第三章(磁性材料).ppt

第三章磁性材料Chapter3MagneticMaterials 主要内容 软磁材料硬磁材料磁记录材料 软磁材料 磁性材料 磁记录材料 硬磁材料 磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应 以满足电工设备 电子仪器 电子计算机等各方面技术要求的金属 合金及铁氧体化合物材料 磁性材料的基本参量 起始磁导率 i 最大磁导率 m 矫顽力Hc 剩余磁感应强度Br 最大磁能积 BH m等 磁性材料的类别 第三章磁性材料 第一节软磁材料 软磁材料是电力和电子工业中的重要磁性材料 一 软磁材料的特性矫顽力低一般为Hc 0 8kA m 易磁化在磁场中容易显示磁性 即使磁场强度较小 易退磁施加外磁场即显示磁性 去掉外磁场 则获得的磁性便会全部或大部分丧失 第三章磁性材料 3 1软磁材料 二 软磁材料的基本性能要求贮能高 要求单位体积贮存的磁能量高 磁性参量的要求 高的Bs或Br 灵敏度高 要求在弱磁场中对信号有高灵敏性 磁性参量的要求 高的 i和 m 效率高 要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗和涡流损耗 磁性参量的要求 低的Hc 高的 回线矩形比高 保证噪音小 信号不失真等 磁性参量的要求 高的Br Bs比值 稳定性好 要求磁性不随外界条件变化而改变 其变化率越小则稳定性越好 第三章磁性材料 3 1软磁材料 三 软磁材料的种类电工用纯铁含碳量wc 0 04 的铁碳合金 纯度在99 5 以上 1 电工用纯铁的性能 1 磁性能高的饱和磁感应强度 高的磁导率 低的矫顽力 i 300 500 0 m 6000 12000 0 Hc 0 0398 0 0955kA m Bs 2 16T 2 电性能电阻率很低 铁损很大 10 10 8 m 3 力学性能强度 硬度很低 塑性好 b 27kg mm2 HB 131 25 60 第三章磁性材料 3 1软磁材料 电工用纯铁的磁性 B5 B10 B25 B50和B100分别表示H为500 1000 2500 5000和10000A m时的磁感应强度值 第三章磁性材料 3 1软磁材料 2 影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法 1 杂质的影响杂质种类 C N O H S P Mn Si Al Cu等 其中C的影响最为突出 使Ms降低 磁滞损耗增加 磁化困难 改善方法 严格控制冶炼与轧制过程 去除气体含量和有害杂质 2 晶粒大小的影响晶粒大 有利于提高磁导率 降低矫顽力Hc 3 塑性变形 冷加工 的影响冷加工使矫顽力Hc增加 磁导率 下降 使磁性能恶化 3 主要用途直流磁场下工作的磁性元件 如电磁铁和继电器的铁芯 第三章磁性材料 3 1软磁材料 电工用硅钢片在纯铁中加入1 0 4 0 Si的铁碳硅合金 Si的加入 提高了电阻率 从而减少涡流损耗 1 电工用硅钢片的种类硅钢片按生产方法 结晶织构和磁性能的分类 热轧非织构 无取向 硅钢片 电工用硅钢片 冷轧非织构 无取向 硅钢片 冷轧高斯织构 单取向 硅钢片 冷轧立方织构 双取向 硅钢片 第三章磁性材料 3 1软磁材料 2 Si对硅钢片性能的影响随Si 的增大 磁化越容易磁导率 增大矫顽力Hc减小电阻率 增大磁各向异性减小磁致伸缩效应降低脆性增大 加工性能差综合考虑 Si 4 小提示 磁致伸缩是当铁磁体磁化时 伴有晶格的自发变形 即沿磁化方向长度伸长或缩短 磁滞损耗降低 涡流损耗降低 第三章磁性材料 3 1软磁材料 3 高斯织构硅钢片结构特点 易磁化方向 100 与轧制方向平行难磁化方向 111 与轧制方向成55 角中等磁化方向 110 与轧制方向成90 角高斯织构硅钢片具有磁各向异性 沿 100 轧制方向 磁性能最佳 4 立方织构硅钢片结构特点 100 面与轧制面平行易磁化方向 100 010 分别平行和垂直轧制方向中等磁化方向 110 与轧制方向成45 角难磁化方向 111 偏离磁化平面立方织构硅钢片沿轧向和垂直轧向均具有良好的磁性 第三章磁性材料 3 1软磁材料 高斯织构和立方织构硅钢片性能比较 铁损P下标代表磁感应强度的kT数 如P1 5就代表B 1 5kT时单位重量的铁损 第三章磁性材料 3 1软磁材料 5 主要用途电力工业中的铁芯材料各种电动机 发电机 变压器的铁芯 可采用无取向的硅钢片 电讯工业中的铁芯材料一般在较高频率的弱磁场中使用 仪器仪表工业中的电磁元件扼流圈 电磁机构 继电器 测量仪表中的电磁元件 主要应用 电动机 发电机 变压器的铁芯 第三章磁性材料 3 1软磁材料 铁镍合金 坡莫合金 Permalloy 含镍30 90 的铁镍合金 合金牌号的表示方法 1J 举例 1J791 铁镍合金的特点在中 弱磁场下具有高的 低的Bs 很低的Hc和低的损耗 随Ni含量的升高 磁导率 增大 磁滞回线的矩形比 Br Bs 高 塑性和加工性能良好 工艺参数变动对磁性能影响较大 产品性能不够稳定 软磁 合金代号的序号 表示合金中的镍含量 第三章磁性材料 3 1软磁材料 2 铁镍合金的种类及应用 1 1J50类特点 含镍量36 50 具有较低的磁导率 较高的饱和磁感应强度 较大的矫顽力 热处理时适当提高温度 延长时间 可降低矫顽力 提高磁导率 牌号 1J46 1J50 1J54应用 中等强度磁场下工作的磁性器件 如中小功率变压器 微电机 继电器 扼流圈的铁芯 屏蔽罩 话筒振动片等 2 1J51类特点 含镍34 50 磁滞回线矩形比高 在中等磁场下有较高的磁导率和饱和磁感应强度 经过纵向磁场热处理可使材料沿磁路方向的最大磁导率 m及矩形比Br Bs增加 矫顽力降低 牌号 1J51 1J52 1J34应用 中小功率磁放大器 磁调制器 脉冲变压器 计算机元件 第三章磁性材料 3 1软磁材料 3 1J65类特点 含镍量 65 具有高的最大磁导率 低的矫顽力 磁滞回线矩形比高 Br Bs达0 98 经纵向磁场热处理可以改善磁性能 牌号 1J65 1J67应用 中等功率磁放大器 扼流圈 继电器的铁芯等 4 1J79类特点 含79 Ni 4 Mo及少量Mn 在弱磁场下具有极高的最大磁导率 低的饱和磁感应强度 牌号 1J76 1J79 1J80 1J83应用 弱磁场下的高灵敏度小型功率变压器 小功率磁放大器 继电器的铁芯 录音磁头和磁屏蔽等 5 1J85类特点 含镍79 81 具有最高的起始磁导率 很高的最大磁导率 极低的矫顽力 对微弱信号反应极灵敏 牌号 1J85 1J86 1J87应用 弱磁场下的扼流圈 音频变压器 高精度电桥变压器 互感器 录音机磁头的铁芯等 第三章磁性材料 3 1软磁材料 铁镍合金的类别 特性及主要用途 第三章磁性材料 3 1软磁材料 铁铝合金以铁和铝 约6 16 为主要元素组成的软磁合金 1 铁铝合金的特点电阻率较高 因此高频磁特性较好 例如1J16的电阻率是目前所有软磁金属材料中最高的一种 达到150 cm 为1J79铁镍合金的2 3倍 硬度 强度和耐磨性较高 例如1J16的硬度和耐磨性比1J79合金高 适用于磁头等磁性器件 密度较低 可以减轻磁性元件的铁芯质量 对应力敏感性小 适于在冲击 振动等环境下工作 合金的时效性良好 随着环境温度的变化和使用时间的延长 其磁性变化不大 第三章磁性材料 3 1软磁材料 2 铁铝合金的主要应用铁和铝资源丰富 价格低廉 铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似 同时还具有一些独特的优点 因此是铁镍合金的一种替代材料 适用于电子变压器 磁头和磁致伸缩换能器等方面 铁铝合金的牌号 主要成分 特点和用途 第三章磁性材料 3 1软磁材料 铁钴合金牌号为1J22的铁钴合金 含钴50 含钒1 4 1 8 余为铁 又称为坡明德 Premendur 合金 1J22铁钴合金的特点及用途饱和磁感应强度最高 超过目前任何已知的软磁材料 适合制做重量轻 体积小的空间技术器件 如微电机 电磁铁 继电器等 很高的居里温度 980 C 在其他软磁材料已完全热退磁的温度下 仍能保持良好的磁稳定性 适于高温环境工作 很高的饱和磁致伸缩系数 1J22制造的磁致伸缩换能器能够输出高的能量 电阻率 0 4 m 低 加工性差 容易氧化 价格昂贵 第三章磁性材料 3 1软磁材料 软磁铁氧体铁氧体是将铁的氧化物 如Fe2O3 与其他某些金属氧化物用特殊工艺制成的复合氧化物 呈亚铁磁性 最典型的软磁铁氧体 以三价铁为基本组成的复合氧化物系列 举例 MFe2O4 M3Fe2O5 MFeO3 MFe12O19 分子式中M为某些金属离子 1 软磁铁氧体的特点 与金属软磁材料相比 磁导率与磁化率之比很大 电阻率高 达102 1012 m 涡流损耗小 介质损耗小 起始磁导率和磁感应强度较低 饱和磁感应强度只有纯铁的1 5 1 3 单位体积储能较低 第三章磁性材料 3 1软磁材料 2 常用软磁铁氧体材料及应用 1 锰锌铁氧体 MnO ZnO Fe2O3 特点 尖晶石型结构 晶粒粗大 结构紧密 常呈黑色 i值较大 随Zn2 含量增加 Ms增大 K1 s值减小 居里温度 Tc 下降 增加Fe2O3含量 使Bs值增大 Tc升高 应用 制作1MHz以下的磁性元件 如滤波器 中频变压器 偏转线圈 中波磁性天线等的磁芯 2 镍锌铁氧体 NiO ZnO Fe2O3 特点 晶粒细小 常呈棕色 价格高 i值较低 低频下损耗大 m值较大 高频时损耗小 为优良的高频软磁铁氧体材料 应用 调频器磁芯 高 中频电感线圈 滤波线圈 脉冲变压器 磁放大器 高频天线中的磁芯 第三章磁性材料 3 1软磁材料 3 镁锌铁氧体特点 饱和磁矩低 高频特性不如镍锌铁氧体 低频特性不如锰锌铁氧体 但原料中不有贵重金属 价格便宜 工艺制造简单 应用 适用于25MHz以下的范围内使用的高频磁性器件 4 锂锌铁氧体特点 损耗较大 居里温度高 磁导率较高 价格便宜 但锂在高温下挥发严重 因此工艺稳定性差 应用 适用于10 100MHz高频范围内的磁性器件 5 甚高频软磁铁氧体特点 具有较大的单轴各向异性和较高的自振频率 磁特性比镍锌铁氧体好 一般化学式为nMO mBaO pFe2O3 其中M代表Co2 Ni2 Mg2 Zn2 Cu2 等离子 应用 适用于100 2000MHz范围的超高频和甚高频下工作的器件 第三章磁性材料 3 1软磁材料 非晶态软磁合金非晶态软磁合金的矫顽力和饱和磁化强度与铁镍合金基本相同 而比电阻高 交流损耗很小 制造工艺简单 成本较低 同时具有高强度 耐腐蚀等优点 1 非晶态软磁合金的成分特点及主要种类 1 铁基非晶态软磁合金Bs较高 损耗值较取向硅钢片低很多 适用于功率变压器等 用于变压器铁芯 有望获得可观的节电效益 但由于目前制造成本高 使用上受到限制 2 钴基非晶态软磁合金Bs较低 i很高 Hc很小 交流损耗低 适用于传递小功率能量及传递电压信号的磁性元件 具有零磁致伸缩特性 适合于制做磁头 第三章磁性材料 3 1软磁材料 3 铁镍基非晶态软磁合金Bs和 i介于铁基和钴基非晶态合金之间 可用于传递中等功率及中等强度电压信号的变压器中 2 非晶态软磁合金的应用高磁感合金用作功率器件电子工业中的配电变压器 高频开关电源等 零磁致伸缩高磁导合金用作信息敏感器件或小功率器件 无线电工业和仪器仪表工业中的磁头 磁屏蔽和漏电保护器等 高梯度磁分离技术中的磁介质 磁弹簧和磁弹传感器 微电机 磁放大器 磁调制器 脉冲变压器铁芯 超声延迟线等 第三章磁性材料 3 1软磁材料 第二节硬磁材料 硬磁材料是在磁场中被磁化后能够显示磁性 磁场撤除之后仍然保持较强磁性的一类铁磁物质 又称永磁材料 恒磁材料 一 硬磁材料的基本性能要求最大磁能积 BH m大可在给定的空间产生足够大的磁场H 决定 BH m大小的两个因素 Hc和Br Hc和Br越大 BH m则越大 退磁曲线的形状 退磁曲线的凸起越显著 BH m则越大 磁稳定性好要求磁铁产生的磁场不随时间 应力 温度 振动 辐射及电磁场的变化而变化 或变化很小 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 二 硬磁材料的种类及应用铝镍钴永磁合金1 铝镍钴永磁合金的成分和性能特点主成分Fe Ni Al 辅成分Co Cu TiFe Ni Al构成合金主体 Co Cu Ti进一步提升合金性能 高的磁能积 高的剩磁 较高的矫顽力 BH m 40 70kJ m3 Br 0 7 1 35T Hc 40 60kA m 硬而脆 难于加工成型方法 铸造 粉末烧结 2 铝镍钴永磁合金的主要合金系列铝镍型 铝镍钴型 铝镍钴钛型等三个系列 典型牌号 AlNiCo53 铝镍钴永磁合金的主要应用电机器件 发电机 电动机 继电器等中的磁体 电子器件 扬声器 电话机等中的磁体 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 稀土永磁材料稀土永磁材料的主要成分是由稀土元素与Fe Co Cu Zn等过渡金属或B C N等非金属元素组成的金属间化合物 稀土永磁材料的发展 自20世纪60年代起至今 稀土永磁材料历经四个阶段的发展 前三个时期研究和开发的材料已得到广泛应用 当前研究处于第四阶段 第一代材料 RCo5型 金属化合物的组成为1 5典型材料 SmCo5 Sm Pr Co5第二代材料 R2Co17型 金属化合物的组成为2 17典型材料 Sm2Co17 Sm2 Co Cu Fe Zr 17第三代材料 Nd Fe B系典型材料 Nd2Fe14B第四代材料 R Fe N系 R Fe C系典型材料 Sm2Fe17N3 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 1 稀土钴系永磁合金 1 RCo5型合金合金种类 SmCo5 PrCo5 SmPr Co5 典型牌号 SmCo5 CaCu5型六方结构 磁性能特点 适中的饱和磁化强度 Ms 0 97T 极高的磁晶各向异性 K1 17 2MJ m3 其他磁性参量 经高场取向和等静压处理 Br 1 0 1 07T BH max 1 99 2 33 103kJ m3 BHc 0 78 0 85 106A m B 0 即矫顽力 MHc 1 27 1 59 106A m M 0 内禀矫顽力 本质矫顽力 缺点 Sm Pr Co昂贵 导致合金高的价格 改进措施 元素取代 以廉价的混合稀土 Mm 全部或部分取代Sm Pr 以Fe Cr Mn Cu等部分取代Co 例如 MmCo5 CeSm Cu Fe Co 5 Sm0 5Mm0 5Co5 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 2 R2TM17型合金典型牌号 Sm2Co17 六方结构 磁性能特点 较高的饱和磁化强度 Ms 1 20T 较低的磁晶各向异性 K1 3 3MJ m3 较低的矫顽力Hc 剩磁感应强度Br和饱和磁感应强度Bs高于RCo5型合金 改性措施 元素取代 例如 Sm2 Co Cu Fe Zn 17 磁性能优于RCo5型合金 可部分替代RCo5型合金 3 稀土钴系永磁合金应用稀土钴永磁合金是目前磁能积和矫顽力最高的硬磁材料 适用于电子钟表 微型继电器 微型直流马达和发电机 助听器 行波管 质子直线加速器等装置中的硬磁器件 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 2 稀土铁系永磁合金 1 Nd Fe B系合金优点 不含Sm Co等贵重元素 价格低 磁性能优异 BH max 400kJ m3 Br 1 48T 加工性能较好 密度小 较稀土钴低13 有利于实现磁性元件轻量化 薄型化 缺点 耐腐蚀性差 居里温度低 Tc 312 C 而RCo5型合金的居里温度高达724 C 磁感应强度温度系数大 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 改性措施 加入一定量的镍 或镀保护层 可提高耐腐蚀性 以Co和Al取代部分Fe 或用少量重稀土部分取代Nd 可明显降低合金的磁性温度系数 提高居里温度 例如 Nd15Fe62 5B5 5Al的居里温度可达500 C 在Dy Co的共同作用下 加入Al Nb Ga可以提高合金的内禀矫顽力 加入Mo可以提高矫顽力 改善合金的温度稳定性 应用 汽车电动机 微特电机 自动化装置 磁盘驱动器 MP3播放器 家用电器等的硬磁元件 电声器件中的传声器 高频扬声器和立体声耳机的磁铁 用于磁流体密封器 磁水器 测量仪器 磁力器 磁传感器 核磁共振成像仪中的磁体 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 2 Sm Fe N系合金Sm Fe N系合金是第四代R Fe N系和R Fe C系稀土永磁合金的典型代表 综合磁性能优良 发展前途光明 特点 磁性能略低于Nd Fe B 但居里温度较高 因Sm Fe N系列化合物600 C以上发生不可逆分解 故只能用粘接法制备 应用受到限制 应用 尚未商品化 改进措施 调整化学成分因Sm元素稀缺 价格昂贵 可考虑通过添加价格低 储量丰富的稀土元素 如Nd Ce Y等来部分取代Sm 探索新的制备方法或改进现有制备方法 制备方法对磁性能的影响很大 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 可加工的永磁合金淬火态具有良好的塑性变形能力 可加工成各种片材 棒材 丝材 管材等 淬火塑性变形和时效 回火 硬化可使合金获得矫顽力 1 铁基合金主要种类 Fe Co Mo系 Fe Co W系 硬磁性能的获得 Fe基体弥散析出金属化合物FemXn 硬磁相 应用 磁滞马达 形状复杂的小型磁铁 电话接收机磁体 2 相变型铁基合金主要种类 Fe Mn Ti系 Fe Co V系 硬磁性能的获得 利用 相变获得高矫顽力 应用 Fe Mn Ti用于指南针 仪表零件 Fe Co V用于微型电机和录音机磁性零件 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 3 Cu基合金主要种类 Cu Ni Fe系 典型成分 60 Cu 20 Ni Fe Cu Ni Co系 典型成分 50 Cu 20 Ni 2 5 Co Fe 硬磁性能的获得 热处理和冷加工 应用 测速计和转速计中的磁性元件 4 Fe Co Cr永磁合金主要成份 27 28 Cr 23 26 Co 余为Fe 性能特点 冷热塑性变形性能良好 磁性能已经达到AlNiCo5合金的水平 Br 1 0 1 3T Hc 48 80kA m BH max 32 56kJ m3 原材料成本比AlNiCo5低20 30 目前已部分取代AlNiCo系永磁合金及其他延性永磁合金 硬磁性能对热处理等较为敏感 难以获得最佳的硬磁性能 应用 电话器 转速表 扬声器 陀螺仪中的磁性零件 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 硬磁铁氧体硬磁铁氧体呈亚铁磁性 属六方结构 磁各向异性高 制造容易 抗老化能力强 性能稳定 1 硬磁铁氧体的种类一般形式 MO 6Fe2O3 典型材料 钡铁氧体 BaO 6Fe2O3 锶铁氧体 SrO 6Fe2O3 制备方法 以Fe2O3 BaCO3和SrCO3为原料 经混合 预烧 球磨 压制成型 烧结而制成 性能特点 Bs较低 与金属硬磁材料相比 Hc高 Tc低 高 2 硬磁铁氧体的主要应用 取代铝镍钴永磁合金制造电机器件 如发电机 电动机 继电器 和电子器件 如扬声器 电话机 第三章磁性材料 3 2硬磁材料 磁记录的典型应用 录音技术中的应用最早应用的领域 现在 录音技术正在向数字式方向发展 以进一步提高信噪比和其他性能 计算机技术中的应用磁盘存储器和磁带存储器容量大 成本低 录像技术中的应用录像磁带可以快速显示 剪接加工与编辑 且可以重复使用 科学研究中的应用多速模拟记录装置可以将记录下来的信号放大或缩小 从而使数据处理更为方便灵活 日常生活中的应用磁性卡片可用于存取款 图书保存以及乘坐交通工具的票证等 第三节磁记录材料 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 磁记录材料的发展 磁记录技术有100多年的历史 1898年 丹麦人浦尔生 Polsen 发明了世界上第一台录音电话机 这台录音机是在圆柱上缠绕一根钢丝 钢丝在一个头的两极片之间移动 使用这个头记录 也用来放音 它能够从传声器 话筒 记录电流并使所录的信息用耳机收听 1900年 巴黎博览会上展出了浦尔生的录音电话机 1941年 粉末涂覆磁带记录技术问世 磁记录技术得到了空前的发展 20世纪70年代以来 开拓出许多新型磁记录材料及磁头材料 使磁记录技术得到了更大的发展 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 一 磁记录技术与原理磁记录模式三种记录模式 1 纵向 水平 记录利用磁头位于磁记录介质面内的磁场纵向 水平 矢量来写入信息 2 垂直记录利用磁场的垂直分量在具有各向异性的记录介质上写入信息 3 磁光记录利用光头 靠激光束加磁场来写入信息 利用磁光效应读出信息 磁记录材料 磁头材料 磁记录介质材料 磁记录材料的类别 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 磁记录系统四个基本单元 1 存储介质即磁记录材料 如磁带 磁盘等 2 换能器即磁头 3 传送介质装置即磁记录介质传送机构 4 电子线路与上述单元相匹配的电路 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 纵向磁记录过程 磁记录过程以纵向记录模式为例 1 信号的记录磁头线圈中的信号电流在缝隙产生磁场溢出 使磁介质 磁带 磁化 产生的剩磁对应着信号电流 电流信号 磁信号2 信号的读出已磁化的介质重新接近磁头时 通过拾波线圈感生出磁通 磁通大小与磁介质中的磁化强度成比例 磁信号 电流信号 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 磁记录原理1 记录场两种电感式磁头 环形磁头和单极磁头 主要产生沿水平方向的磁化矢量 主要产生沿垂直方向的磁化矢量 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 2 磁记录介质的各向异性特性记录介质中的磁化强度方向与介质的磁各向异性 包括形状各向异性 有密切关系 纵向记录模式介质的单轴各向异性特征 磁带中的针状磁性粒子的长度方向沿磁带的长度方向取向 垂直记录模式介质的单轴各向异性特征 磁介质中的柱状晶粒的轴线垂直于膜面 各向同性特征 磁性粒子的磁化方向多为易磁化方向 但略去了形状各向异性的影响 介质呈各向同性 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 3 磁记录方式纵向磁记录方式特征 记录后介质的剩余磁化强度方向与磁层的平面平行 0 Hd 4 Mr 即记录波长越短 记录密度越高 自退磁效应越大 因此 纵向磁记录方式不适合于高密度磁记录 垂直磁记录方式 特征 记录后介质的剩余磁化强度方向与磁层的平面垂直 0 Hd 0 即记录波长越短 记录密度越高 自退磁的效应越小 因此 垂直磁记录方式是实现高密度磁记录的理想模式 纵向记录方式 垂直记录方式 磁记录方式Hd 退磁场 表示铁磁体被磁化后 磁体内部产生的与磁化强度方向相反的磁场 磁记录波长 越小则记录密度越高 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 二 磁记录介质材料记录密度的影响因素 D 磁存储介质材料的基本性能要求 矫顽力Hc要高高矫顽力保证磁记录介质能够承受较大的退磁作用 剩余磁感应强度Br要高高的剩磁可获得较大的读出信号 但同时退磁场强度也高 须兼顾剩磁和退磁场对记录系统的综合影响 磁层均匀 厚度适当磁层厚 退磁越严重 记录密度显著降低 信号读出误差增大 磁层薄 读出信号质量下降 磁滞回线矩形比要高磁滞回线近于矩形 可减少自退磁效应 保留较高的剩磁 提高记录信息的密度和分辨力 从而提高信号的记录效率 D 磁记录密度tm 磁层厚度Hc 矫顽力Br 剩余磁感应强度 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 磁记录介质1 纵向磁记录介质 1 三个发展阶段及对应的磁粉氧化物磁粉 Fe2O3 Co Fe2O3 CrO2 钡铁氧体等磁粉 金属合金磁粉 Fe Co Ni等合金磁粉 金属薄膜 Ni Co膜 Co膜 CoCrPt膜 CoNiCr膜 CoCrTa膜 矫顽力从氧化物磁粉的24kA m提高到金属薄膜的240kA m 提高了一个数量级 剩余磁感应强度从170kA m提高到1100kA m 提高了近6倍 2 两种类型的磁记录介质颗粒 磁粉 涂布型 由磁粉及适当的助溶剂 分散剂和粘接剂混合后均匀涂布在带基 如聚脂薄膜 上而形成 连续薄膜型 采用像电镀或溅射法等制成的薄膜 无须采用粘接剂等非磁性物质 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 2 垂直磁记录介质1930年提出 1958年IBM公司开始研制 1967年日本实现垂直磁记录技术 成功获得Co Cr垂直磁记录薄膜 Co Cr薄膜 可采用高频溅射或电子束蒸发制备 Cr在柱状晶体的表面偏析 形成一顺磁层 使晶粒之间不产生交换相互作用 从而提高矫顽力 在Co Cr合金中添加Mo Re V Ta等元素可改善其性能 其中 Ta能抑制晶粒长大和改善矩形比 并能抑制纵向磁化的矫顽力 纵向记录与垂直记录部分参数的比较 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 三 磁头材料磁头是磁记录的一种磁能量转换器 磁记录正是通过磁头来实现电信号和磁信号之间的相互转换 磁头材料的基本要求 高的磁导率高的 i和 m 可提高写入和读出信号的质量 高的饱和磁感应强度Bs高有利于提高记录密度 减小录音失真 低的剩磁和矫顽力磁记录过程中 Br高会降低记录的可靠性 高的电阻率电阻大可以减小损耗 改善铁芯频响特性 高的耐磨性保证磁头的使用寿命和工作的稳定性 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 磁头材料三个发展阶段 体型磁头 薄膜磁头 磁阻磁头 1 体型磁头材料 1 磁性合金特点 具有高的磁化强度 不受磁饱和效应制约 记录磁场强 典型合金 铁镍合金 坡莫合金 1J79 4 Mo 17 Fe Ni 优点 具有高的饱和磁化强度 磁致伸缩接近于零 记录特性良好 缺点 磨损率较高 对腐蚀敏感 磁导率随工作频率的提高下降 优化措施 加入Nb Al Ti等元素 加入Nb 3 8 可提高磁性能 得到高硬度 加入Al 5 可提高合金磁性能 得到高硬度和高电阻率 第三章磁性材料 3 3磁记录材料 铁硅铝合金 5 4 Al 9 6 Si Fe 优点 磁晶各向异性和磁致伸缩趋近于零 直流特性良好 电阻率高 在高频下能保持较好的磁性和较低的损耗 缺点 机械加工的难度大 因为合金硬度较高 铁铝合