2013-总复习题磁性材料要点

一、填空题(共10分，每空0.5分)1. 产生磁场的方式有_电流法_和铁磁性材料法。2. SI制中H的单位是 _安培/米_，CGS 单位制中是_奥斯特_ 。 3. 特斯拉是的磁感应强度B _单位，1特斯拉等于 _104_高斯。5. 按照磁体磁化时的磁化率的大小和符号，可以将物质的磁性分为五种：_、_、_、_和_ 。(抗磁性、顺磁性、反铁磁性，铁磁性、亚铁磁性)6. 磁化曲线随晶轴方向的不同而有所差别，即磁性随晶轴方向显示各向异性，这种现象称为_，它存在于所有铁磁性晶体中，在_中不存在。(磁晶各向异性、非晶磁性材料)7. 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)8. 磁性材料材料在交变磁场中产生能量损耗，称为_。磁损耗包括三个方面_、_和_。(磁损耗、涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗)9. 感生磁各向异性按产生的种类，主要有_、_、_、_。(磁场或应力热处理感生磁各向异性、轧制感生磁各向异性、 生长感生磁各向异性、交换各向异性)10. 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11. 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、xnA+ynB + znC812. 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的成分偏离正分并对_有利。64、32、8、16、掺杂13. 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）14. 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15. 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_ 。磁导率实部下降到_ 或磁导率虚部达到_ 时所对应的频率称为该材料的_ 。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 _ ，使用的工作频率也相应提高。磁谱、一半、极大值、截止频率fr、越高16.一般来讲，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。二、名词解释1.单位晶胞 2.比温度系数 3.失稳分解 4.磁性织构 5.固态相变 6.叵姆合金 7.氧参数 8.铁磁共振线宽 9.织构化（磁性织构、结晶织构） 10.截止频率 11.固态相变12.过饱和固溶体的脱溶13.金属间化合物14.固溶体三、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、B、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，我们应该选择哪种器件？ 四、问答题1 请阐述Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响主要有哪些方面？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。2.铁氧体的合成与制备技术（氧化物法、化学共沉淀法、溶胶凝胶法等）3. 试从配方、材料要求与工艺、应用等方面比较高磁导率和功率Mn-Zn铁氧体？4. 铁硅合金和铁镍合金在磁性和应用上各具有什么特点？5. 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？6.简述Fe、Ni、Co的晶体结构（要求画出示意图）和磁性7.简述金属软磁材料磁化机制以及影响其起始磁导率的因素。8. 80%NiFe合金为什么要进行叵姆处理？而67%NiFe合金要进行磁场热处理？ 同时比较低Ni和高Ni合金的特点。9. Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响。10. 提高金属永磁材料稳定性可采用哪些措施。11. 比较永磁材料AlNiCo系列、SmCo系列和NdFeB系列的矫顽力机理。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。12. 试从磁性来源、工艺、原料、磁特性、经济性等方面，比较金属软磁性和铁 氧体软磁材料的特点。且指出其优缺点。13. 固溶体的分类及影响固溶度的因素。（10分）分类： 按溶解度或溶质原子在溶剂晶体中的位置来分类：置换型固溶体（1分）；填隙型固溶体（1分）；缺位型固溶体（1分）； 按照溶解度：无限固溶体（1分）；有限固溶体（1分）。影响溶质原子在溶剂晶格中的溶解度的因素： 结构因素（1分） 离子大小因素（1分） 电负性（1分） 温度（1分） 离子电价的影响（1分）五、计算分析题（20分，每题10分）已知一种Ni-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 W总=0.5 159.7+0.25 74.7+0.0575+0.281.4=(g)制备1Kg材料需Fe2O3为:1(0.5 159.7/)= (Kg);需NiO为:1(0.2574.7/)= (Kg);需CoO为:1(0.0575/)= (Kg);需ZnO为:1(0.281.4/)=(Kg); 设化学式为：ZnNiCoFeO4则 =3 （1） ：=20：25：5：100 （2）又设Fe 2+的含量为x 2 +2 +2 + x2 +(-x)3 =8 （3）联立（1）（2）（3）式，得 =；=；=；= ；x=故该材料的化学式为：ZnNiCo1Fe2O4占位结构结构分布式为：（Zn 2+Fe 3+）Ni 2+Co 2+ Fe 3+）O 2-4Co2+含量增加有利于提高Ni-Zn铁氧体截止频率。往期考题节选填空题：1、品质因数是反映软磁材料在交变磁化时能量的_和_的性能。2、铁氧体材料按其晶体结构分为_、_ 和_ 铁氧体。3. 磁性材料材料在交变磁场中产生能量损耗，称为 。磁损耗包括三个方面 、 和 。4. 永磁材料的一个重要的性能指标为 ，其单位为MGOe。5. 一般来讲，技术磁化过程存在两种磁化机制，分别为 畴壁位移 和 磁畴转动 。6. 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，主要有_、_、_和_7. 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_磁谱_ 。磁导率实部下降到_一半_ 或磁导率虚部达到_最大值_ 时所对应的频率称为该材料的_自然共振频率_8. 9. 10. 辨析题1. 磁晶各向异性常数K1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K1值都相同。请判断上面说法的对错，同时说明原因。2. Tc, Ms, Mr, Hc 和 m 等均为磁性材料的内禀磁特性。问答题1.氧参数（3分） 2.饱和磁化强度（3分）3、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。（6分） 4、下图为一种软磁材料的磁化曲线和磁滞回线（M-H），请在图中分别标出Ms、Mr,、Hc 和起始磁导率mi，并指出哪些是内禀磁参数？同时说明磁性材料的磁化机制。HM5、如何提高永磁材料的Hc？（7分）6、请问下列材料中，哪些是硬磁材料，哪些是软磁材料。区分它们的主要磁性能参数是什么？。(1) SrFe12O19； (2) Supermalloy; (3) Sm2Co17； (4) Fe-Si； (5) FINEMENT; (6) NiZn尖晶石铁氧体； (7) AlNiCo；(8) a-Fe；(9) NdFeB； (10) 非晶FeSiB合金； 7. 金属间化合物答：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，这类化合物统称为金属间化合物。8. 磁相变答：磁性有序结构向有序结构转变（如反铁磁与铁磁结构之间的转变）（1.5 分）或磁性无序结构与有序结构间的转变过程 （1.5 分），称为磁相变。9、下图为MnZn、NiZn铁氧体的Ms（T）曲线，试说明： 影响Ms的因素有哪些？（3分） 请说明不同Zn含量（x）对MnZn、NiZn铁氧体居里温度的影响，若将其与金属型磁性材料（如SmCo5合金）相比，请说明铁氧体材料与金属型磁性材料在磁性能上的差异之处。（7分）（a）Mn1-xZnxFe2O4 （b）Ni1-xZnxFe2O4答：（1）由图可知，影响Ms的因素有材料的成分、环境温度。（3 分）（2）由图（a）可知，随着Zn含量的增加，MnZn铁氧体的居里温度下降，而饱和Ms的数值在增加；类似地，NiZn铁氧体有着同样的规律。（4 分）与金属型铁磁性材料比较，二者存在如下的差异：（3 分，每个0.5 分） 1) 铁氧体的居里温度相对较低； 2）铁氧体的饱和磁化强度Ms的数值要低些； 3）铁氧体的温度稳定性要差些； 4）铁氧体属于氧化物，其电阻率与金属铁磁性材料比较要大得多，所以铁氧体主要在较高的频率下使用，如在MHz或GHz领域； 5）铁氧体材料的制备工艺简单，制备成本较低； 6）金属磁性材料不耐腐蚀，而铁氧体材料在这方面要好些；10.请问什么是Snoek定理？请简要说明一下（画图表示也可以）。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 分）：在等式右边，g 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，（mi-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 （mi-1）和 fr的反比例关系，也给 2分。11、简述我们对永磁材料的性能要求。12.13. 14.15. 16. 17. 计算分析题1、已知一种Ni-Zn铁氧体软磁材料，其配方为：Fe2O3 = 40 mol%，NiO