铁氧体磁体的分类、特点和应用

目录

• 什么是铁氧体？

• 铁氧体的分类

• 软磁铁氧体

• 永磁铁氧体

• 软磁材料 vs 永磁材料

• 铁氧体与钕铁硼磁体的区别

• 永磁铁氧体的性能特征

• 铁氧体行业市场

什么是铁氧体？

铁氧体一般是指铁族的和其他一种或多种适当的金属元素的复合氧化物，属于半导体，它是作为磁性介质而被利用。铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，饱合磁化强度也较低（通常只有纯铁的1/3～1/5），因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。铁氧体磁性的主要特点是电阻率远大于金属磁性材料，这抑制了涡流的产生，使铁氧体磁性能应用于高频领域。铁氧体的吸波性能来源于其既有亚铁磁性又有介电性能，其相对磁导率和相对电导率均呈复数形式，它既能产生介电损耗又能产生磁致损耗，因此铁氧体吸波材料具有良好的微波性能。

铁氧体的分类

软磁铁氧体

软磁铁氧体有锰铁氧体(MnO·Fe2O3)、锌铁氧体(ZnO·Fe2O3)、镍锌铁氧体(Ni-Zn·Fe2O4)、锰镁锌铁氧体(Mn-Mg-Zn·Fe2O4)等单组分或多组分铁氧体。电阻率比金属磁性材料大得多，而且有较高的介电性能，因此出现兼有铁磁性和铁电性以及铁磁性和压电性的铁氧体。在高频下具有比金属磁性材料(包括铁镍合金、铝硅铁合金)高得多的磁导率，适用于几千赫到几百兆赫频率下工作。加工铁氧体属于一般陶瓷工艺，因而工艺简单，且节省大量贵金属，成本低。

铁氧体的饱和磁通密度Bs低，通常只有铁的1/3～1/5。铁氧体在单位体积中储存的磁能低，限制了它在要求有较高磁能密度的低频、强电和大功率领域中的应用。它较适于高频小功率，弱电场合中应用。镍锌铁氧体可用作收音机里的天线磁棒和中频变压器磁心，锰锌铁氧体可用作电视接收机中的行输出变压器铁心。此外，软磁铁氧体还用于通信线路中的增感器及滤波器的磁心等。近年来还应用作高频磁记录换能器(磁头)。

永磁铁氧体

永磁铁氧体有钡铁氧体 (BaO·6Fe2O3)和锶铁氧体(SrO·6Fe2O3)。电阻率高，属于半导体类型，故涡流损耗小，矫顽力大，能有效地应用在大气隙的磁路中，特别适于作小型发电机和电动机的永磁体。它不含有贵金属镍、钴等，原材料来源丰富，工艺不复杂，成本低，可代替铝镍钴永磁体。它的最大磁能积(B+H)m较低，因此在相等磁能的情况下，比金属磁体体积大。它的温度稳定性差，质地较脆、易碎，不耐冲击震动，不宜作测量仪表及有精密要求的磁性器件。永磁铁氧体产品主要为各向异性系列。它们可用于制作永磁点火电机、永磁电机、永磁选矿机、永磁吊头、磁推轴承、磁分离器、扬声器、微波器件、磁疗片、助听器等。

按照生产工艺的不同，永磁铁氧体分为烧结和粘结两种，其中烧结又分为干压型和湿压型，粘结分为挤出成型、压制成型和注塑成型。根据成型时是否加外磁场可分为各向同性永磁体和各向异性永磁体。各向同性烧结铁氧体永磁材料的磁性能较弱，但可在磁体的不同方向充磁；各向异性铁氧体永磁材料拥有较强的磁性能，但只能沿着磁体的预定充磁方向充磁。由粘结铁氧体料粉与合成橡胶复合而成的具有柔软性、弹性及可扭曲的磁体又被称为橡胶磁。

软磁材料 vs 永磁材料

上图比较了硬磁体和软磁体的磁滞回线。材料磁化和退磁过程中耗散的能量与磁滞回线的面积成正比。我们可以看到，软磁铁虽然可以达到很高的 Bsat值，但在回路中消耗的能量相对较少。这使得软磁铁更适合用于磁场快速切换的变压器铁芯。

铁氧体与钕铁硼磁体的区别

外观

铁氧体：铁氧体质松且没有金属光泽，一般不电镀，通常为黑色。    

钕铁硼：钕铁硼基本都要进行电镀，否则很容易生锈。表面有银白色金属光泽。

磁力

铁氧体：铁氧体磁力通常为800-1000高斯，密度为5(g/cm3)；   

钕铁硼；在裸磁的状态下，钕铁硼磁力可达到3500高斯左右。密度为7.5(g/cm3)；

性能

铁氧体：铁氧体耐温及稳定性都很好、相比之下钕铁硼普通的耐温只有80度。

钕铁硼；钕铁硼具有体积小、重量轻和磁性强等特点，磁性跟铁氧体完全不在同一级别。

价格

铁氧体：铁氧体通常便宜，很多都是按件计算的，价格跟铁氧体的外形、尺寸、加工难度等都有影响。    

钕铁硼：现在钕铁硼价格几乎一天一变，根据所使用的牌号及特殊要求而定。

永磁铁氧体的性能特征

• 永磁铁氧体在性能上具有高矫顽力和低剩磁的特点。永磁铁氧体矫顽力较大，抗退磁能力较强，适宜在温度变化大的动态磁路环境中工作。

• 永磁铁氧体材质硬且脆，可以用金刚砂工具进行切割加工。

• 主要原材料是氧化物，故不易腐蚀，一般不需要镀层。

• 工作温度：-40℃至+300℃。

注意：铁氧体和钕磁铁也有不同的缺点。铁氧体磁体非常脆弱，很容易破碎。它们不能用在承受很大压力或弯曲的机械上。如果暴露在高温下(超过480华氏度)，它们就会被消磁。它们只有中等强度的磁场，不适合需要强磁场的应用。钕磁铁相对来说比铁氧体磁铁贵。它们很容易生锈，必须采取额外的措施来保护它们不受腐蚀。钕磁铁也非常脆弱，在压力下会破裂。如果暴露在175到480华氏度以上(具体取决于使用的合金)，它们就会失去磁性。

铁氧体行业市场

我国是磁性材料的主要生产国，产量占比全球60%以上，其次是日本、韩国、印度和越南等国。据统计，2021年我国磁性材料销售约130多万吨，其中永磁铁氧体销量为80万吨，占比60%，稀土永磁销量20万吨，占比15%，软磁铁氧体销量30万吨，占比23%，其他磁体销量3万吨，占比2%。

随着汽车动力与环保技术、安全性和舒适性等新技术的发展，永磁铁氧体直流电机由于具有温度适应性好、耐腐蚀等优异特性，已大量应用到汽车发动机、底盘和车身三大部位及附件中，如启动电机、电动天线电机、雨刮器电机、摇窗电机、空气净化电机、电动座椅、ABS电机、风机电机等。据统计，2021年我国汽车领域永磁铁氧体需求量为42万吨，预计2025年达到61.4万吨，随着汽车智能化，自动化水平的提高，单车永磁铁氧体直流电机数量将大幅增长，尤以新能源汽车更为显著。

总体来看，我国永磁铁氧体材料产业发展相对稳定，但国际外围市场的供需变化和原料的价格波动也会对产业发展有一定影响。目前我国永磁铁氧体生产已经相当成熟发达，但我国磁性材料产品大多集中在中低档水平。

未来中国永磁铁氧体产品的技术发展方向为La-Co、La-Zn和磁粉粒度分布控制技术、高取向技术、特殊工艺技术。应开发：

1. 更高磁性能的SrM磁体；

2. 更高温度稳定性的永磁铁氧体材料；

3. 更小而薄的永磁铁氧体磁体；

4. 高精度的尺寸及形位公差永磁铁氧体产品；

5. 多样化的充磁方式(多极各向异性径向充磁、两级各向异性径向充磁、辐射取向各向异性)永磁铁氧体产品；

6. 应用领域更广泛的永磁铁氧体产品。