是指适用于微波频段的旋磁媒质。旋磁铁氧体在微波技术有着广泛的应用，利用其旋磁特性及非线性效应等可制成多种铁氧体器件（如隔离器、相移器、环行器、调制器等线性器件；振荡器、倍频器、限幅器、放大器等非线性器件）。实际应用中有尖晶石型、石榴石型，以及应用于毫米波段的磁铅石型。1.旋磁材料主要技术参数;2.损耗特性分析;3.常用的旋磁材料;概述:什么是旋磁材料

2、?1.静态:H0,h()=0,B=µH,µ为实数;2.动态交变场(高频软磁):H=0,h()0,B=µH,µ为复数;3.交变场+恒磁场(旋磁:200-56000MHz):H0,h()0,µ为张量;§8.4.1石榴石型铁氧体的晶体结构与离子取代慨述：石榴石:损耗低,可以方便调整Ms,△H，△HK;主要应用:微波及光波领域;1．石榴石一般化学式:{A3}[B2](C3)O12{}为十二面体;[]为八面体;()四面体;A:二价金属离子;如:Ca2+,Fe2+,Mg2+,Mn2+；B:三价Fe3+或其它3d过渡族金属离子Al3+,Cr3+,Mn3+C:一般为S

3、i4+2．天然石榴石:(Fe•Mn)3Al2(SiO4)33．磁性石榴石铁氧体由稀土R3+和Fe3+取代Mn2+,Si4+生成化学式为R3Fe5O12(3R2O3•5Fe2O3)简称RIG(YIG)可用于微波,激光,磁光,磁泡。§8.4.1石榴石型铁氧体的晶体结构与离子取代§8.4.1石榴石型铁氧体的晶体结构与离子取代一、单位晶胞1．由金属离子16a(八面体)构成体心立方结构.点阵常数a=12.5埃,基本上仍有O2-密堆而成（面心）;由于R3+太大,不能占四面体(24d)和八面体(16a),占氧位又太小,而占12面体(24c)位,所以石榴石结构比尖晶石结构复杂一些。2．

4、除96个O2-外,具有三种金属离子位置。1>.4个O2-包围的四面体位有24个(简称24d或d位)由Fe3+所占;2>.由6个O2-包围的八面体有16个(简称16a或a位);由Fe3+所占3>.由8个O2-包围的12面体有24个(简称24c或c位);由R3+所占§8.4.1石榴石型铁氧体的晶体结构与离子取代3．每个小立方构成体心立方结构，含占据八面体位(16a)的金属离子2个；4．四面体(24d)与十二面体(24c)位的金属离子处于小立方的6个晶面的中心线的1/4(或3/4），故每个小立方包含3个占据四面体和3占据十二面体位的金属离子;5．单位晶胞有8个小立方，因此单

5、位晶胞的64个空位(8×2a+8×3d+8×3c)全被金属离子占据.金属离子分布式如下：{R3}[Fe2]（Fe3）O12§8.4.1石榴石型铁氧体的晶体结构与离子取代石榴石铁氧体结构特点：1．金属离子间隙完全被金属离子占据，制造中要求配方准确,烧结温度高；2．相对于尖晶石结构，新增十二面体金属离子位置，增加了离子取代途径，有利于改善材料性能;离子置换条件：金属离子总和=8R2O3过量,出现RFe2O3如不满足→(钙钛矿结构铁氧体）;化学价平衡=24Fe2O3过量,出现Fe2O3或Fe3O4另相§8.4.1石榴石型铁氧体的晶体结构与离子取代二、离子取代规律采用离子取代

6、来改变石榴石铁氧体的某些磁特性，以满足各种应用上的需要。规律：总的说来，与尖晶石铁氧体一样，除应满足摩尔比外其占位倾向性也应由金属离子半径、化学键及晶场等因素决定。8.4.2石榴石铁氧体的饱和磁化强度一、分子磁矩的计算两近邻磁性离子Me---O---Me之间超交换作用决定于离子间距及夹角;Fe3+(a)--------O2---------Fe3+(d)夹角126.6o2.001.88Fe3+(d)--------O2--------R3+(c)夹角122.2o;1.882.43存在着由金属离子占据的c、a、d三种间隙位置，因此有六种类型的超交换作用：a-a，d

7、-d，c-c，a-d，a-c，d-c。作用最强的为：a-d，其次为：d-c。a-d位置上的离子磁距反向排列，a-c位置上的离子磁距同向排列。在0K的各位置磁矩排列:{24c}[16a](24d)R3Fe23+Fe33+O123mRµB2×5µB3×5µB↑↑↑↑↑↓↓↓分子磁矩nB=

8、mc-(md-ma)

9、=

10、3mR-5

11、µB对YIGY3+的mC=0总nB=5µB方向与24d相同;对Gd3Fe5O12Gd的mR=7总nB=(3×7-5)µB=16µB方向与24c和16a相同;二、石榴石磁化强度的温度特性特性：大多数石榴石铁氧