磁电材料科技学读书笔记.doc

磁性材料的发展应用及其研究现状摘要: 磁性材料的发现与发展源远流长，其与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济等方面紧密相关，现代科学了致力于新和磁性材料研究。本文就此论述磁性材料的发展、应用及其研究的现状。关键字: 磁性材料、永磁、软磁、功能磁性材料、发展应用、新近研究。Development and application of magnetic materials and their ResearchAbstract: Its a long history of discovery and development of magnetic materials, the information technology, automation, mechanical and electrical integration, defense, economy and other aspects closely related to magnetic materials. Modern science is also working on new magnetic materials research. This article discusses the development of magnetic materials, application and research status.Keywords: magnetic materials, permanent magnet, soft, functional magnetic, application and development, recent and new studies. 前言磁性是物质的一种基本属性。磁性材料是具有磁有序的强磁性物质。广义上还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料主要由元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质组成。磁性材料按其性质可分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。按使用范围又分为永磁材料、软磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等。反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。磁性材料，是一种古老而用途十分广泛的功能材料，早在中国古代已利用天然磁铁制做成辨别方向的指南针，而现代的发展中，磁性材料也已经广泛地应用于我们的生活之中。正文磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能性材料，人们对物质磁性的认识和利用源远流长。磁性材料的进展大致上分几个历史阶段：当人类进入铁器时代，除表征生产力的进步外，还意味着金属磁性材料的开端，直到18世纪金属镍、钴相继被提炼成功，这一漫长的历史时期是过渡金属磁性材料生产与原始应用的阶段；20世纪初期，FeSi、FeNi、FeCoNi磁性合金人工制备成功，并广泛地应用于电力工业，电机工业等行业，成为过渡金属磁性材料的鼎盛时期，从此以后，电与磁密切相关；20世纪后期，从50年代开始，过渡族的磁性氧化物逐步进入了生产旺期，由于铁氧体具有高电阻率，高频损耗低，从面为当时兴起的无线电，雷达等工业的发展提供了所必需的磁性材料，标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段；1967年，磁性材料进入一个稀土-过渡族化全物领域的历史性开端。1983年高磁能积的钕铁硼NdFeB稀土永磁材料研制成功，和后来的TbFe2巨磁致收缩材料与稀土磁光材料的问世，更丰富了稀土过渡族化合物磁性材料的内容。1972年的非晶磁性材料与1983年的纳米微晶材料的呈现，更添加了磁性材料的新风采。1988年，磁电阻效应的发现揭开了自旋电子学的序幕。因此从20世纪后斯延续至今，磁性材料进入了前所未有的兴旺发达时期，并融入到信息行业，成为信息时代重要的基础性材料之一。磁性材料的发展经历了从无机到有机、宏观到介观、固态到液态、电子磁有序到核磁有序强磁材料、单一型到复合型，并且显现出优异的磁性能和综合特性。下面就其中几种重要的磁性材料的发展及应用分别做一些概述，同时也将简要地说明目前有关磁性材料的研究现状。一、永磁材料的发展及应用永磁材料是经外磁场强力磁化制作而成，即使在相当大的反向磁场作用下，其仍能保持一部分或大部分原磁化方向的磁性。从永磁材料的发展历史来看，十九世纪末使用的碳钢，磁能积不足1MGOe，而目前国外批量生产的NdFeB永磁材料，磁能积已达50MGOe以上。这一个世纪以来，材料的剩磁提高甚小，磁能积的提高要归功于矫顽力的提高，而矫顽力的提高，主要得益于对其本质的认识和高磁晶各向异性化合物的发现，以及制备技术的进步。二十世纪初，人们主要使用碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材料。二十世纪三十年代末，AlNiCo永磁材料开发成功，才使永磁材料的大规模应用成为可能。五十年代，钡铁氧体的出现，既降低了永磁体成本，又将永磁材料的应用范围拓宽到高频领域。到六十年代，稀土钴永磁的出现，则为永磁体的应用开辟了一个新时代。1967年，美国Dayton大学的Strnat等人，用粉末粘结法成功地制成SmCo5永磁体，标志着稀土永磁时代的到来。迄今为止，稀土永磁已经历第一代SmCo5，第二代沉淀硬化型Sm2Co17，发展到第三代NdFeB永磁材料。此外，在历史上被用作永磁材料的还有CuNiFe、FeCoMo、FeCoV、MnBi、A1MnC合金等。这些合金由于性能不高、成本高，在大多数场合已很少采用。而AlNiCo、FeCrCo、PtCo等合金在一些特殊场合还得到应用。目前锶铁氧体仍然是用量最大的永磁材料，但其许多应用正在逐渐被钕铁硼NdFeB类材料取代。并且，当前稀土类永磁材料的产值已大大超过铁氧体永磁材料，稀土永磁材料的生产已发展成一大产业。永磁材料有多种用途:1、基于电磁力作用原理的应用主要有：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等；2、基于磁电作用原理的应用主要有：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等；3、基于磁力作用原理的应用主要有：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。其他方面的应用还有：磁疗、磁化水、磁麻醉等。二、软磁材料的发展及应用软磁材料在工业中的应用始于19世纪末，到今天已有近百年历史。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料-非晶态软磁合金。在软磁材料的发展史上，最有代表的材料有硅钢、铁氧体、坡莫合金、非晶及纳米合金等。目前软磁材料已广泛应用于工业自动化设备及电子仪表仪器、通讯设备、电力、计算机及其外设等方面，是品种最多、应用最广的磁性材料之一。随着现代电子、电力技术的发展，要求软磁材料集高饱和磁通密度、低损耗、高导磁、高稳定性、低成本于一身，这就要求我们探索和发展新型的软磁材料，例如：非晶合金、超微晶、纳米晶软磁材料等。三、磁性材料的研究现状近年来磁性材料的发展十分迅速，特别是新型材料的不断出现，对现代工业技术进步起着巨大的推动作用。因此，它已经成为世界各国科学家们争相探索和研究的热点领域之一。1、永磁材料粘结剂粘结钕铁硼NdFeB磁体是将NdFeB粉末与树脂、塑料和低熔点金属等与胶黏剂均匀混合，经机械压制，挤出或注射成型而得的复合体。它具有成本低、密度小，容易成型和优良的机械性能；可一次成型得到高精度的产品，也可与其它部件一体成型；能够制成薄壁、异形及尺寸精度要求高的产品；原料可循环使用；产品一致性好；可连续大批量自动化生产等优点。主要用于仪器仪表、电子电器等。2、稀土永磁化合物稀土金属磁性化合物具有磁性的多样性。SmCo1:7型稀土化合物具有成为新型高磁性材料的潜力，目前由于SmCo7基化合物是亚稳相，而且其合成及性能强烈依赖于合成方式、热处理条件以及第三组元的替代使其具有了新型高温磁体的潜在应用性。3、纳米永磁材料2003年，美国人采用热压、热流变工艺，将纳米复合致密各向异性磁体磁能积提升到45MGOe，随后，制备出平均成分低于正分的复合各向异性纳米晶磁体。目前，各国科学家们正致力于更高性能的纳米晶磁体。4、微纳米磁性材料在肿瘤磁感应热疗的应用磁感应加温治疗恶性肿瘤额是近年来发展的一种加温治疗新方法，是利用铁磁性物质能在狡辩磁场中升温的物理特性，将铁磁性物质作为热介质引入肿瘤组织，磁介质在外加交变磁场作用下升温并将热量传递给周围的肿瘤组织，当肿瘤组织温度大于43摄氏度时发生凋亡或坏死。微纳米磁性颗粒产热机制是磁性颗粒的磁矢量旋转和颗粒本身的物理旋转。微纳米颗粒产热随外加磁场强度的减小急剧减少，实际热疗过程中外加磁场的振幅不会过高，不能使磁性微纳米颗粒磁性变化，所以产热较稳定，不会破坏瘤组织周围细胞组织。5、磁性材料在长输管道内检测装置中的应用长输管道的内检测技术发展至今，国内外广泛采用超声波检测和漏磁检测两种方法。管内漏磁检测由永磁体、磁轭与探头组成，当其贴近内管壁时，两磁轭间的一段管壁成为永磁磁路的一部风，如果管壁没有缺陷，磁力线局限于管壁内，均匀分布，当管壁有腐蚀、裂纹等缺陷时，由于缺陷处磁阻增大，使磁场分布发生畸变，部分磁力线穿出管壁形成漏磁。6、非晶材料及纳米晶体材料金属-非金属混合软磁材料在非晶材料中，由于其晶体磁性各相异性为零，以磁致伸缩为零的组成合金进行等温退火，开发出磁致伸缩为零的Co系液体急冷薄板带、高饱和磁化低铁耗系急冷滞带等。形成耐高温、耐腐蚀材料。此外，磁性材料还在磁性材料超快动力学、耐高温、耐腐蚀高性能金属磁性材料、复合高分子化合物磁性材料等领域做了深入研究，也制成了许多先进磁性材料。磁电共存这一基本规律导致了磁性材料必然与电子技术相互促进而发展。磁性半导体材料和磁敏材料和器件可以应用于遥感、遥则技术和机器人。人们正在研究新的非晶态和稀土磁性材料。磁性液体已进入实用阶段。某些新的物理和化学效应的发现也给新材料的研制和应用提供了条件。发展新型的磁性材料，特别是纳米磁性材料，应用广泛，性能优异，特别是在信息存储、处理与传输中占据重要地位。只有加强基础和应用基础研究，增加研究的投入，才能为今后磁性材料的研究和发展打下坚实基础。参考文献与资料：1林云，林展如，干久志.有机磁性材料及其在高频、微波电子器件中的应用，磁性材料及器件，2002，33（5）20-232张有钢，黄永杰，罗迪民，磁性材料M.成都：成都电讯工程学院，1988，106.3李