材料化学毕业论文《磁性材料论文》[精品]

材料化学毕业论文材料化学毕业论文 磁性材料论文磁性材料论文 精品精品 本文综述了对磁性材料的认识 磁性材料的分类与相关概况 磁性 材料的基本特性 磁性材料的机理与生产工艺 实际应用以及发展 前景等 Abtractgreat inventionsof thepass and aftermany yearsof development magic materialshave beenwidely usedin ourlife and withthe information automation mechanical andelectrical integration national defense national economyis closelyrelated toall aspectsof This papersummarizes the magic materialunderstanding magic materialsclassification andrelated survey the basiharacteristic ofthemagicmaterial the mechanismof magicmaterials andproduction process application anddevelopment prospect etc Key wordsMagic materialsApplications ofMagic materialsDevelopment ofMagic materialsMagic materialsin thebeginning inChina wasfound andapplied inthe four磁性材料 关键词磁性材料磁性材料的应用磁性材料的发展前景1磁性材料的认 识中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家 早在战国时期就有关于天然磁性材料 如磁铁矿 的记载 11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法 1086年 梦溪笔谈 记载了指南针的制作和使用 1099 1102年有指南针用于航海的记述 同时还发现了地磁偏角的 现象 近代 电力工业的发展促进了金属磁性材料 硅钢片 Si Fe合金 的研制 永磁金属从19世纪的碳钢发展到后来的稀土永磁合金 性能提高二 百多倍 20世纪40年代 荷兰J L 斯诺伊克发明电阻率高 高频特性好的铁 氧体软磁材料 接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体 50年代初 随着电子计算机的发展 美籍华人王安首先使用矩磁合 金元件作为计算机的内存储器 不久被矩磁铁氧体记忆磁芯取代 50年代初人们发现铁氧体具有独特的微波特性 制成一系列微波铁 氧体器件 后来又出现了强压磁性的稀土合金 非晶态 无定形 磁性材料等 现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中 例如将永磁材料用 作马达 应用于变压器中的铁心材料 作为存储器使用的磁光盘 计算机用磁记录软盘等 可以说 磁性材料与信息化 自动化 机电一体化 国防 国民经 济的方方面面紧密相关 而通常认为 磁性材料是指由过度元素铁 钴 镍及其合金等能够 直接或间接产生磁性的物质 2磁性材料的分类与概念磁性材料具有磁有序的强磁性物质 广义还 包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质 磁性是物质的一种基本属性 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 磁性材料按性质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 按使用又分为软磁材料 永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 2 1永磁材料永磁材料经外磁场磁化以后 即使在相当大的反向磁场 作用下 仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性 对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高 矫顽力BHC 即磁性材料 抗退磁能力 强 磁能积 BH 即给空间提供的磁场能量 大 相对于软磁材料而言 它亦称为硬磁材料 2 1 1永磁材料的分类永磁材料有合金 铁氧体和金属间化合物三类 合金类包括铸造 烧结和可加工合金 铁氧体类主要成分为MO 6Fe2O3 M代表Ba Sr Pb或SrCa LaCa等 复合组分 金属间化合物类主要以MnBi为代表 2 1 2永磁材料的应用永磁材料有多种用途 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 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 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 根据使用的需要 永磁材料可有不同的结构和形态 有些材料还有各向同性和各向异性之别 2 2 软磁材料它的功能主要是导磁 电磁能量的转换与传输 因此 对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度 同时磁滞回 线的面积或磁损耗要小 与永磁材料相反 其Br和BHC越小越好 但饱和磁感应强度Bs则越大 越好 2 2 1软磁材料的分类软磁材料大体上可分为四类 合金薄带或薄片FeNi Mo FeSi FeAl等 非晶态合金薄带Fe基 Co基 FeNi基或FeNiCo基等配以适当的Si B P和其他掺杂元素 又称磁性玻璃 磁介质 铁粉芯 FeNi Mo FeSiAl 羰基铁和铁氧体等粉料 铁氧体包括尖晶石型 M O Fe2O3 M代表NiZn MnZn MgZn Li1 2Fe1 2Zn CaZn等 磁铅石 型 Ba3Me2Fe24O41 Me代表Co Ni Mg Zn Cu及其复合组分 2 2 2软磁材料的应用软磁材料的应用甚广 主要用于磁性天线 电 感器 变压器 磁头 耳机 继电器 振动子 电视偏转轭 电缆 延迟线 传感器 微波吸收材料 电磁铁 加速器高频加速腔 磁场探头 磁性基片 磁场屏蔽 高频淬火聚能 电磁吸盘 磁敏 元件 如磁热材料作开关 等 2 3矩磁材料和磁记录材料主要用作信息记录 无接点开关 逻辑操 作和信息放大 这种材料的特点是磁滞回线呈矩形 2 4旋磁材料具有独特的微波磁性 如导磁率的张量特性 法拉第旋 转 共振吸收 场移 相移 双折射和自旋波等效应 据此设计的器件主要用作微波能量的传输和转换 常用的有隔离器 环行器 滤波器 固定式或电调式 衰减器 相移器 调制器 开关 限幅器及延迟线等 还有尚在发展中的磁表面波和静磁波 器件 见微波铁氧体器件 3磁性材料的基本特性3 1磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性 物质或亚铁磁性物质组成的 磁化曲线是表征物质磁化强度 B 与磁 场强度 H 的依赖关系的曲线 在外加磁场H作用下 必有相应的磁化强度M或磁感应强度B 它们随 磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线 M H或B H曲线 磁化曲线一般来说是非线性的 具有2个特点磁饱和现象及磁滞现象 即当磁场强度H足够大时 磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms 继 续增大H Ms保持不变 以及当材料的M值达到饱和后 外磁场H降低 为零时 M并不恢复为零 而是沿MsMr曲线变化 材料的工作状态相当于M H曲线或B H曲线上的某一点 该点常为 工作点 3 1 1铁磁体的磁滞回线图1铁磁体的磁滞回线B随H变化的全过程如 下当H按O Hm O Hc Hm O Hc Hm的顺序变化时 B相应沿 O Bm Br O Bm Br O Bm的顺序变化 1 当H 0时 B不为零 铁磁材料还保留一定值的磁感应强度r B 通常称rB为铁磁材料的剩磁 2 要消除剩磁rB 使B降为零 必须加一个反方向磁场CH 这个 反向磁场强度CH叫做该铁磁材料的矫顽磁力 3 H上升到某一个值和下降到同一数值时 铁磁材料内的B值并不 相同 即磁化过程与铁磁材料过去的磁化经历有关 3 1 2基本磁化曲线图2基本磁化曲线图3退磁曲线对于同一铁磁材料 若开始时不带磁性 依次选取磁化电流为I 1 I 2 Im I1 1 H 2 Hm 在每一个选定的磁场值下 使其方向发生两次变化 即H1 H1 H1 Hm Hm Hm等 则可得到一组逐渐增大的磁滞回线我们把原点o和各个 磁滞回线的顶点a 1 a 2 a所连成的曲线 称为铁磁材料的基本磁化曲线 图2 在理论上 要消除剩磁Br 只需通一反方向磁化电流 使外加磁场 正好等于铁磁材料的矫顽磁力就行 实际上 矫顽磁力的大小通常并不知道 因而无法确定退磁电流的 大小 我们从磁滞回线得到启示如果使铁磁材料磁化达到饱和 然后不断 改变磁化电流的方向 与此同时逐渐减小磁化电流 以至于零 那 么该材料得磁化过程就是一连串逐渐缩小而最终趋于原点的环状曲 线 如图3所示 当H减小到零时 B亦同时降为零 达到完全退磁 3 2软磁材料的常用磁性能参数3 2 1饱和磁感应强度Bm其大小取决 于材料的成分 它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排 列 是永磁材料极为重要的参数 永磁材料的饱和磁化强度越高 它标志着材料的最大磁能积和剩磁 可能达到的上限值越高 3 2 2剩余磁感应强度Br是磁滞回线上的特征参数 H回到0时的B值 即铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后 在磁化方向保留的剩余磁 化强度或剩余磁感应强度称为剩磁 3 2 3矩形比Br Bm 表示磁记录材料磁滞回线矩形程度的重要参数 符号Rs 它是材料最大剩余磁通密度Br与最大磁通密度Bm之比 即Rs Br Bm 对于磁记录材料而言 矩形比愈大愈好 一般Rs值应为0 90 0 97 左右 矩形比也称矩形系数 3 2 4矫顽力Hc是表示材料磁化难易程度的量 取决于材料的成分及 缺陷 杂质 应力等 铁磁体磁化到饱和后 使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需 要的反向外磁场称为矫顽力 3 2 5磁导率 是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值 与器件工 作状态密切相关 初始磁导率 i 最大磁导率 m 微分磁导率 d 振幅磁导率 a 有效磁导率 e 脉冲磁导率 p 3 2 6居里温度Tc铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降 达到某一 温度时 自发磁化消失 转变为顺磁性 该临界温度为居里温度 它确定了磁性器件工作的上限温度 3 2 7损耗P磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P Ph Pe af bf2 c Pe f2t2 降低 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc 降低 涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率 在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为总功率耗散 mW 表面积 cm2 3 2 8最大磁能积最大磁能积是退磁曲线上磁感应 强度和磁场强度乘积的最大值 这个值越大 说明单位体积内存储的磁能越大 材料的性能越好 3 3软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器 件时 首先要根据电路的要求确定器件的电压 电流性 器件的电压 电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关 设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气 参数的转换关系 设计软磁器件通常包括三个步骤正确选用磁性材料 合理确定磁芯 的几何形状及尺寸 根据磁性参数要求 模拟磁芯的工作状态得到 相应的电气参数 4磁性材料的机理和生产工艺4 1磁流体材料的机理和生产工艺磁流 体又称磁性液体 Magic Fluids 是由纳米级的磁性颗粒通过表面活性剂的包覆 高度均匀分 散于基载液中所形成的稳定的固2液两相胶液体 1 这种材料既具有固相材料的磁性 又具有液相的流动性 即使在重力 离心力 电磁力等作用下也不会发生固液分离 是一种典型的纳米 复合材料 2 同时它也是目前真正具有工业实用价值的液体磁性材 料 自20世纪60年代问世以来 发展非常迅速 目前磁性液体已经发展成为一个横跨多学科的综合体系 其应用领域 已扩展到机械 航空 电子 医疗 生物 环保等诸多方面 3 4 1 1磁流体的组成与机理磁流体的组成磁流体由磁性微粒 表面活 性剂和载液三者组成 三者关系如图a所示 磁性微粒可以是Fe3O 4 Fe2O 3 氮化铁 单一或复合铁氧体 纯铁粉 纯钴粉 铁 钴合金粉 稀土永磁粉等 目前常用Fe3O4粉 表面活性剂的选用主要是让相应的磁性微粒能稳定地分散在载液中 这对制备磁流体来说至关重要 典型的表面活性剂一端是极性的 另一端是非极性的 它既能适应 于一定的载液性质 又能适应于一定磁性颗粒的界面要求 包覆了合适的表面活性剂的纳米磁性颗粒之间就可相互排斥 分隔 并均匀地分散在载液之中成为稳定的胶体溶液 关于载液的选择 应以低蒸发速率 低粘度 高化学稳定性 耐高 温和抗辐射为标准 但同时满足上述条件非常困难 因此 往往根 据磁流体的用途及其工作条件来选择具有相应性能的载液 磁流变液的流变机理按照磁畴理论可以解释磁流变效应 在磁流变液中 每一个小颗粒都可当做一个小的磁体 在这种磁体中 相邻原子间存在着强交换耦合作用 它促使相邻原子的磁矩平行排列 形成自发磁化饱和区域即磁畴 无外磁场作用时 每个磁畴中各个原子的磁矩排列取向一致 而不 同磁畴磁矩取向不同 磁畴的这种排列方式使每一颗粒处于能量最小的稳定状态 因此 所有颗粒均匀磁矩为零 颗粒不显磁性 在外磁场作用下 磁矩与外磁场同方向排列时的磁能低于磁矩与外 磁场反方向排列时的磁能 结果是同自发磁化磁矩成较大角度的磁 畴体积逐渐缩小 这时颗粒的均匀磁矩不即是零 颗粒对外显示磁性 按序排列相接 成链 当外磁场强度较弱时 链数目少 长度短 直径也较细 剪断它们 所需外力也较小 随外磁场不断增强 取向与外场成较大角度的磁畴全部消失 保存 的磁畴开始向外磁场方向旋转 磁流变液中链的数目增加 长度加 长 直径变粗 磁流变液对外所表现的剪切应力增强 再继续增加 磁场 所有磁畴沿外磁场方向整洁排列 磁化达到饱和 磁流变液 的剪切应力也达到最高 磁流变液的磁化特征不仅依靠固态相本身的磁特性 而且与颗粒间 聚集状态和结构特征密切相关 另外 磁流变液的磁化饱和强度与体积分数无关 但磁化率却随体 积分数的增加而线形增加 且有随颗粒直径增大而增大的趋势 在外加磁场作用下 磁流变液发生相变的三个临界磁场分别为Hc 1 Hc2和Hc3 如图1 图a当HHc3时 颗粒全部形成柱状结构 4 1 2磁性液体的制备磁性液体按磁性颗粒来分 主要分为铁氧体型 金属型和氮化铁型 由于铁氧体型磁性液体具有很好的稳定性 成为目前国内外应用最广 泛的磁性液体 其缺点是饱和磁强度 M s 较低 一般在0102 0103T 最高可达0106T 4 限制了其应用的范 围 金属型磁性液体有较高的M s值 但化学稳定性较差 近年来开发的氮化铁型磁性液体既具有高M s 又有较好的磁稳定性 因而成为研究者关注的热点 下面分别对这3种不同类型的磁性液体的制备方法进行介绍 4 1 2 1化学共沉淀法制备铁氧体型磁液所谓共沉淀法 7 是在混合 的金属盐溶液 含有2种或2种以上的金属离子 中加入适当的沉淀剂 反应生成均匀的沉淀产物 Elmore早先曾利用化学共沉淀法制备高分散铁氧体型磁性液体 其化 学原理如下 FeCl2 2FeCl3 8NaOH Fe3O4 8NaCl 4H2O将稀释的Fe Cl2和FeCl3水溶液按摩尔比1 2在70 时混合 加入过量的NaOH水溶 液使混合溶液的pH控制在10 以确保离子全部沉淀 同时加入适量表 面活性剂 如油酸 将生成的颗粒进行及时地包覆 并配合以连续搅拌 其目的是为了严格控制颗粒长大 获得高度分散的沉淀产物 将水中的颗粒转移至适当的基载液中便可得到Fe3O4基磁性液体 采用共沉淀法的优点在于 1 通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的超微粉体 2 超微粉体的粒度及分布容易控制 3 易于工业化生产 目前 市场销售的铁氧体型磁性液体一般都是通过共沉淀法制备的 4 1 2 2金属型磁液的制备真空蒸发法真空蒸发法仅用于制备金属基 磁性液体 其制备原理如图1所示 8 在真空或惰性气体保护的圆形 容器内放入表面活性剂与基载液 随着旋转容器的转动 混合溶液贴 附于转桶的内壁上形成一层夜体薄膜 将铁 钴 镍或其合金置于旋 转中心容器内在2000 甚至更高的温度下使其蒸发成气体状态 与桶 内壁的液体薄膜相接处 冷凝成超微粒子粒径一般在2 10nm 转桶通 常以2r min的速率旋转 金属粒子不断地溶解并分散于液体中 如此 重复便得到磁性液体 真空蒸发法制备的金属及其合金磁性液体稳定性优良 饱和磁化强 度高 但整个设备复杂 同时还需抽真空 目前国内还没有利用这方法 来制备磁性液体 热解羰基化合物法 9 利用羰基化合物液体 如Fe CO 5 N i CO 等 在一定的温度下蒸发 通过氩气载带到混合器中与稀释气 体充分混合进一步稀释后进入热解器 羰基化合物蒸汽在具有一定温度的基载液中热分解 形成的纳米颗粒 被事先混入基载液中的表面活性剂包覆 一步获得具有一定磁性的金 属基磁性液体 4 1 2 3气相 液相反应法制备氮化铁型磁液该方法的基本原理为在添加了胺基系 表面活性剂的煤油中导入氨气 同时将漏斗中的适量羰基铁放入反应 器中 加热反应器至90 保温60m in 生成胺基羰基铁中间体 然后在185 高温下分解该中间体 就可 以得到氮化铁磁性液体 反应装置如图3所示 11 将上述反应过程重复进行 直至漏斗中的Fe CO 5全部反应为止 此外 钢铁研究总院也自行研制了一套氮化铁磁性液体的制备装置 1 2 其方法是用A r气将Fe CO 5蒸气载带到混合器内 并与导入该混合器内的NH3充分 混合后进入含有事先复配的基载液与表面活性剂的高温炉体内进行 反应 得到氮化铁磁性液体 其优点是一次反应就可以得到最终产物 制备工艺简单 可靠性强 4 2软磁锰锌铁氧体的机理及生产工艺4 2 1软磁锰锌铁氧体的机理 及生产工艺锰锌铁氧体是一钟广泛用于通信 传感 音像设备 开 关电源和磁头工业的软磁材料 随着这些行业的发展 对锰锌铁氧体的质量和性能提出了越来越高 的要求 锰锌铁氧体材料的生产工艺分为2种一是将氧化物原料直接球磨混合 经成型和高温烧结制成铁氧体 即为干法 这种方法工艺简单 配方准确 应用较普遍 但采用氧化物作原料 烧结活性和混合的均匀性受到限制 制约了 产品性能的进一步提高 而另一种则是以化学沉淀法为主的湿法工艺 此工艺制备的铁氧体 粉烧结活性和均匀性好 但湿法的工艺路线长长 条件敏感 稳定 性较差 现以应用较为普遍的干法生产锰锌铁氧体的工艺为例做详细的分析 4 2 1 1氧化物法 干法 制备锰锌铁氧体我国目前工业生产锰锌铁 氧体主要采用此方法 即选用高纯度的氧化铁 碳酸锰 或氧化锰 氧化锌等作原料 铵一定配比混合后烧结成型制成 粉料制作的一般工艺流程如图4所示 另外 铁氧体微粉生产工艺流程示意图如图5所示图4氧化法制备锰 锌铁氧体粉料的工艺流程原材料配料混合粗粉碎细粉碎喷雾造粒检 验颗粒调整装桶检分进仓预烧添加剂2添加剂1图5干法铁氧体微粉生 产工艺流程示意图4 2 2软磁铁氧体生产工艺流程的分析4 2 2 1概 述软磁铁氧体是由Fe Zn Mn或Ni的氧化物按一定比例混合 经预 烧 破碎 造粒 压制成型 烧结和磨加工而成 软磁铁氧体分为MnZn铁氧体和NiZn铁氧体两类 MnZn铁氧体比NiZn 铁氧体的产量和用量都要大得多 下面仅对MnZn铁氧体的批量生产工艺技术及质量控制进行简要描述 4 2 2 2软磁铁氧体批量生产的工艺技术及质量软磁铁氧体的各制造 工序对磁芯的特性 外观质量 成本 交货期等的影响有所不同 视企业工艺设备状况和工序匹配情况不同而定 技术质量控制是为 生产和经营服务的 因此 必然要结合实际问题进行操作 4 2 2 3原材料选择及配方提高软磁铁氧体特性的关键之一在配方 包括二次球磨中加杂 因此应重点选择好主配方料 要求主配方料 的纯度要高 含有害杂质如氯根 酸根等较少 化学活性和流动性 要好 粒度分布适当 3种主配方料的比表面积匹配较好 在本工序 应重点预防和控制原材料的纯度并确保配方称量的准确 性 4 2 2 4以锰锌铁氧体粉体为例做简要分析同时 就锰锌铁氧体而言 随着市场经济的发展 锰锌铁氧体磁芯工业化大生产分工越来越 细 对粉料的技术性能要求越来越高 粉料的性能特征直接影响到毛胚成型 二次烧结和磁芯的电磁性能 下面就锰锌铁氧体粉料产品设计开发中问题 作重点讨论电磁性能 如材料的初始磁导率 饱和磁通密度 功率损耗 频率特性 温度 特性等 以上特性一般通过优化配方 原材料 调整预烧和砂磨工艺参数 调整二次烧结工艺来实现 烧结特性粉料应具有合适的收缩率 二次烧结时不开裂 不粘连等 特性 黑喷造粒过程中胶的含量 种类是影响烧结开裂的主要因素 而预烧温度 原材料则对收缩率有明显影响 预烧时的通风不畅 原材料中氯含量过高 会造成二次烧结时磁芯 粘连 成型特性粉料在压制时应不粘模 不卡模 无起层开裂 这就要求粉料具有恰当的含水率 颗粒分布 松装密度 良好的流 动性 还应具有合适的成型压力 符合国际 国家 行业等相关标准如粉料中有害物质应符合ROHS等 成本和性价比既要保证粉料的品质又要兼顾粉料的成本 在粉料配方 原材料 工艺上应优化选择 4 2 3锰锌铁氧体的制备机理图6为采用氧化共沉淀法在液相中制备 的 铁氧体样品的红外光谱 图从图中可以看出 处有 个明显的吸收峰它们是尖晶石铁氧体的特征 峰 3 4 5 和 把 附近的吸收带归于四面体 位F O 的伸缩振动生的吸收峰而 附近的吸收 带为八面体 位F 的伸缩振动所产生的吸收峰 和3387 处的吸收峰分别是样品中水分子中 键的伸缩和弯曲振动造成的 图6样品的红外光谱图图7为制备的 铁氧体样品的 衍射图谱通过 软分析图中各衍射峰的位置强度与标准的尖 晶石结构的铁氧体衍射峰吻合得很好图6和图7都说明了采用氧化共 沉淀法能在液相中形成尖晶石结构的 铁氧体液相中 铁氧体的形成机理文献中很少有报道由于 铁氧体 与Fe O 具有相同的晶体结构都是尖晶石结构 铁氧体就 是用 和 替代Fe O 中 所以可以借助液相 中F 的形成机理进行解释而氧化 共沉淀制备Fe O 的形 成机理目前普遍能被人们所接受的就是 图7氧化 共沉淀法制备的Mn Zn铁氧体粉末样品X射线衍射 XRD 图谱溶解 再沉淀机理该机理 认为在空气中前驱沉淀物Fe OH 首先溶解然后缓慢氧化成 在生成 的同时 会来不及氧化就进入 中形成 O OH 八面体结构 6 O OH 八面体通过可 溶性的八面体型的含水络合物缩聚反应生成Fe O 若溶液的浓度过 高或用强氧化剂如 很难得到Fe O 因为溶液中的Fe 会 迅速被全部氧化而不能进入 中形成 八面体 结构而氧化 共沉淀制备 铁氧体正好利用这一点用 迅速氧化Fe OH 变成 和 进入 中形成Fe Mn Zn O OH 八面体结构 其化学反应方程式 7 如下 但能否确定生 成的产物中不含有Fe O 从 衍射图谱中是很难辨别的因为 铁氧体和Fe O 都是尖晶石结构它们的衍射峰几乎叠在一 起为了进一步验证产物中是否含有Fe O 我们对产物进行了热处理 图 是产物分别经 和 处理后的 衍射图谱 从图中可以看出与图8相比空气中600 热处理后的样品 射线衍射 图谱出现大量的Fe2O3杂峰而 热处理后只存在少量 的Fe2O3杂峰其原因可能是温度为600 时产物内部氧分压低于外界 氧分压发生如下的吸氧反应 8 图8热处理后的Mn Zn铁氧体粉末样品X射线衍射 XRD 图谱当温度较低时3r Fe2O3发生同质异构转变成为具有菱面体结构的a Fe2O3由于a Fe2O3的结构和 铁氧体结构不同就要从 铁氧体 固溶体中析出来以另相存在随着热处理的温度上升样品内的氧分解 压力增大而且它的增大速度比周围气氛的氧分压增大速度要快当其 内部氧分压接近或大于外界氧分压时就要发生放氧反应重新生成 铁氧体 上面的的反应向左进行所以样品 热处理 后只剩下少量的Fe2O3进一步提高热处理温度样品的 射线衍射 图谱中仍然存在少量的Fe2O3峰这说明产物中可能含有Fe O 经 热处理后变成了Fe2O3从图中还可看出氮气气氛中600 热处理后的 产物 射线衍射 图谱中未出现Fe2O3杂峰说明产物在氮气气氛 中热处理可能未发生任何相变 5磁性材料的实际应用与发展5 1磁性液体的应用 5 1 1磁性液体分 离技术磁性液体在外磁场的作用下可改变其表观密度 通过调节外加磁场的强度来改变磁性液体的表观密度 就可以实现在 磁性液体中某些特定物质的沉浮 这就是磁性液体浮选的基本原理 图6是磁性液体矿物浮选的示意图 日本研制的比重分选机成功地将玻璃和陶瓷分离开 俄罗斯研制出成套的砂 金磁性液体分选装置 其黄金采收率高达98 16 处理时间缩短1 3 5 1 2磁性液体研磨和抛光 磁性液体研磨主要是利用磁悬浮的基本 原理 在水基或油基磁性液体中混入粒度为几微米到几百微米的磨粒 在梯度磁场的作用下 非磁性的磨粒受到磁性浮力的作用 浮于磁性 液体的表层 磨粒与工件表面之间处于一种弹性浮动接触状态 通过 对工件加压转动 磨粒对工件进行磨削 从而起到研磨作用 如图7所 示 通过改变外加磁场强度及加工压力 可以调节磨削速率 磁性液体研磨适用于各种材料和任何形状曲面的加工 而且 可以内 外表面同时进行 其应用前景十分看好 5 2平板扬声器结构与原理5 2 1平板扬声器的结构平板扬声器的结 构如图9所示 主要由软磁材料 音圈 平板发声盘 环形导电线圈 偏磁线圈组成 6 其结构要求音圈固定在以软磁材料为支架的半闭合磁路上 振动发 声盘为四边固定的张紧的柔性导电盘或内部相嵌有多个 三个以上 同心导电环的柔性圆盘构成 并保证磁路完全穿过振动盘 偏磁线圈的作用是在扬声器工作时加入合适的直流或超音频交流偏 磁电流 使磁路中的音频磁场避开磁化曲线的非线性区 发声盘软磁材料音圈偏磁线圈环形导电线圈图9平板扬声器结构图5 2 2平板扬声器工作原理当音圈中通过经功放放大的音频电流时 音 频电流在软磁材料中产生的音频变化磁通穿过发声盘 平板发声盘 内的各导电环产生互感磁通 互感磁场与音频磁场相互作用而迫使 发声盘产生音频的机械振动而发声 由于软磁材料的磁化曲线是非线性的 使得音频电流的过零点产生 很大的失真 因此在磁路中加一个偏磁线圈 外加一恒定的直流或超音频交流偏 磁电流 精确调整偏磁电流的大小和音频信号的幅度 使音频磁通 避开磁化曲线的非线性区 5 3平板扬声器应用与特点分析5 3 1平板扬声器应用平板扬声器应 用示意如图10所示 其中超音频交流振荡电路或直流稳压电源为偏 磁线圈提供偏磁电流 R为限流电阻 为了使偏磁线圈不会对音频磁 通短路 要求R尽可能大些 RW是最佳偏磁调节器 调节其大小可保 证加给扬声器的直流 或交流 偏磁刚好使音频信号磁场在软磁体 的磁化曲线的线性段中间 功率放大器输出的音频信号加到音圈上 将音频电流转变成音频变 化的磁场 此磁场穿过发声盘各导电环 各导电环的互感磁场与音 频磁场相互作用而推动发声盘还原高保真声场 5 3 2平板扬声器特点分析本次设计的平板扬声器具有频响宽 功率 大 失真小 体型薄 外形随意 结构简单 加工方便 不易破损 及无磁干扰等特点 1 频响宽 由于扬声器振动发声盘内相嵌有多个放射状排列的