磁性功能材料.ppt

1、Magnetic Materials,新型功能材料 New Functional Materials,Magnetic Materials,引 言,磁性材料是功能材料的重要分支； 磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域，尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能化方向发展；要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、高速度，而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点。,Magnetic Materials,引 言,Ma

2、gnetic Materials,引 言,Magnetic Materials,引 言,永磁铁氧体的产量居世界首位,Magnetic Materials,第一节 磁学的基本概念 1.1 材料的磁性 1.2 磁性的分类 第二节 磁性材料种类、特性及其应用 2.1 软磁材料 2.2 硬磁材料 2.3 其他磁性材料 第三节 磁性材料产业现状分析,本 章 内 容,Magnetic Materials,第一节 磁学的基本概念,地球本身就是一个大磁体 人们对磁性的接触是从偶然碰到天然磁铁（磁铁矿Fe3O4)开始的 指南针（罗盘）的发明对欧洲的航海业发挥了巨大作用,1.1 材料的磁性,为什么物质会产生磁性，

3、这一直是困扰古人的一个神秘问题,？,Magnetic Materials,材料的磁性,Add Your Text,Add Your Text,奠定了磁学科学的基础，剥去了磁现象的神秘面纱,丹麦：奥斯特,英国：法拉第,法国：安培,英国：William Gilbert,Magnetic Materials,材料的磁性,关于磁现象的两个基本问题 一、 磁及磁现象的根源是电流（电荷运动） 证明实验：电流周围存在磁场 （电生磁） 雷电伴随磁场发生,Magnetic Materials,磁及磁现象的根源是电流 结构根源：,与物质磁矩相关联的各种现象称作“磁现象”,材料的磁性,Magnetic Materi

4、als,材料的磁性,电子磁矩,1.轨道磁矩： 电子绕原子核运动形成一环形电流，该电流环相当于一磁矩,2.自旋磁矩： 电子的自旋磁矩是由量子效应造成的，它在空间有正反两种取向,在被电子填满了的电子壳层中，总的轨道磁矩和自旋磁矩都分别为零只有在末被电子填满的子完层中它们才有可能不等于零。,Magnetic Materials,材料的磁性,为什么电子磁矩对物质磁矩起主要贡献，而不是原子核磁矩呢？ 原子核比电子重1000多倍； 原子核运动速度仅为 电子速度的1/几千； 故：原子核磁矩可忽略,原子核,原子：原子核和核外电子,Magnetic Materials,材料的磁性,所有的原子都具有磁矩，物质由原

5、子构成，故： 二、磁性是物质的基本性质 所有的物质都有磁性，如同质量、体积一样是基本属性 外加磁场下，物质状态发生变化，产生新的磁场，即被磁化，产生磁感应,Magnetic Materials,材料的磁性,既然所有物质都是磁性体，为何只有铁等少数物质可被永磁体强烈吸引而大多数物质不会？,主要原因 磁矩主要由电子产生；在晶体中，受晶体场作用，电子群运动方向不同导致产生的电子轨道磁矩方向不同，相互抵消，磁矩变小。,对外几乎不显磁性,Magnetic Materials,磁化曲线和磁滞回线,铁磁性物质在外磁场作用下磁化过程的不可逆性，即磁滞现象。,磁滞现象： 顾名思义即物质在磁场中的磁化存在某种阻滞

6、，故MH或BH变化不是线性的（非线性）,物质的磁化曲线是评价铁磁材料性能和质量的一个重要方面。,将未经磁化（消磁或退磁状态）的铁磁体置于外磁场H中，磁畴壁移动，磁畴内磁矩转向，磁体内部的磁通密度B或磁化强度M随外磁场呈非线性变化，磁滞回线即为MH或BH变化规律曲线。,Magnetic Materials,磁滞洄线示意图： 随着磁场H的变化，B-H或M-H变化关系曲线,初始磁化曲线,磁化曲线和磁滞回线,Magnetic Materials,磁化过程 磁滞现象,以第一象限为例：随着磁场H的变化，图中所示a，b，c三个不同区域，代表三种不同的磁畴运动方式 a：可逆的畴壁移动 b：非可逆的畴壁移动 c

7、：可逆的畴壁旋转,初始磁化曲线,磁化曲线和磁滞回线,Magnetic Materials,1.2 磁性的分类,磁化率的大小及其变化规律,划分标准：,磁 性 的 分 类,Magnetic Materials,强磁性,铁磁性,亚铁磁性,原子磁体耐热振动 磁矩方向平行一致,相邻原子磁体磁矩 大小不同，反平行,MH特性（MH）,H,M,Ms,O,具有较大的饱和Ms,磁化率0,1.2 磁性的分类,Magnetic Materials,弱磁性,顺磁性,反铁磁性,相邻原子磁体的磁矩 方向反平行相抵消,0K，热振动 磁矩方向紊乱,MH特性（MH）,磁化率0; M较小,磁化率0; M较小,1.2 磁性的分类,M

8、agnetic Materials,铁磁性,这种物质在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，磁化率0，数量级为10-106，磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线形的复杂函数关系。 这种类型的磁性称为铁磁性。,Magnetic Materials,代表物质：Fe 26：1s22s22p63s23p63d64s2,1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d6,4s2,理论上，3d轨道上具有四个不成对电子，产生轨道磁矩及自旋磁矩，对磁化产生贡献,铁磁性,Magnetic Materials,实际上，3d和4s轨道能量接近，Fe的外层及次外层的8个电子可以换位：,3d6,4s2,电子换位,3d7.88

9、,4s0.12,实际上，Fe 的3d轨道的不成 对电子数为： 52.882.12 对磁矩作贡献,铁磁性,Magnetic Materials,亚铁磁性,另一类物质，它们的宏观磁性与铁磁性相同，仅仅是磁化率稍低些，大约是100-103数量级。 它们的内部磁结构却与反铁磁性的相同，但相反排列的磁矩不等量。 铁氧体是典型的亚铁磁性物质。,T,Tc,0,亚铁磁性,Magnetic Materials,相邻原子磁体磁矩 大小不同，反平行 代表物质：钇铁石榴石 （YIG：Y3Fe5O12Y3Fe2Fe3O12) 又称：石榴石型铁氧体：是一类具有复杂晶体结构的铁氧体陶瓷材料,亚铁磁性,Magnetic Ma

10、terials,顺磁性,某些物质当它们受到外磁场H作用后,感生出与H方向相同的磁化强度, p0,但数值很小，一般为10-3-10-6数量级，这种磁性称为顺磁性。,Magnetic Materials,顺磁性物质,在原子（或离子）的电子壳层中未填满电子的情况下，往往带有净磁矩，由这些原子或离子组成的物质一般为顺磁性的。,含有过渡元素的盐类,稀土元素,顺磁性,注： 对于一般金属来说，情况较为复杂，有些是顺磁性的，有些则是抗磁性的或铁磁性的。,Magnetic Materials,抗磁性,某些物质当它们受到外磁场H作用后,感生出与H方向相反的磁化强度,d0,这种磁性称为抗磁性。 d一般为10-5的数

11、量级。 此种物质称为抗磁性物质。 这些物质的曲线为一直线。,Magnetic Materials,抗磁性,抗磁性物质,离子固体（NaCl）；共价晶体（C、Si、Ge）,金属Bi、Sb有负值较大的抗磁化率,Magnetic Materials,反铁磁性,另有一类物质，当温度达到某个临界制TN以上，磁化率与温度的关系与正常的顺磁性物质的相似，服从居里-外斯定律，但Tp常小于零。 当TTN时，磁化率不是继续增大，而是降低，并趋于定值。TN称为奈耳温度，上述磁性称为反铁磁性。,在奈耳温度以下时，宏观磁性等于零，只有在很强的外磁场下才能显示微弱的磁性。,Magnetic Materials,反铁磁性,反

12、铁磁性物质,富锰的Mn-Cu和Mn-Au合金，无序的MnCr合金。,Cr和Mn及许多含有这些元素的有序化合物，如MnAu、MnAu2、MnAu3、CrSb、CrSe、MnTe、Mn2As、NiMn等,Fe、Co、Ni、Mn的氧化物、硫化物或卤化物等，如MnO，FeO、CoO、NiO、MnS、-Fe2O3、FeS、FeCl2、MnF2、NiFe等,Magnetic Materials,1.2 磁性的分类,Magnetic Materials,第二节、磁性材料种类及其特性,2.1 软磁材料 2.2 硬磁材料 2.3 其他磁性材料,Magnetic Materials,按矫顽力分类,软磁材料,半硬磁

13、材料,硬（永）磁材料,Hc100A/m(1.25 Oe),Hc :1001000A/m (1.2512.5Oe),Hc1000A/m(12.5Oe),第二节、磁性材料种类及其特性,Magnetic Materials,按用途分类,铁芯材料,磁记录材料,磁头材料,磁致伸缩材料,磁屏蔽材料,变压器、继电器,录音机,通讯仪器、电器,磁带、磁盘,传感器,第二节、磁性材料种类及其特性,Magnetic Materials,主要磁性材料分类,第二节、磁性材料种类及其特性,Magnetic Materials,2.1 软磁材料,软磁材料主要是指那些容易反复磁化，且在外磁场去磁后，容易退磁的材料。 由于导磁率

14、高，一旦外磁场发生小的变化，材料的磁场就发生很大变化。,Magnetic Materials,软磁材料的主要类型 纯铁和硅钢片 软磁铁氧体 铁镍合金 非晶态合金,2.1 软磁材料,Magnetic Materials,纯铁和硅钢片,铁是最早应用的一种经典的软磁材料，常用降低含碳量的方法来获得低矫顽力。 在铁中加Si来脱碳是比较经济的方法。Si还可以提高其比电阻，以降低涡流损失和磁滞损耗。 直至目前，硅钢片在磁性材料中仍占有重要位置。,Magnetic Materials,软磁铁氧体,铁氧体是一种特殊的非金属磁性材料，属于亚铁磁性范围。 通常，用改变材料中各种金属元素的比例，加入微量元素和改进制

15、造工艺等办法 ，来获得各种性能不同适用场合不同的软磁铁氧体。 目前主要有：NiZn、NiCuZn、LiZn、MnZn铁氧体,Magnetic Materials,铁镍合金,铁镍合金的软磁性能比电工钢优越得多。 在低磁场中，具有高磁导率、低饱和磁感应强度，很低的矫顽力和低损耗，而且加工性能好。 含w(Ni)3580%的Fe-Ni合金称为坡莫合金。,Magnetic Materials,Fe-Ni合金的磁导率m随Ni含量的增而加增加、但Bs下降。当Ni量接近80%时，能获得高的磁导率。 根据Ni含量对合金磁性能的影响，Fe-Ni合金分为高导磁、恒导磁率、中磁饱和中磁导率材料等。,铁镍合金,Magn

16、etic Materials,非晶态合金,当液态金属凝固的冷却速率高于一临界值时，晶体的形核与生长被抑制，形成原子排列为短程有序而长程无序的固态结构。 非晶态合金软磁材料是新型的软磁材料，具有高的比电阻，交流损失很小，而且，制造工艺简单，成本也低，还有高强度、耐腐蚀等优点。,Magnetic Materials,非晶态合金,Magnetic Materials,(1)过渡金属-类金属系(TM-M)，其中Fe，Ni，Co等磁性元素一般占7084%，类金属元素B，Si，C，P占1630%； (2)稀土-过渡金属系(RE-TM)； (3)过渡金属-金属系(TM-MT)，其中Fe，Ni，Co等过渡元素

17、含量约90%，金属元素Zr，Hf等约10%。,非晶态软磁合金分类,也可按主要成分将其分为铁基、钴基和铁镍基合金等。,还可按磁性分为高饱和磁感和高磁导率两类。,非晶态合金,Magnetic Materials,铁基非晶合金的种类：主要有Fe-B、Fe-B-C、Fe-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-Co-B-Si五个系列，以及添加Mn、Mo、Cr、Al、Nb元素合金化发展的新合金系列。 用途：对应于硅钢和中镍含量的铁镍合金，主要用于功率器件如配电变压器、电力变压器、电动机等。从使用的角度出发， 性能特点：矫顽力低、磁导率高，电阻率是硅钢的三倍左右，铁损仅为取向硅钢的四分之一，为无取向硅钢的十分

18、之一，激磁功率一般仅为取向硅钢的十分之一，对于节约能源具有相当重要的意义。不足之处在于饱和磁感应强度低于硅钢，带材较薄因而填充系数较低，存在退火脆化问题及成本偏高等。,非晶态合金,Magnetic Materials,钴基非晶态合金：主要包括Co-Fe、Co-Mn和Co-Fe-Ni。具有很高的磁导率、很低的矫顽力和损耗、良好的高频性能，适于制作电子变压器、磁记录头、磁放大器等电子元件；主要性能特点和应用范围同高镍坡莫合金相对应。 铁镍基合金：性能介于铁基和钴基合金之间的一个系列。此类材料的饱和磁感、动态磁导率、矫顽力、损耗等性能高于铁基而低于钴基非晶态合金。在价格方面也介于铁基与钴基合金之间。

19、此类合金的成分范围很宽，在性能上可以与坡莫合金相比。,非晶态合金,Magnetic Materials,快速凝固Fe-Si软磁合金：可提高Si含量、进一步减小合金带的厚度，获得优良的磁性。 快速凝固非晶纳米晶复合软磁合金：在非晶态Fe-B-Si合金基础上通过Cu、Nb、Zr等元素合金化发展起来的合金。其结构为非晶基体上分布尺寸为几十纳米的晶体，具有优异的软磁和力学综合性能，已广泛应用于软磁铁心的工业生产。,快淬微晶与超微晶合金,非晶态合金,Magnetic Materials,发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心；磁头与磁记录介质；计算机磁心等。,软磁材料应用,用途,

20、高的饱和磁感应强度、高的最大磁导率、高的居里温度和低的损耗。,要求,高磁饱和材料，中磁饱和中导磁材料，高导磁材料，高硬度、高电阻、高导磁材料，矩磁材料，恒磁导率材料，磁温度补偿材料，磁致伸缩材料。,分类,Magnetic Materials,软磁材料应用-铁芯材料,变压器、电机与继电器的铁(磁)心。,用途,低的矫顽力、高的磁导率和低的铁损。,要求,高磁饱和材料(Bs为2T左右)，如工业纯铁、电工硅钢片、非晶态软磁合金和铁钴合金；中磁饱和中导磁材料；高导磁材料如坡莫合金等；恒磁导率材料；以及铁粉心型材料与氧化物粉心材料等,分类,Magnetic Materials,资源丰富、价格低廉，具有良好的

21、可加工性，早在1890年热轧纯铁就用于制造电机和变压器铁芯。,软磁材料应用-铁芯材料,（一） 工业纯铁,直流技术中非常重要的高磁饱和材料，主要用于制造电磁铁的铁心、极头与极靴；继电器和扬声器的磁导体；电话机的振动膜；电工仪器仪表及磁屏蔽元件等。,Magnetic Materials,最常见的电磁纯铁，名称为电铁(代号DT)，含碳量低于0.04%的Fe-C合金，Bs达2.15T，其供应状态包括锻材、管材、圆棒、薄片或薄带等。,去应力退火：消除加工应力。保护条件下860930，保温4小时后随炉冷却。 去除杂质处理：纯铁中的杂质（ C，Mn，Si，P，S，N等）会显著降低材料的磁导率和矫顽力。通过去

22、杂质退火处理来降低材料中杂质的含量。在纯干燥氢气或真空(10-2帕以下)中，于12001300温度保温510小时。,工业纯铁的热处理：纯铁材在加工成元件后必须经过热处理才能获得好的软磁性能,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materials,人工时效处理：克服纯铁严重的自然磁时效现象，为保持纯铁元件的磁稳定性，须在热处理后进行100，保温100小时的人工时效处理。或选择低时效敏感性的材料。,纯铁的自然磁时效现象：即随着时间的增长，材料的矫顽力上升，磁导率下降。纯铁的时效在130附近特别明显。引起时效的原因是由于在Fe中含有N，逐渐形成铁的氮化物所致。,纯铁的缺点：电阻率低，使用时产生

23、很大的涡流损耗，不适于制作在交变场中工作的铁心。,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materials,（二）电工硅钢片（Fe-Si软磁合金）,铁中加Si的作用：可提高铁的最大磁导率，增大电阻率，还可显著改善磁性时效。但Si加入量过多时，会降低饱和磁化强度、居里温度、磁晶各向异性常数K1、磁致伸缩系数含Si量的增大会使材料变脆。,电工硅钢片中Si的含量在0.54.8%Si。1903年开始投入实际生产，用量极大。主要用于制造大电流、频率50400Hz的中、强磁场条件下的电动机、发电机、变压器等；中、弱磁场和较高频率(达10KHz)条件下的音频变压器、高频变压器、电视机与雷达中的大功率变压

24、器、大功率磁变压器、以及各种继电器、电感线圈、脉冲变压器和电磁式仪表等。,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materials,与热轧硅钢相比，冷轧硅钢的Bs高，其厚度均匀、尺寸精度高、表面光滑平整，从而提高了填充系数和材料的磁性能。冷轧带材的厚度可低至0.020.05mm。冷轧硅钢的含硅量不超过3.5%，否则的材料冷轧十分困难。近年来，用快速凝固技术可制备出含硅6.5%的硅钢薄带。,电工硅钢片,热轧硅钢片（DR）,冷轧无取向硅钢片（ DW）,冷轧单取向硅钢片（ DQ）,电讯用冷轧单取向硅钢片（ DG）,中国2002年底停止生产,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materia

25、ls,单取向硅钢的优点：磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高导磁与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率比约为6:1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为后者的2.5倍。,织构取向度的影响：取向度7o 加微量Al等、形成AlN,可使范围减小，取向度3o,去应力退火处理：用硅钢片制成的电磁元件成型之后，应消除应力（800850，保温515min），恢复材料磁性,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materials,纯铁中加入钴后，Bs明显提高，含钴35%的铁钴合金的Bs达2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料。国外牌号为Permendur。在合金中加入

26、少量的V和Cr可显著提高其电阻率。实际应用的铁钴合金主要有Fe64Co35V1(或Fe64Co35Cr1)和(Fe50Co50)98.7V1.3。(Fe50Co50)98.7V1.3合金的国内牌号为1J22，国外牌号为V-Permendur。,铁钴合金具有高的磁导和的Bs，适用于小型化、轻型化以及有较高要求的飞行器及仪器仪表元件的制备，制造电磁铁极头和高级耳膜震动片等。但电阻率偏低，不适于高频场合的应用。但价格昂贵。,（三）铁钴合金,Magnetic Materials,（四）Fe-Ni合金(坡莫合金，Permalloy),软磁材料应用-铁芯材料,使用过程中应避免冲击、振动及其它力的作用。,坡

27、莫合金的热处理,避免超结构相Ni3Fe形成,NiFe在600以下的冷却过程中发生有序化转变形成Ni3Fe；不利于磁性能。,解决办法：600后急冷,易变形对应力敏感,加工后须退火12001300，保温3h并缓冷至600,Magnetic Materials,主要是高镍含量的铁镍合金，镍含量76%86%。其基本性能：m 125-187mH/m, Hc 1.4-3.2A/m, Bs 0.6-0.75T, 55-6210-8m,高导磁合金,在弱场下具有很高的初始磁导率和最大磁导率，有较高的电阻率，因而适合在交流弱磁场中使用，如各种音频变压器、互感器、磁放大器、音频磁头、精密电表中的动片与静片等。主要用

28、于收音机、电视机和通讯器材等。,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materials,恒导磁率的获得：冷轧后于1000下进行再结晶退火，可以得到(001)100织构。再将其以50%的轧制率进行冷轧，可以生成单轴轧制型磁各向异性。对合金进行横向磁场热处理(外加磁场方向垂直于使用中的磁化方向)，可使其磁化率在很大范围内保持恒定不变。,恒导磁率合金,成分范围：含Ni5575%的铁镍合金，国产恒导磁率合金牌号为1J66(Fe-w(Ni)65%)，,主要用途：恒电感器，也可用于单极脉冲变压器。,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materials,中磁饱和中磁导率合金,软磁材料应用-铁芯

29、材料,主要用于制作小功率变压器、微电机、继电器、扼流圈和电磁离合器的铁心，以及磁屏蔽罩、话筒震动膜等。,具有更高的电阻率与低的矫顽力，主要用于脉冲变压器、音频和高频通讯仪器等。,1J46和1J50合金,1J54合金,Bs和电阻率介于1J50和1J54合金之间，合金价格便宜，主要用于要求高Bs，而对磁导率要求不高的条件下制备高频滤波器、脉冲变压器及灵敏断电器等。,Fe-Ni36% 低镍合金,Magnetic Materials,（五）粉心材料,减少高频下的损耗,涡流损耗还与材料厚度的平方成正比,高频下的损耗,磁致损耗与频率成正比,涡流损耗与频率的平方成正比,主要问题,解决办法,减小铁芯材料（Si

30、钢片）的厚度,有一定限度100KHz。,将磁性材料制成粉末，在粉末颗粒之间加上绝缘物质，用压缩成型的办法制成磁心，使用频率可以提高到几百MHz。,粉心型材料,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materials,粉芯产品示例,软磁材料应用-铁芯材料,Magnetic Materials,（一）磁记录介质材料,要求:材料具有高的剩余磁化强度、陡的B-H曲线、大的B/H值、微细的粒子尺寸、粒子磁性的一致性及合适的矫顽力值。,用途：磁带，磁盘等,记录方式：纵向记录；垂直记录,记录介质材料：磁性颗粒（如-Fe2O3）涂覆在高分子基片上发展到磁性薄膜记录介质,软磁材料应用-磁记录材料,Magne

31、tic Materials,主要采用的磁记录介质,软磁材料应用-磁记录材料,Magnetic Materials,软磁材料应用-磁记录材料,Magnetic Materials,全球最薄固态磁盘：9.5mm,嵌入式系统的固态磁盘,软磁材料应用-磁记录材料,Magnetic Materials,软磁材料应用-磁记录材料,Magnetic Materials,高镍含量的铁镍基耐磨高导磁合金、 铁硅铝合金和高导磁铁氧体材料。,从磁记录介质中读出信号,高磁导率、低矫顽力和高电阻率 高的耐磨性和低应力敏感性,（一）磁头材料,软磁材料应用-磁记录材料,用途,要求,主要磁头材料,Magnetic Mater

32、ials,在高镍型铁镍二元合金基础上加入Nb、Mo、Al和Ti等合金元素而形成。通过调节成分和适当的最终热处理，使合金元素在基体内形成有限固溶体和对畴壁运动无阻碍作用的极微细的(小于畴壁宽度)均匀沉淀相，从而使合金在保持高导磁率的同时得到固溶强化和沉淀强化，制备出高硬度低应力敏感性的高导磁合金。 铁镍基耐磨高导磁合金主要用于低频磁头如录音机、数字磁带机和磁卡机磁头以及微电机、变压器、传感器和磁放大器等各种电感元件铁心。,软磁材料应用-磁记录材料,（一）磁头材料,铁镍基耐磨高导磁合金,Magnetic Materials,(Fe-w(Si)9.6%-w(Al)5.4%)的导磁率与高镍的Fe-Ni

33、合金相当，Hv达500，饱和磁感应强度约1T，电阻率11010-8m。该合金制备的磁头具有高的耐磨性和优良的高频特性,是四磁头录像技术中普遍应用的磁头材料。 缺点是对合金成分的变化非常敏感，又硬又脆，难加工，使磁头价格昂贵。,软磁材料应用-磁记录材料,（一）磁头材料,铁硅铝合金,Magnetic Materials,硬度Hv达600700，耐磨性高，主要用于制作录像机、数字磁带机、磁盘机和磁鼓的磁头铁心,其中应用最多最普遍的是多晶热压铁氧体;其最大缺点是磁头缝隙附近容易产生剥落， 从而导致磁记录质量的下降。 采用单晶和取向铁氧体抗剥落性得到显著改善，但增加了磁头制造工艺的难度。,软磁材料应用-

34、磁记录材料,（一）磁头材料,Mn-Zn和Ni-Zn铁氧体,Magnetic Materials,巨磁阻硬盘磁头,软磁材料应用-磁记录材料,Magnetic Materials,利用磁致伸缩现象，可将电震荡转变成超声波振动，因此磁致伸缩材料主要用于超声波发生器的振子(铁心)。 此类材料主要包括纯镍(w(Ni)99.9%)、Fe-w(Al)13%合金(1J13)、Fe49Co49V2(1J22)、Fe-w(Ni)50%(1J50)。,软磁材料应用-其它材料,（一）磁致伸缩材料,Magnetic Materials,具有显著磁致伸缩效应的磁性材料。已实用的磁致伸缩材料分为3类：,金属磁致 伸缩材料,

35、其饱和磁化强度较高，力学性能好，可承受较高的功率，但电阻率低，不适用于高频段。常用的有铁基合金、镍基合金。,铁氧体磁 致伸缩材料,其饱和磁化强度较低，材料的气隙率影响其力学性能，故不能承受较高功率，但电阻率高，可用于高频段。,巨磁致 伸缩材料,其磁致伸缩系数远高于常规材料，耦合系数也高；缺点是所需磁化场强高。可用于制造超声和水声换能器件，如超声探伤器、回声探测器等；用于制造电信器件，如振荡器、谐波发生器等；也可用于制造自动控制器件及测量和传感器件。,Magnetic Materials,磁致伸缩位移传感器,磁性材料的应用,Magnetic Materials,在一些场合，如小型通讯机和电子仪器

36、中，各种线圈或变压器装配位置紧密，必须进行电磁屏蔽。 常用的磁屏蔽材料有纯铁、坡莫合金或铁硅铝合金，非晶态合金。,软磁材料应用-其它材料,(二) 磁屏蔽材料,Magnetic Materials,在连动系统机械中，为了控制机械部件的相互连接，通常使用磁性离合器。磁流体是将羰基铁或四氧化三铁磁性粉末分散在矿物油或硅油中的一种材料。当加上磁场时，使磁性粉末磁力线方向上连续排列起来，使表观粘度增高，从而实现百分之百的连接。不加磁场时磁流体材料的粘度应很小，加上磁场时其粘度应明显提高；取消磁场时其剩磁要低、恢复到低粘性的初始状态。磁流体中磁粉与机油的比例一般为4:1，与硅油的比例为8:1。,软磁材料应

37、用-其它材料,（三）磁流体,Magnetic Materials,软磁材料应用-其它材料,Magnetic Materials,Nd2Fe14B,ThMn12型,间隙型稀土铁化合物,两相纳米 复合材料,按 化 学 组 成,永磁材料分类,Magnetic Materials,2.2 硬磁材料,矫顽力Hc是衡量硬磁材料抵抗退磁的能力， 一般Hc103A/m 要求剩磁Br值高一些，一般不得小于10-1T （BH）max是磁感应强度与磁场强度乘积的最大值，表示单位体积内储存的能量。 （BH）max越大越好。 其它性质：物理化学稳定性、温度特性、 机械性质、价格等,Magnetic Materials,

38、永磁材料发展历程,Magnetic Materials,Magnets,Soft Magnets,Hard Magnets,Alnico,Ferrite,NdFeB,Sm-Co,58 wt% Fe 30 wt% Ni 12 wt% Al,Nd2Fe14B,Sm2Co17 SmCo5,MFe12O19 M = Ba, Sr,5-10 MGOe,1-4 MGOe,1330 MGOe,2052 MGOe,磁王！,永磁材料分类,按照 磁能积 分类！,Magnetic Materials,永磁铁氧体以锶钡铁氧体为主，其主要特征如下,永磁铁氧体,Magnetic Materials,稀土永磁材料,稀土类材

39、料是一种高能积、高剩磁、高矫顽力的材料，是现在比较热的研究方向。 典型材料： Sm-Co： SmCo5、 Sm2Co17 Sm-Fe-N： Sm2Fe17Nx Nd-Fe-B: Nd2Fe14B,Magnetic Materials,钐钴磁铁又称钐钴磁钢，钐钴永磁体，钐钴永久磁铁，稀土钴永磁等，由钐、钴和其它金属稀土材料经配比，溶炼成合金，经粉碎、压型、烧结后制成的一种磁性材料； 具有高磁能积、极低的温度系数，最高工作温度可达350，负温不限，在工作温度180以上时，其最大磁能积及温度稳定性和化学稳定性均超过钕铁硼永磁材料； 具有很强的抗腐蚀和抗氧化性；所以被广泛应用在航空航天、国防军工、微波

40、器件、通讯、医疗设备、仪器、仪表，各种磁性传动装置，传感器，磁处理器，电机，磁力起重机等。,稀土永磁材料,Magnetic Materials,稀土永磁材料,钕铁硼永磁材料,与其它稀土永磁材料相比，原料丰富、价格低； 制备工艺简单；,钕铁硼磁体,烧结钕铁硼：75%左右,粘结钕铁硼：25%左右,Magnetic Materials,磁性材料的应用,古代指南针就是最早应用磁性材料的一例 仪器仪表、电力工业、电子通讯是磁性材料应用最早、范围最大的几个方面 如电流表、电压表、磁通计、磁强计、流量计、计数器、磁罗盘仪、振动接收器等,永磁体的应用已广泛地扩展到人类社会各个领域，其应用多种多样。,Magne

41、tic Materials,1.在电机工程中的应用,稀土永磁材料产量的三分之一以上用来制造各种永磁电机,磁性材料的应用,Magnetic Materials,2.在交通运输工具中的应用,在每辆汽车中，一般30个部位使用永磁体。国外豪华轿车中使用微电机的数量已经高达70只，用以完成轿车上的各种控制动作。一辆全自动高级轿车需用稀土永磁材料约0.5-3.5kg。,磁性材料的应用,Magnetic Materials,磁性材料的应用,汽车上使用永磁材料的部件,Magnetic Materials,方向盘的电动辅助操纵系统附件,磁性材料的应用,Magnetic Materials,约7200吨钕铁硼,钕

42、铁硼永磁体在电动自行车上的应用是中国的一大特色，其用量随电动车年80增长率逐年大幅度上升，占烧结钕铁硼磁体比重也越来越大。,Magnetic Materials,据报道，现已研制出永磁体-永磁体磁悬浮列车。,磁性材料的应用,Magnetic Materials,3.计算机工业,计算机的发展带动了相关配套元件的发展，硬、软磁盘、光盘驱动器是使用钕铁硼较多的一个方面，每年用于计算机驱动器的钕铁硼磁体约达4000T。,磁性材料的应用,Magnetic Materials,4.在生物工程技术方面的应用,生物磁学发展到今天，有许多与磁学、磁性材料密切相关的生物高科技学科也相继问世。如：核磁共振成像技术就

43、是一例。 又如测量人体各部位磁场的时间谱即磁图（心磁图、脑磁图等）比心电图、脑电图有更多的优点。,磁性材料的应用,Magnetic Materials,核磁共振成像工业,用钕铁硼永磁来制造MRI，每台需用0.5T。,磁性材料的应用,Magnetic Materials,5.在仪器仪表和计时装置中的应用,据统计，永磁材料的10%15%用于制造各种磁电式仪器仪表和各种计时装置。,磁性材料的应用,Magnetic Materials,6.在电声器件中的应用,稀土永磁材料约有5%10%用于制造电声器件,磁性材料的应用,Magnetic Materials,7. 在磁性分离技术中的应用,磁性分离技术在选矿、选煤、原材料处理、水处理、垃圾处理、化工工业中得到了应用。,磁选机,磁性材料的应用,Magnetic Materials,如装有此行引爆装置的水雷或地雷；与其相反的在舰艇或坦克上装上退磁装置，可不使水雷地雷爆炸。 利用电磁能做推动力的电磁炮和电磁导弹，其作用原理是将炮弹通以强脉冲电流并在强脉冲磁场作用下，以极强的电磁力使其高速度发射出去。,8.在军事科学技术方面的应用,磁性材料的应用,Magnetic Materials,电磁炸弹爆炸示意图战斧,美军未来主战舰