韩满贵-磁性材料-复习题

1、2012 复习【平时作业 + 课堂小测验 +下面的复习题】、填空题（共10分，每空0.5分）.磁性材料在被磁化时，随磁化状态的改变而发生弹性形变的现象，称为 。磁致伸缩效应.设尖晶石铁氧体的分子式为AxnABynBCznCO4其中A、B、C、为金属元素，x、y、z为相应的金属离子数，nA、nB、nC为相应的金属离子化学价。 则该多元铁氧体的离子数总合与化学价总合应满足： 、x+y+z = 3、x XnA+y x nB + z nC = 8.尖晶石铁氧体在单位晶胞中，A位置共有 个，B位置共有 个，但实际占有金离子的 A位置只有 个，B位置只有 个，其余空着，这些空位对配方不准造成白成分偏离正分

2、并对 有利。64、32、8、16、掺杂.铁氧体材料按其晶体结构分为 、 和 铁氧体。尖晶石铁氧体、石榴石铁氧体、磁铅石（或六角晶系）.绝大多数铁氧体其导电特性属于 ,其电阻率随温度的升高按指数规律 。半导体类型、下降.磁性材料在交变磁场中其复磁导率的实部和虚部随频率变化的关系曲线称为醴逍。磁导率实部下降到一半或磁导率虚部达到 极大值时所对应的频率称为该材料的截止频率fr。一般软磁铁氧体的工作频率应选择低于它的截止频率。材料的截止频率与起始磁导率有密切的关系。一般而言，材料的起始磁导率越低，其截止频率越高，使用的工作频率也相应提高。. 一般来讲，铁氧体材料其磁饱和磁化强度远低 于金属软磁材料,其

3、应用频率远高 于金属软磁材料：金属软磁材料低电阻率的特性导致趋肤 效应, 涡流 损耗限制了其在高频段的应用。.磁性材料材料在交变磁场中产生能量损耗，称为磁损耗。磁损耗包括三个方面涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗。.六角铁氧体有三种磁晶各向异性： 、和。 主轴型（theta=0 ）,平面型（theta=90 ）,锥面型（sin 2 theta=-Ku1/2Ku2 ）.目前金属纳米晶磁性材料已得到广泛的应用，其中三种牌号的纳米晶磁性材料为：、和 。 （FINEMET、NANOPERM、HITPERM）. 一般来讲，技术磁化过程存在两种磁化机制，分别为 和 。（磁畴壁的位移运动、磁 畴转动）二、名词解释

4、共3页，第1页.磁性织构：答：在材料结构一定的情况下，其晶粒或磁畴在一个方向上成规则排列的状态，称为织构。使多品材料产生织构就是织构化。.固态相变：答：当外界条件（温度、压强）作连续变化时，固体物质在确定的条件下，其化学成分或浓度、结构类型、晶 体组织、有序度、体积、形状、物理特性等一项或多项发生突变。.叵姆合金：锲的质量分数为0.3-0.9的铁锲系软磁合金.铁磁共振线宽：答：在H-M曲线上，令=0.5 N”m处的磁场分别为Ha和Hb,则AH=HA Ha为铁磁共振线宽。.截止频率：答：由于软磁材料畴壁共振及自然共振的影响，使软磁材料的磁导率实部值下降到起始值的一半且磁导率的虚部达到峰值时的频率

5、。称为截止频率fr.固态相变：答：当外界条件（温度、压强）作连续变化时，固体物质在确定的条件下，其化学成分或浓度、结构类型、晶体组织、有序度、体积、形状、物理特性等一项或多项发生突变。.过饱和固溶体的脱溶：过饱和固溶体析出第二相，而其母相仍然保留，但浓度由过饱和达到饱和的相变。分类：连续脱溶和不连续脱溶.金属间化合物答：合金中各组元 的化学性质和原子半径彼此相差很大，或者固溶体中溶质的浓度超过了溶解度极限，就不可能形成固溶体，这时，金属与金属、或金属与非金属之间常按一定比例和一定顺序，共同组成一个新的、不同于其任一组元的新点阵的化合物。这些化合物统称为金属间化合物。.氧参数：答：描述尖晶石铁氧

6、体单位晶胞中氧离子真实位置的一个参数，是指氧离子与小立方（又名子晶格）中最远一个面的距离。.失稳分解：.磁性矫顽力答案：该磁学参数描述的是磁性材料磁化过程的难易的量，数值越大表示材料越难磁化。在 M-H 磁滞回线上，矫顽力为使磁矩为零所需磁场大小。三、辩析题1、现有两种磁性材料：FeNi合金和LiFeCr尖晶石铁氧体，分别测得它们的 M-T曲线如下图所示， 请问：（1）图中的（1）和（2）分别是属于哪一个材料？（2）它们有哪些不同之处？（3）图中的A、R C分别是什么温度？（4）如在昼夜温差大的环境下使用，我们该选择哪一材料来开发磁性器件（假设不计成本）？若 用于开发高频器件，我们应该选择哪种

7、器件？共3页，第2页2. T c, Ms, Mr, H c和N等均为磁性材料的内禀磁特性。.矫顽力Hcj和HcB从其物理意义上讲是完全相同的，请在同一张图上划出M-H和B-H的退磁曲线，并标出H和bHC来。.磁晶各向异性常数Ki为磁性材料的内禀磁特性，只与材料的成分有关。故对 Fe-Ni合金，只要 其成分相同，其K值都相同。请判断上面说法的对错，同时说明原因。四、问答题.对软磁材料基本性能的要求有哪些？贮能高高的饱和磁感应强度（2分）灵敏度高 初始磁导率，最大磁导率，脉冲磁导率要高（2分）效率高Hc低，电阻率高，损耗小（1分）回线矩形比高稳定性好磁滞回线较窄矫顽力小 磁导率高.如何提高永磁材料

8、材料的矫顽力？答：矫顽力是使残余磁感应强度变为零时所需的反向磁场的大小，主要依赖增加畴壁位移和畴转的阻力增大Hc值。（1分）如果Hc是由壁移机制决定的，可在合金内增加应力梯度及非磁性相来增加Hc。这种机制只能获得较低的Hc值（2分）若Hc是由畴转过程决定的，则磁畴在不可逆转动过程中受到的阻力就是Hc值的度量。这时依赖于造成单畴粒子或弥散的单畴脱溶相及其三种各向异性（磁晶、应力及形状）来增加畴转的阻力，从而获得高的Hc值。（2分）.请指出下列材料中，哪些是永磁材料，哪些是软磁材料？（1）坡莫合金；（2） MnZn铁氧体；（3） AlNiCo; （4） Nd-Fe-B; （5） 2:17型 R-C

9、o磁性材料；（6）纯度为 99.999%的铁；（7） NiZn 铁氧体；（8） SmCo 5； （9） BaFe 12cU; （ 10）硅钢片；答：永磁材料：（3） AlNiCo; （4） Nd-Fe-B; 2:17型 R-Co 磁性材料；（8） SmCo 5； （9） BaFe 1Q9；软磁材料：（1）坡莫合金；（2） MnZn氧体；（6）纯度为99.999%的铁；（7） NiZn铁氧体；（10）硅钢片. MGOe!什么的单位？ H的单位有哪些？其中哪个是 SI单位？答：MGOe是磁能积白单位（2分）。H的单位包括有 A/m, Oe等（2分）。其中A/m是SI单位（1分）.请问什么是Snoe

10、k定理？请简要说明一下。答：Snoek定理描述的是软磁材料在高频下起始磁导率与截止频率的关系（1分）。若磁化过程只考虑畴转机制，则起始磁导率和截止频率的乘积可表示为：,1.（R i - 1 ） f r = YM s （2 分）3 二在等式右边，.是一个常数，Ms都是材料的内禀参数，只与材料的成分有关。所以在选定材料时，（4-1 ）和fr的乘积为一常数。高的截止频率，就会导致小的磁导率。反之亦然。（2分）。 若能画图表示出（H-1）和fr的反比例关系，也给 2分。.什么是技术磁化过程？磁化过程主要通过哪些机制来完成？在磁化饱和状态下的磁畴结构如 何？.请简要说明金属铁磁性软磁材料与铁氧体软磁材料

11、的优缺点。.请阐述Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响主要有哪些方面？共3页，第3页.铁硅合金和铁锲合金在磁性和应用上各具有什么特点？.影响稀土永磁材料磁稳定性的因素有哪些？要提高稳定性需采取哪些措施？ 答：稳定性一般包括磁场稳定性、温度稳定性、和时间稳定性等。其中温度的影响为主要因素。 具体的措施：1）选择高的Hc,高。f配方，并可添加有益杂质；2）利用不同系列合金，正负温度等效互相补偿来提高稳定性；时效处理，进行人工老化（时效温度比工作温度高3050摄氏度）；温度 循环处理，在比工作温度范围宽的温度，反复循环多次；交流退磁处理，在比干扰场稍大的交流磁场中退磁；正确选择永磁体的工作点；利用热

12、磁合金进行外补偿，可以提高温度稳定性；3）对于稀土永磁材料除了上述措施外还可采用如下措施：提高合金本身的耐蚀性；磁体表面形成保护膜；降 低环境温度。.简述Fe、Ni、Co的晶体结构（要求画出示意图）和磁性.Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响。答：硅的加入可以降低磁滞损耗，提高磁导率；这主要是由于硅的加入使铁硅合金的磁晶各向 异性常数、饱和磁致伸缩系数下降；饱和磁感应强度和居里温度均随含硅量的增加而下降；这主要是由于Si为非磁性离子。.提高金属永磁材料稳定性可采用哪些措施。.简述金属软磁材料磁化机制，同时说明提高其起始磁导率的方法和措施。.比较永磁材料AlNiCo系列、SmC原歹和NdFeB系

13、列的矫顽力机理。同时.从成分、结构和工艺上说明如何保证获得高的永磁特性。.请简要说明金属铁磁性软磁材料与铁氧体软磁材料的优缺点。 答案：金属软磁材料的优点：（1分）（1）饱和磁化强度高；（2）磁性能温度稳定性高；（3）居里温度高；（4）易于机械加工；金属软磁材料的缺点：（1分）（1）价格高；（2）以腐蚀；（3）电阻率低；（3）不适合高频应用铁氧体软磁材料的优点：（1分）（1）价格低；（2）制备方法简单、多样；（3）电阻率高，可在高频下使用；（4）耐化学腐蚀； 铁氧体软磁材料的缺点：（2分）（1）饱和磁化强度低；（2）居里温度低；（3）磁性能温度稳定性差；（4）难机加工；.如何降低软磁铁氧体在高

14、、低场应用条件下的磁滞损耗？答：磁滞损耗是指软磁材料在交变场中存在不可逆磁化而形成磁滞回线所引起的被材料吸收掉的 功率。在低场下主要是防止不可逆磁化过程的产生。主要从以下两方面考虑：与提高磁导率的方法 一致，但要注意不可逆磁化的出现；但主要采用不提高磁导率不一样的方法，如：晶粒细小、 完整、均匀；晶界相对较厚，气孔少。在高场下加速不可逆磁化的发生，使磁滞回线面积配方原则：k1-0, ls - 0原料要求纯，活共3页，第4页性好，与提高磁导率的方法一致(高N材料)；工艺原则：高密度，较大晶粒，均匀，完整，无异 相掺杂，内应力小；晶界薄而整齐，气孔少；与高Bs材料基本一致。.磁性材料中存在哪些可能

15、的各向异性？.从永磁材料和其它磁性材料的性能指标最主要的区别来看，主要是永磁材料具有较高的矫顽 力，它是获得永磁特性的主要原因。因此，人们常依据造成高矫顽力的机理来划分永磁材料。请 问可以分成哪5类？答案：(每个1分)(1)淬火硬化型磁钢(2)析出硬化型磁钢(3)时效硬化型磁钢(4)有序硬化型磁钢(5)单畴微粉型永磁.表征软磁材料性能的指标有哪些？.表征永磁材料性能的指标有哪些？. Nd-Fe-B是何种磁性材料，它的显微结构特点是怎样的？.请简述晶粒大小对常规磁性材料和纳米晶磁性材料性能的影响，并说明为什么。.对永磁材料基本性能的要求有哪些？五、计算分析题(20分，每题10分)已知一种 Ni-

16、Zn 铁氧体软磁材料，其配方为：Fe2O3=50mol% , NiO=25mol% , CoO=5mol% , ZnO= 20mol%。请计算及分析：制备10Kg材料需各种原料分别为多少？写出该材料的化学分子式与占位结构分布式；说明Co2+含量变化对其截止频率有何影响？注：分子量：Fe2O3=159.7, NiO=74.7 CoO=75, ZnO=81.4答： W 总=0.5 59.7+0.25 74.7+0.05 5+0.2 M1.4=(g)制备 1Kg 材料需 Fe2O3 为：1 Y0.5 159.7/)= (Kg);需 NiO 为:1 (0.25 沃4.7/)= (Kg);需 CoO 为

17、:1 (0.05 75/)= (Kg);需 ZnO 为:1 R0.2 81.4/)=(Kg); 设化学式为：Zn “Ni o fe gO4则 a+汁什8 =3(1)a: 3： 丫 8 =20 25: 5: 100又设Fe 2+的含量为x“X2 +3X2 + T X 2 +-x) 3 =8+( 8 (3)联立(1) (2) (3)式，得a弓3三%8= ； *=故该材料的化学式为： ZnNiCo 1Fe2O4 占位结构结构分布式为：( Zn 2+Fe ) Ni 2+Co2+ Fe ) O 24 Co2+含量增加有利于提高 Ni-Zn铁氧体截止频率。共3页，第5页2,有两种Ni-Zn铁氧体软磁材料分

18、别为 Ni0.7Zn0.3Fe2O4和Ni0.6Zn0.4Fe2O4,(注：分子量： F&O3=159.7, NiO=74.7, CoO=75, ZnO=81.4;离子磁矩：Ni2+=2.3 b, Fe3+=5 阳，Fe2+=4 四 常量：NX b X03=5585)请计算及分析：1)写出两种材料的占位结构分布式；2)计算两种材料0K时的比饱和磁化强度；3)比较两种材料的起始磁导率，截止频率和居里温度的高低(不考虑微观形貌的影响)，同时简 要说明原因。. Ni-Zn铁氧体的化学式为Zn0.45Ni0.40Co0.05Fe2,1O4,请计算其饱和磁化强度；同时分析Ni2+增加Zn2+ 减少对其饱和磁化强度及起始磁导率的影响(不考虑工艺因素的影响)。已知密度为 5g/cm3, Co2+=3.7 b, Ni2+=2.3 b, Fe3+=5 困，Fe2+=4 出；常量：NX b 103=5585,分子量：Fe2O3=160, CoO=74.9, NiO=74.7, ZnO=81.4, FeO=71.6。 解：占位结构结构分布式为：(Zn 2+o.45Fe 3+ 0.55)Ni 2+ 0.4CO 2+0.05 Fe 2+ o.iFe 3+ i,45O2-4分子量 M=16(X 1+0.45X81.4+0.4 X74.7+0.05 X74.9+0.1 X71.6=237.4 (g)(