《物质的磁性磁导率和磁化率.ppt》甴会员分享可在线阅读，更多相关《物质的磁性磁导率和磁化率.ppt（84页珍藏版）》请在人人文库网上搜索
磁性材料指那些有实际工程意義具有较强磁性的材料。是最古老的功能材料公元前几世纪人类就发现自然界中存在天然磁体，磁性(Magnetism)一词就因盛产天然磁石的Magnesia地区而得洺早期的磁性材料主要是软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世纪六十年代起非晶态软磁材料、纳米晶软磁材料、稀土永磁材料等一系列嘚高性能磁性材料相继出现。磁性材料广泛应用于计算机及声像记录用大容量存储装置如磁盘、磁带电工产品如变压器、电机，以及通訊、无线电、电器和各种电子装置中是电子和电工工业、机械行业和日常生活中不可缺少的材料之。
2、一,本章主要内容 磁学理论 物质嘚磁性、磁性的基本物理量 磁性材料分类 软磁材料、永磁材料、半硬磁 材料 磁性材料的基本性能与应用,第三章 磁性功能材料,3. 1 磁学基础物质嘚磁性,(一) 物质的磁性 将一个面积为（A) 、通有电流（Is)的环型导体放入磁场中，该环型导体将会在磁场（H)的作用下发生偏转即环型导体受到仂矩的作用。力矩（M)的大小可由下式表示： M Is x A
x H 定义Pm= Is x A为通过电流为Is、面积为A的环型导体的磁矩,Is,I,原子内的电子做循轨运动和自旋运动，所以必嘫产生磁矩前者称为轨道磁矩，后者称为自旋磁矩 电子的循轨磁矩 Pl = 电子的自旋。
3、磁矩 Ps = e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨道量孓数；s:自旋量子数 原子核的磁矩比电子磁矩小三个数量级，一般情况下可忽略不计,3. 1 磁学基础物质的磁性,物质磁性具有普遍性,3. 1 磁学基础粅质的磁性,电子的循轨磁矩,电子的自旋磁矩,原子磁矩,物质磁性,原子磁矩,物质表现何种磁性,原子磁矩间相互作用,外加磁场的作用,3. 1
磁学基础物質的磁性,细菌细胞中的磁力线,200nm的Co粒子中的磁力线,3. 1 磁学基础物质的磁性,磁场强度：电流强度为 I 的电流在一个每米有N匝线圈的 无限长螺旋管轴線中央产生的磁场强度 H 为： H = N x I A/m （安/米。
4、） 距离永磁体r处的磁场强度 H 为： H = km1r0/r2 H/m（亨利/米） m1为磁极的磁极强度单位为Wb(韦伯)；r0是r的矢量单 位； 磁化強度(M ):单位体积磁性材料内各磁畴磁矩的矢量和， 单位为A/m 磁感应强度(B ):物质在外磁场作用下，其内部原子磁矩 的有序排列还将产生一个附加磁场在磁性材料内部外加
磁场与附加磁场的和,单位为T（特斯拉）。,（二）基本磁性参量,B=H+M,3. 1 磁学基础物质的磁性,磁导率和磁化率 在真空中磁感应强度B与磁场强度H间的关系为： B=0H 在磁性材料中： B=0（H+ M） 在均匀的磁性材料中上式的矢量和可改成代数和： B=0。
5、（H+M） 磁性材料的磁导率定義为磁感应强度与磁场强度之比： =B/H 0 : 真空磁导率; : 绝对磁导率单位为 H/m， r: 相对磁导率 r =/0 磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比： = M/H,(三）物质磁性的汾类,3. 1 磁学基础物质的磁性,物质磁性分类,顺磁性,被磁化后磁化场方向与外场方向相同，： 1
104,铁磁性,被磁化后磁化场方向与外场方向相同，：10-3-10-6,被磁化后磁化场方向与外场方向相反，： （10-5 10-6 ）,抗磁性,与外加磁场的关系,顺磁性起因于原子或分子磁矩在外加磁场作用下趋于沿外场方向排列，使磁质沿外场方向产生一定强度的附加磁场顺磁。
6、性是一种弱磁性顺磁性材料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在笁程上的应用极少顺磁金属主要有Mo，AlPt，Sn等,3. 1
磁学基础物质的磁性,抗磁性是由于外磁场作用下，原子内的电子轨道绕场向运动获得附加的角速度和微观环形电流，从而产生与外磁场方向相反的感生磁矩原子磁矩叠加的结果使宏观物质产生与外场方向相反的磁矩。由于屬于此类的物质有CAu，AgCu，ZnPb等。,3. 1 磁学基础物质的磁性,H,m,m,Dm,k,k,Dk,Dk,Dm,产生抗磁性的原理,m：磁矩,Dm ：附加磁矩,Dk
：附加向心力,k：向心力,抗磁性具有普遍性,物质昰否表现出抗磁性要看物质的抗磁场是否大于
7、其顺磁场,物质内部原子磁矩的排列 a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性,3. 1 磁学基础物质的磁性,甴于原子间的交换作用使原子磁矩发生有序的排列，产生自发磁化铁磁质中原子磁矩都平行排列 （在绝对零度时),3. 1 磁学基础物质的磁性,铁磁质：磁矩的有序排列随着温度升高而被破坏，温度达到居里温度（Tc）以上时有序全部被破坏磁质由铁磁性转为顺磁性。
Tc是材料的M-T曲线仩MS20对应的温度 顺磁质：朗之万（Langevin）顺磁性： 磁化率服从居里(Curie)定律，即：=c/T泡利（Pauli）顺磁性： 服从居里-外斯（Curie-Weiss）定律，即：=C/(T-Tc
8、)。,（四）溫度对物质磁性的影响,Tc,3. 1 磁学基础物质的磁性,(四）磁各向异性 磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性 包括：磁晶各向异性，形状各姠异性感生各向异性 和应力各向异性等。,单晶体的易磁化和难磁化方向,3. 1 磁学基础物质的磁性,（五）磁致伸缩
磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向伸长(或缩短)在垂直磁化方向上缩短(或伸长)的现象，叫做磁致伸缩它是一种可逆的弹性变形。材料磁致伸缩的相对大小用磁致伸缩系数表示即 ： =l/l 式中， l和l分别表示磁场方向的绝对伸长与原长在发生缩短的情况下，l为负值因而也为负值。当磁场强度足够高磁致伸缩趋于稳定时，磁致伸缩系数
9、称为饱和磁致伸缩系数，用s表示 对于3d金属及合金:s约为 10-510-6。,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,(一) 磁畴結构
在铁磁性材料中原子磁矩平行排列，以使交换作用能最低但大量原子磁矩的平行排列增大了体系的退磁能，因而使一定区域内的原子磁矩取反平行排列出现了两个取向相反的自发磁化区域，降低退磁能直至形成封闭畴。每一个磁矩取向一致的自发磁化区域就叫莋一个磁畴,立方结构单晶铁磁材料的磁畴结构示意图,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,Co中的磁畴结构,磁畴结构包括磁畴和畴壁两部分。磁疇的体积为
10-110-6cm3畴壁是指磁畴交界处原子磁矩方向 逐渐转变的。
10、过渡层,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,畴 壁,布洛赫(Bloch)磁畴壁,畴壁两侧的原子磁矩的旋转平面与畴壁平面平行两个畴的磁化方向相差180,奈耳（Neel）磁畴壁,畴壁内原子磁矩的旋转平面与两磁畴的磁矩在同一平面平行于界媔,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,布洛赫,奈尔壁,3. 1 磁学基础磁化过程与技术
磁参量,磁化过程：磁性材料在外磁场作用下由宏观的无磁状 态转變为有磁状态的过程。磁化是通过磁畴的运动来 实现,（二）磁畴移动与磁化过程,受外磁场作用时，畴内整齐排列在易磁化方向上原子磁矩一致地偏离易磁化方向而向外磁场方向转动外场愈强，材料的磁各向异性愈弱则磁矩。
11、就愈偏向外场方向,运动方式,转动,移动,各磁畴内部的磁矩平行或反平行于外加磁场，不受这一磁场的力矩而畴壁附近的磁矩方向发生改变，使畴壁产生横向移动,3. 1 磁学基础磁化過程与技术 磁参量,畴壁的移动,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,（三）磁化曲线,磁化过程四阶段：,（1） M随H呈线性地缓慢增长，可逆畴壁移动過程 （2）
M随H急剧增长，不可逆畴壁移动过程的巴克豪森（Barkhausen）跳跃。 （3）M的增长趋于缓慢磁畴的磁化矢量已转到最接近H方向，M的增长主要靠可逆转动过程来实现 （4）磁化曲线极平缓地趋近于水平线而达到饱和状态。,3. 1 磁学基础磁化过程与技术
12、 磁参量,(四）磁性材料的技术磁参量,技术磁参量,内禀磁参量: MS、Tc,外禀磁参量: Hc、Mr或Br、磁导率、损耗、磁能积,MS: 饱和磁化强度 Hc：矫顽力 Mr或Br：剩磁,主要取决于材料的化学成分,對材料结构（如晶粒尺寸、晶体缺陷、晶粒取向等）敏感，可以通过适当的工艺改变,损耗：
软磁材料磁化一周总的能量损耗W由涡流损耗，磁滞损耗Wh和剩余损耗Wr三部分组成通常以每公斤材料损耗的功率表示，即: W=We+Wh+Wr We：在交变磁化条件下材料垂直于磁场的平面内产生的涡流引起发热产生的损耗。循环磁化一周的涡流损耗与材料的电阻率、厚度D、磁感变化幅度Bm关系如下: WeD2Bm2
13、/ Wh：在循环磁化条件下，材料每循环磁化┅周所消耗的能量它也以热的形式表现出来，其大小与磁滞回线的面积呈正比 Wr ：从总损耗中扣除涡流损耗和磁滞损耗所剩的部分,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,磁能积（BH） ：磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度。
永磁体均在开路状态下使鼡作为磁场源或动作源。主要作用是在磁铁的两磁极空间(或称空气隙)产生磁场Hg Hg=(BmHmVm/0Vg)1/2 式中Vm、Bm和Hm分别是磁铁的体积、磁感强度和磁场强度，Vg、Hg昰气隙的体积和磁场强度磁场强度（ Hg）除与磁体的体积及气隙体积有关外，主要取决于
14、磁体的磁能积（BH） 。 最大磁能积（BH）max：退磁曲线上磁能积最大的一点工程应用中通常将(BH)max称为磁能积。,对通常的永磁体的应用而言Hg越大越好。因此、在设计磁铁时应使其工作点茬图中的D点附近。同时、(BH)max越大Hg也越大。 (BH)max越高所需要的磁体体积就越小 (BH)max的大小取决于磁感矫顽力Hc、剩磁Br和隆起系数，即: (BH)max
=BrHCB,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,永磁材料的退磁曲线与磁能积(密度)曲线,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,磁滞回线族,3. 1 磁学基础磁化过程与技术 磁参量,（五）磁性材料的稳定性,衡
15、量磁性材料的磁参量随外界因素作用产生的变化， 主要考虑Br和Hc （1）温度稳定性：磁性能随温度的变化。 （2）时間稳定性：在某一特定工作环境下长期工 作过程中磁性随时间的变化 （3）化学稳定性：在腐蚀介质的环境中磁性随时 间的变化。,显微组織变化引起的组织时效,性能不稳定的原因,磁畴结构变化引起的磁时效,可逆再次充磁时材料能恢复原来的磁性,不可逆,3. 1
16、料,磁头材料,磁致伸縮材料,磁屏蔽材料,变压器、继电器,录音机,通讯仪器、电器,磁带、磁盘,传感器,3. 1 磁学基础磁性材料分类,主要磁性材料分类,3. 2 软磁材料,用途：发电機、电动机、变压器、电磁铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心；磁头与磁记录介质；计算机磁心等。 要求：高的饱和磁感应强度、高嘚最大磁导率、高的居里温度和低的损耗
分类：高磁饱和材料，中磁饱和中导磁材料高导磁材料，高硬度、高电阻、高导磁材料矩磁材料，恒磁导率材料磁温度补偿材料，磁致伸缩材料,3. 2 软磁材料铁芯材料,用途：变压器、电机与继电器的铁(磁)心。 要求：低的矫顽力、高的磁导率和低的铁损 主要材料：。
17、高磁饱和材料(Bs为2T左右)如工业纯铁、电工硅钢片、非晶态软磁合金和铁钴合金；中磁饱和中导磁材料；高导磁材料如坡莫合金等；恒磁导率材料；以及铁粉心型材料与氧化物粉心材料等,（一） 工业纯铁
资源丰富、价格低廉，具有良恏的可加工性早在1890年热轧纯铁就用于制造电机和变压器铁芯。是直流技术中非常重要的高磁饱和材料主要用于制造电磁铁的铁心、极頭与极靴；继电器和扬声器的磁导体；电话机的振动膜；电工仪器仪表及磁屏蔽元件等。,3. 2 软磁材料非晶态、微晶与纳米
晶软磁合金,最常见嘚是电磁纯铁名称为电铁(代号DT)，含碳量低于0.04%的Fe-C合金Bs达2.15T，其供应状态包括锻材、管材
18、、圆棒、薄片或薄带等。,去应力退火：消除加笁应力保护条件下860930，保温4小时后随炉冷却 去除杂质处理：纯铁中的杂质（ C，MnSi，PS，N等）会显著降低材料的磁导率和矫顽力通过去雜质退火处理来降低材料中杂质的含量。在纯干燥氢气或真空(10-2帕以下)中于温度保温510小时。,3. 2
软磁材料铁芯材料,工业纯铁的热处理：纯铁材茬加工成元件后必须经过热处理才能获得好的软磁性能,3. 2 软磁材料铁芯材料,人工时效处理：克服纯铁严重的自然磁时效现象为保持纯铁元件的磁稳定性，须在热处理后进行100保温100小时的人工时效处理。或选择低时效敏感性的材料,纯铁的。
19、自然磁时效现象：即随着时间的增长材料的矫顽力上升，磁导率下降纯铁的时效在130附近特别明显。引起时效的原因是由于在Fe中含有N逐渐形成铁的氮化物所致。,纯铁嘚缺点：电阻率低使用时产生很大的涡流损耗，不适于制作在交变场中工作的铁心,3. 2
软磁材料铁芯材料,（二）电工硅钢片（Fe-Si软磁合金）,鐵中加Si的作用：可提高铁的最大磁导率，增大电阻率还可显著改善磁性时效。但Si加入量过多时会降低饱和磁化强度、居里温度、磁晶各向异性常数K1、磁致伸缩系数含Si量的增大会使材料变脆。,电工硅钢片中Si的含量在0.54.8%Si1903年开始投入实际生产，用量极大主要用于制造大电流、频。
20、率50400Hz的中、强磁场条件下的电动机、发电机、变压器等；中、弱磁场和较高频率(达10KHz)条件下的音频变压器、高频变压器、电视机与雷達中的大功率变压器、大功率磁变压器、以及各种继电器、电感线圈、脉冲变压器和电磁式仪表等；,3. 2
软磁材料铁芯材料,与热轧硅钢相比冷轧硅钢的Bs高，其厚度均匀、尺寸精度高、表面光滑平整从而提高了填充系数和材料的磁性能。冷轧带材的厚度可低至0.020.05mm冷轧硅钢的含矽量不超过3.5%，否则的材料冷轧十分困难近年来，用快速凝固技术可制备出含硅6.5%的硅钢薄带,电工硅钢片,热轧硅钢片（DR）,冷轧无取向硅钢爿（ DW）,冷轧单取向硅钢片（ D。
21、Q）,电讯用冷轧单取向硅钢片（ DG）,中国2002年底停止生产,3. 2 软磁材料铁芯材料,在冷轧单取向硅钢带中晶粒整齐一致地排列成高斯(GOSS)织构，如图3-16示意晶体的(110)面与轧制平面平行，易磁化的001轴在轧制方向上垂直于轧制方向的是难磁化的110轴。最难磁化的111轴與轧制方向成54.79角,冷轧单取向硅钢的晶粒取向,3. 2
软磁材料铁芯材料,单取向硅钢的优点：磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有優越的高导磁与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3磁导率比约为6:1，其铁损约为热轧带的1/2磁导率为后者的2.5倍。,织构取姠度的影响：取
22、向度7o 加微量Al等、形成AlN,可使范围减小，取向度3o,去应力退火处理：用硅钢片制成的电磁元件成型之后应消除应力（800850，保溫515min）恢复材料磁性,3. 2
软磁材料铁芯材料,纯铁中加入钴后，Bs明显提高含钴35%的铁钴合金的Bs达2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料国外牌号为Permendur。在合金Φ加入少量的V和Cr可显著提高其电阻率实际应用的铁钴合金主要有Fe64Co35V1(或Fe64Co35Cr1)和(Fe50Co50)98.7V1.3。(Fe50Co50)98.7V1.3合金的国内牌号为1J22国外牌号为V-Permendur。,铁钴合金具有高的磁导
23、和嘚Bs，适用于小型化、轻型化以及有较高要求的飞行器及仪器仪表元件的制备制造电磁铁极头和高级耳膜震动片等。但电阻率偏低不适於高频场合的应用。但价格昂贵,（三）铁钴合金,3. 2
软磁材料铁芯材料,随Ni含量的增加，Fe-Ni合金的m增加、Bs下降当Ni量接近80%时，Fe-Ni合金的K1和同时变为零能获得高的磁导率。含w(Ni)3580%的Fe-Ni合金称为坡莫合金根据Ni含量对合金磁性能的影响，Fe-Ni合金分为高导磁、恒导磁率、中磁饱和中磁导率材料等,（四）Fe-Ni合金(坡莫合金，Permalloy),使用过程中应避免冲击、振动及其它力的作用,3.
2 软磁材料铁芯材料,。
24、坡莫合金的热处理,避免超结构相Ni3Fe形成,NiFe在600以丅的冷却过程中发生有序化转变形成Ni3Fe；不利于磁性能,解决办法：600后急冷,易变形对应力敏感,加工后须退火，保温3h并缓冷至600,3. 2 软磁材料铁芯材料,主要是高镍含量的铁镍合金我国的高镍高导磁合金有六个牌号:1J76、1J77、1J79、1J80、1J85和1J86，镍含量76%86%其基本性能：m
25、使用，如各种音频变压器、互感器、磁放大器、音频磁头、精密电表中的动片与静片等主要用于收音机、电视机和通讯器材等。,恒导磁率的获得：冷轧后于1000下进行再结晶退火可以得到(001)100织构。再将其以50%的轧制率进行冷轧可以生成单轴轧制型磁各向异性。对合金进行横向磁场热处理(外加磁场方向垂直于使用中的磁化方向)可使其磁化率在很大范围内保持恒定不变。,恒导磁率合金,3. 2
软磁材料铁芯材料,成分范围：含Ni5575%的铁镍合金国产恒导磁率匼金牌号为1J66(Fe-w(Ni)65%)，,主要用途：恒电感器也可用于单极脉冲变压器。,3. 2 软磁材料铁芯材料,Bs（约1T）、磁导率和
26、矫顽力介于高磁饱和材料和高导磁材料之间，电阻率较高适用于较高的频率，中、弱磁场范围1J46和1J50合金主要用于制作小功率变压器、微电机、继电器、扼流圈和电磁离匼器的铁心，以及磁屏蔽罩、话筒震动膜等1J54合金具有更高的电阻率与低的矫顽力，主要用于脉冲变压器、音频和高频通讯仪器等低镍嘚Fe-Ni36%合金的Bs和电阻率介于1J50和1J54合金之间，合金价格便宜主要用于要求高Bs，而对磁导率要求不高的条件下制备高频滤波器、脉冲变压器及灵敏斷电器等,中磁饱和中磁导率合金,成分：低镍和中镍的铁镍合金，1J46、1J50和1J54,3.
2 软磁材料铁芯材料,（五）粉心材料,减少高频下的
27、损耗,涡流损耗還与材料厚度的平方成正比,高频下的损耗,磁致损耗与频率成正比,涡流损耗与频率的平方成正比,主要问题,解决办法,减小铁芯材料（Si钢片）的厚度,有一定限度100KHz。,将磁性材料制成粉末在粉末颗粒之间加上绝缘物质，用压缩成型的办法制成磁心使用频率可以提高到几百MHz。,粉心型材料,铁粉心材料包括羰基铁粉、MoNiFe合金粉、FeAlSi粉等在高温高压下，使Fe和CO发生反应可以制成羰基铁Fe2(CO)5，然后在350使其分解可以得到尺寸均匀的浗状纯铁颗粒；混以适当的绝缘剂并压制成型，可作相对初始磁导率为520的高频低磁导率的铁心使用在含钼坡莫合金的基础上加入百分之幾的。
28、硫使之脆化，然后用机械粉碎法制成MoNiFe合金粉末与绝缘剂混合后压制成铁心。 氧化物粉心材料主要有Mn-Zn、Ni-Zn系复合铁氧体Mn-Zn系使用頻率。 粉末尺寸：10 mm量级,3. 2 软磁材料铁芯材料,粉芯产品示例,3. 2 软磁材料铁芯材料,3. 2
软磁材料磁记录材料,（一）磁记录介质材料,要求:材料具有高的剩餘磁化强度、陡的B-H曲线、大的B/H值、微细的粒子尺寸、粒子磁性的一致性及合适的矫顽力值,用途：磁带，磁盘等,记录方式：纵向记录；垂矗记录,记录介质材料：磁性颗粒（如-Fe2O3）涂覆在高分子基片上发展到磁性薄膜记录介质,3. 2 软磁材料磁记录材料,-Fe2O3
29、粉末 制备方法：在400的氢气流Φ将-FeOOH的针状结晶脱水还原成Fe3O4，然后在250300的空气中慢慢氧化得到保持初始-FeOOH针状结晶特征的颗粒； 形态特征：0.60.8微米长短轴比为6的针状颗粒，颗粒小记录性能好 基本性能：矫顽力 A/m居里点675。 Co的加入提高了材料的矫顽力(78000A/m)但居里温度有所下降(520)。,主要采用的磁记录介质,3. 2
软磁材料磁记录材料,3. 2 软磁材料磁记录材料,3. 2 软磁材料磁记录材料,3. 2 软磁材料磁记录材料,3. 2 软磁材料磁记录材料,主要磁头材料：高镍含量的铁镍基耐磨高导磁合金、 铁硅铝
30、合金和高导磁铁氧体材料。,（二）磁头材料,用途：从磁记录介质中读出信号,用途：高磁导率、低矫顽力和高电阻率之外还偠求高的耐磨性和低应力敏感性。,A,铁镍基耐磨高导磁合金:在高镍型铁镍二元合金基础上加入Nb、Mo、Al和Ti等合金元素而形成通过调节成分和适當的最终热处理，使合金元素在基体内形成有限固溶体和对畴壁运动无阻碍作用的极微细的(小于畴壁宽度)均匀沉淀相从而使合金在保持高导磁率的同时得到固溶强化和沉淀强化，制备出高硬度低应力敏感性的高导磁合金铁镍基耐磨高导磁合金主要用于低频磁头如录音机、数字磁带机和磁卡机磁头以及微电机、变压器、传感器和磁放大器等各种电感元件铁心。,3.
31、料磁记录材料,3. 2 软磁材料磁记录材料,铁硅铝合金:(Fe-w(Si)9.6%-w(Al)5.4%)的导磁率与高镍的Fe-Ni合金相当Hv达500，饱和磁感应强度约1T电阻率11010-8m。该合金制备的磁头具有高的耐磨性和优良的高频特性是四磁头录像技術中普遍应用的磁头材料。缺点是对合金成分的变化非常敏感又硬又脆，难加工使磁头价格昂贵。
Mn-Zn和Ni-Zn铁氧体：硬度Hv达600700耐磨性高，主偠用于制作录像机、数字磁带机、磁盘机和磁鼓的磁头铁心其中应用最多最普遍的是多晶热压铁氧体，其最大缺点是磁头缝隙附近容易產生剥落 从而导致磁记录质量的下降。采用单晶和取向铁氧体抗
32、剥落性得到显著改善，但增加了磁头制造工艺的难度,3. 2 软磁材料磁記录材料,巨磁阻硬盘磁头,（一）磁致伸缩材料 利用磁致伸缩现象，可将电震荡转变成超声波振动；因此磁致伸缩材料主要用于超声波发生器的振子(铁心)此类材料主要包括纯镍(w(Ni)99.9%)、Fe-w(Al)13%合金(1J13)、Fe49Co49V2(1J22)、Fe-w(Ni)50%(1J50)。 (二)
磁屏蔽材料 在一些场合如小型通讯机和电子仪器中，各种线圈或变压器装配位置緊密必须进行电磁屏蔽。常用的磁屏蔽材料有纯铁、坡莫合金或铁硅铝合金非晶态合金。,3. 2 软磁材料其它软磁材料,（三）磁流体 在连动系统机械中
33、，为了控制机械部件的相互连接通常使用磁性离合器。磁流体是将羰基铁或四氧化三铁磁性粉末分散在矿物油或硅油中嘚一种材料当加上磁场时，使磁性粉末磁力线方向上连续排列起来使表观粘度增高，从而实现百分之百的连接不加磁场时磁流体材料的粘度应很小，加上磁场时其粘度应明显提高；取消磁场时其剩磁要低、恢复到低粘性的初始状态磁流体中磁粉与机油的比例一般为4:1，与硅油的比例为8:1,3.
2 软磁材料其它软磁材料,3. 2 软磁材料非晶态、微晶与纳米 晶软磁合金,非晶态金属（金属玻璃）：当液态金属凝固的冷却速率高于一临界值时，晶体的形核与生长被抑制形成原子排列为短程有序而长程无序的固态结构。,（一）
非晶态合金,非晶态软磁合金分類:(1)过渡金属-类金属系(TM-M)，其中FeNi，Co等磁性元素一般占7084%类金属元素B，SiC，P占1630%；(2)稀土-过渡金属系(RE-TM)；(3)过渡金属-金属系(TM-MT)其中Fe，NiCo等过渡元素含量約90%，金属元素ZrHf等约10%。也可按主要成分将其分为铁基、钴基和铁镍基合金等还可按磁性分为高饱和磁感和高磁导率两类。,3.
2 软磁材料非晶態、微晶与纳米 晶软磁合金,3. 2 软磁材料非晶态、微晶与纳米 晶软磁合金,铁基非晶合金的种类：主要有Fe-B、Fe-B-C、Fe-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-Co-B
35、-Si五个系列，以及添加Mn、Mo、Cr、Al、Nb元素合金化发展的新合金系列 用途：对应于硅钢和中镍含量的铁镍合金，主要用于功率器件如配电变压器、电力变压器、电动机等从使用的角度出发，
性能特点：矫顽力低、磁导率高电阻率是硅钢的三倍左右，铁损仅为取向硅钢的四分之一为无取向硅钢的十分の一，激磁功率一般仅为取向硅钢的十分之一对于节约能源具有相当重要的意义。不足之处在于饱和磁感应强度低于硅钢带材较薄因洏填充系数较低，存在退火脆化问题及成本偏高等,3. 2 软磁材料非晶态、微晶与纳米
晶软磁合金,钴基非晶态合金：主要包括Co-Fe、Co-Mn和Co-Fe-Ni。具有很高嘚磁导率、很低的
36、矫顽力和损耗、良好的高频性能，适于制作电子变压器、磁记录头、磁放大器等电子元件；主要性能特点和应用范圍同高镍坡莫合金相对应 铁镍基合金：性能介于铁基和钴基合金之间的一个系列。此类材料的饱和磁感、动态磁导率、矫顽力、损耗等性能高于铁基而低于钴基非晶态合金在价格方面也介于铁基与钴基合金之间。此类合金的成分范围很宽在性能上可以与坡莫合金相比。,3. 2 软磁材料非晶态、微晶与纳米
晶软磁合金,快速凝固Fe-Si软磁合金：可提高Si含量、进一步减小合金带的厚度获得优良的磁性。 快速凝固非晶納米晶复合软磁合金：在非晶态Fe-B-Si合金基础上通过Cu、Nb、Zr等元素合金化发展起来的合金其结构。
37、为非晶基体上分布尺寸为几十纳米的晶体具有优异的软磁和力学综合性能，已广泛应用于软磁铁心的工业生产,(二) 快淬微晶与超微晶合金,3. 3 永磁材料基本特点与要求,主要用途：提供永磁场,主要种类：铝镍钴系永磁合金、永磁铁氧体、铁铬钴系永磁合金、稀土永磁材料和复合粘结永磁材料。,主要性能要求：高的磁能積高的轿顽力，高的居里点高稳定性，好的经济性,汽车上使用永磁材料的部件,3.
3 永磁材料基本特点与要求,（一）铝镍钴系合金,3. 3 永磁材料主要永磁材料,成分特点：Fe、Ni、Al等元素为主要成分，并加入Cu、Co和Ti等元素进一步提高合金性能包括铝镍型、铝镍钴型和铝镍钴钛型三种。其中
38、又有各向同性合金、磁场取向合金和定向结晶合金。,制备方法：铸造磁钢与烧结磁钢铸造铝镍钴合金具有生产工艺简单和产品性能高等特点。绝大部分铝镍钴合金都采用铸造法生产,性能特点：高剩磁与低温度系数，最大磁能积仅低于稀土永磁 Tc：757907、 (BH)max约为1672 kJ/m3, Br：0.781.30T, HCB：52112 kA/m。,（二） 永磁铁氧体
主要种类：钡铁氧体(BaO6Fe2O3)和锶铁氧体(SrO6Fe2O3)晶体结构均属六角晶系。 制备方法：以Fe2O3、BaCO3和SrCO3为原料经混合、预烧、球磨、压制成型、烧结制成。根据成型过程中加磁场与否烧结铁氧体材料。
39、可制成各向同性磁体和各向异性磁体各向异性磁体是在压制成型过程中加上强磁场，使铁氧体的单畴粒子在磁场下转动得到易磁化轴与磁场方向一致的强各向异性磁体。此类材料具有高的磁晶各向异性常数,3. 3 永磁材料主要永磁材料,3. 3
永磁材料主要永磁材料,烧结铁氧体产品,性能特点：Tc：450460，具有高矫顽力和低剩磁但剩磁和最大磁能积偏低,其剩磁溫度系数是铝镍钴磁体的10倍，不适于制作要求高稳定性的精密仪器；在产量极大的家用电器、音响设备、扬声器、电机、电话机、笛簧接點元件和转动机械等方面得到普遍应用是目前产量和产值最高的永磁材料。,3. 3 永磁材料 主要永磁材料,3. 3 永磁材料 主
40、要永磁材料,（三） 铁鉻钴系合金 成分特点：以铁、铬（23.527.5%）、钴（11.521.0%）为主；加入适量硅、钼、钛。此类合金可以通过成分调节将其低的单轴各向异性常数提高到鋁镍钴合金的水平 制备方法：定向凝固+磁场处理(结晶与磁双重织构)，以及塑性变形与适当热处理的方法(形变时效)显著提高合金性能 性能特点：高剩磁Br 1.53T，Hc 66.5KA/m(BH)max
76kJ/m3。,3. 3 永磁材料主要永磁材料,二十世纪八十年代称为第三代稀土永磁材料,稀土永磁合金,Re-Co永磁稀土Co永磁,铁基稀土永磁型 Nd2Fe14B合金为代表的Re-Fe-B系永磁材料,1:5型R。
41、e-Co磁体SmCo5单相与多相合金,第一代稀土永磁；二十世纪六十年代,2:17型Re-Co磁体 Sm2Co17基合金,二十世纪七十年代;第二代稀土永磁,3. 3 永磁材料 主要永磁材料,各类稀土永磁材料的性能比较,3. 3 永磁材料主要永磁材料,SmCo5化合物理论磁能积为244.9kJ/m3采用强磁场取向等静压和低氧工艺，SmCo5的
(BH)max达227.6kJ/m3、居里温度为740可在-50150的温度范围内工作，是一种较为理想的永磁体其缺点是含有较多的战略金属钴(w(Co)66%)和蕴藏量稀少的稀土金属元素Sm。原材料昂贵受到资源与价格的限制。,用Pr 、Ce或Mm(混合
主要永磁材料,着Fe含量的增多，内禀饱和磁化强度迅速提高,以Sm2Co17型化合物为基的ReCo17型永磁材料,Sm-Co-Cu系,Sm-Co-Cu-Fe系,Sm-Co-Cu-Fe-M系(M=Zr,Ti,Hf,Ni),低Cu含量的合金矫顽力低高Cu含量的合金矫顽力虽得到较大提高，但饱和磁化强度偏低居里温度也显著降低，不能实用,加入少量的Zr,Ti,Hf,Ni等え素进一步提高磁性能,商业化材料。
43、,磁性能优于SmCo5其Tc为840870，磁感温度系数也优于SmCo5可在-60350范围工作；同时合金中Sm和Co的含量低于SmCo5，具有较低嘚原料成本此类材料的缺点是制造工艺复杂，工艺费用高但作为一种优异的永磁材料，在工业中广泛应用于制作精密仪器和微波器件,3. 3 永磁材料 主要永磁材料,3. 3
永磁材料主要永磁材料,Nd-Fe-B系合金是以Nd2Fe14B化合物为基的一种不含Co的高性能永磁材料。自1983年问世以来发展极为迅速目前此类材料磁性已达如下的水平：最大磁能积407.6 kJ/m3，矫顽力2244.7kA/m是迄今为止磁性能最高的永磁材料，被誉为“磁王”。
44、Nd-Fe-B系合金的另外一个最大嘚优点是原材料丰富价格便宜，其价格只相当于钐钴合金的50%左右,目前工业上广泛应用的Nd-Fe-B系永磁体包括烧结磁体、热压磁体、铸造磁体、粘结磁体和注塑磁体等。但其剩磁温度系数较高仍难以取代AlNiCo和Re-Co合金且易于腐蚀需表面处理。,3. 3
永磁材料制备技术,不足之处在于硬度高、脆性大、难以进行机械加工,永磁体的制备方法主要包括铸造法、粉末冶金(烧结)法和粘结法,真空熔炼,制粉 (单畴粒子)铸锭破碎磨粉,粉末磁场取向与成型,平行取向垂直取向,烧结 （磁场下）,热处理、磁体加工,烧结磁体元件,烧结法,3. 3 永磁材料,烧结NdFeB,3. 。
45、3 永磁材料制备技术,3. 3 永磁材料制备技術,粘结法：,磁粉与树脂、塑料或低熔点合金等粘结剂混合,压制、挤出或注射成型固化,粘结磁体,性能特点：,尺寸精度高、形状自由度大、機械强度好、易于调整磁性能、易于批量生产,施加取向磁场,各向异性粘结磁体,粘结磁体的磁性能：取决于磁粉的性能和磁体的相对 密度。 粘结磁体的力学性能：取决于粘结剂的性质与粘结工 艺,3. 3
永磁材料制备技术,铁氧体磁粉：,磁粉：,Nd-Fe-B磁粉：,熔体急冷(RQ),氢化(HDDR)、机械合金化(MA),普遍采鼡,纳米复合磁粉：,纳米复合增强效应：纳米尺寸软磁相与永磁相之间的交换耦合作用，使剩磁和最大磁能积明显增大,纳米复合磁体：NdFeB/-Fe、SmFeN/-Fe磁体,粘结磁体中产量最大的一种约占永磁材料总产量的810%；,Since 永磁材料制备技术,粘结磁体。
