功能材料(磁性材料)

1、教学目标教学目标l知识与能力知识与能力l1、了解磁化与退磁的概念。l2、了解磁性材料及其应用l教学重点：教学重点：l磁化和退磁 l教学难点：教学难点：l磁记录 地理的南北极与地磁的地理的南北极与地磁的N、S极相反。极相反。戴戴“头罩头罩”的鸽子为什么会迷失方向？的鸽子为什么会迷失方向？一一.磁化和退磁磁化和退磁1、磁化：、磁化：钢铁物体与磁铁接触后显钢铁物体与磁铁接触后显示磁性的现象叫做磁化。示磁性的现象叫做磁化。2、退磁、退磁：原来有磁性的物体，经过原来有磁性的物体，经过高温、剧烈振动或者遂渐减弱的交变高温、剧烈振动或者遂渐减弱的交变磁场的作用，就会失去磁性，这种现磁场的作用，就会失去磁性，

2、这种现象叫做退磁象叫做退磁用途：用途：发电机、电动机、变压器、电磁发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心；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。磁头与磁记录介质；计算机磁心等。要求：要求：高的饱和磁感应强度、高的最大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。磁导率、高的居里温度和低的损耗。分类：分类：高磁饱和材料，中磁饱和中导磁高磁饱和材料，中磁饱和中导磁材料，高导磁材料，高硬度、高电阻、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，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。

3、磁温度补偿材料，磁致伸缩材料。7.1.1 表表7-l 几种电工用纯铁的磁性能几种电工用纯铁的磁性能图图7-1 Fe-Si3.8合金单晶体合金单晶体磁化方向示意图磁化方向示意图表表7-2 高斯织构和立方织构硅钢片性能比较高斯织构和立方织构硅钢片性能比较图图7-2 铁镍系合金的相图和基本物理性能铁镍系合金的相图和基本物理性能图图5-3 不同的热处理工艺对铁镍合金不同的热处理工艺对铁镍合金的起始磁导率的影响的起始磁导率的影响表表7-3 铁基非晶态合金某些特性铁基非晶态合金某些特性表表7-4 钴基非晶态软磁合金的特性钴基非晶态软磁合金的特性表表7-5 铁镍基非晶态软磁合金特性铁镍基非晶态软磁合金特性图

4、图7-4 非晶态合金与晶粒取向硅钢片的磁滞回线非晶态合金与晶粒取向硅钢片的磁滞回线表表7-6 15kV配电变压器的性能配电变压器的性能图图7-5 永磁材料的退磁曲线和磁能曲线永磁材料的退磁曲线和磁能曲线图图5-5 永磁材料的退磁曲线和磁能曲线永磁材料的退磁曲线和磁能曲线表表7-7 铝镍钴系列化学成分及磁性能铝镍钴系列化学成分及磁性能图图7-6 稀土永磁材料分类图稀土永磁材料分类图表表7-8 各类型稀土永磁材料性能比较各类型稀土永磁材料性能比较表表7-9 Fe-Co-V永磁合金的性能永磁合金的性能表表7-10为为Fe-Cr-Co合金的成分及性能。合金的成分及性能。 表表7-10 Fe-Cr-Co

5、合金的成分及磁性能合金的成分及磁性能图图7-7 纵向记录示意图纵向记录示意图图图7-8 三种最基本的磁记录信号三种最基本的磁记录信号图图7-9 水平和垂直记录的磁化方式水平和垂直记录的磁化方式 (a)水平记录方式；水平记录方式； (b)垂直记录方式垂直记录方式图图7-10 磁头基本结构磁头基本结构 1后隙；后隙；2线圈；线圈； 3铁芯；铁芯；4前隙前隙表表7-11 磁头用合金的磁性能磁头用合金的磁性能表表7-12 主要金属磁粉的磁特性主要金属磁粉的磁特性注：注：s比磁化强度；比磁化强度；密度；密度；r比剩余磁感应强度。比剩余磁感应强度。表表7-13 磁性薄膜记录介质的典型特性磁性薄膜记录介质的

6、典型特性7.4 其他磁性材料其他磁性材料l7.4.1 超磁致伸缩材料l磁致伸缩指的是：铁磁性材料在磁场中被磁化时，沿外磁场方向其尺寸会发生微小变化。lll一般材料的磁致伸缩系数：3060 xl超磁致伸缩效应：（12）xl在发现Tb、Dy等重稀土有大的磁致伸缩效应的基础上，1972年研究开发了室温下具有超大磁致伸缩效应的TbFe2金属件化合物，其磁致伸缩系数高达（12）x ，这种巨大的磁致伸缩现象被命名为超磁致伸缩效应。l由于TbFe2的超磁致伸缩效应的必须以很高的外加磁场为条件，所以很难实用，为使其在低磁场下工作，需降低磁各向异性，即软磁化。610稀土超磁致伸缩换能器磁致收缩的各种变形模式l

7、超磁致伸缩材料在声纳中主要用于电声换能器l原理：在外加交变磁场的作用下，磁致伸缩材料发生变形而振动 ，由此产生声波；当磁致伸缩材料在声波的压力下产生变形时，材料内部的磁感应强度将发生变化，使线圈中产生感应电流。 1、磁致伸缩振子、磁致伸缩振子 2、伺服机构、伺服机构l伺服机构是将电能或磁能转换为机械能的装置，即致动器。实例如图7-133、滤波器、滤波器l超磁致伸缩材料可作为智能型滤波器的重要元件。l滤波器的滤波频率与外磁场有关，通过调节外加磁场可以改变滤波器频率，而压电陶瓷作为滤波元件，滤波频率是固定的。7.4.2巨磁电阻材料巨磁电阻材料l磁电阻效应：由磁场引起材料发生变化的现象l磁电阻效应的

8、大小的物理量是磁电阻系数p(H)为磁场为H时的电阻p(0)为无外磁场（磁场为零）时的电阻率) 0 (/)0 ()(ppHpl巨磁电阻效应指：材料的电阻率在有无磁场作用时存在显著的变化。l1988年首先在Fe、Cr交替沉积的多层膜中发现。l1994年，在类钙钛矿结构的稀土锰氧化物中发现了值达 的超巨磁电阻效应。 目前巨有超巨磁电阻效应主要有多层膜、自旋阀、颗粒膜、非连续多层膜、氧化膜超巨磁电阻薄膜等五大类。310610l多层膜的研究起步早，研究范围广，多层膜是铁磁性过渡金属（或其合金）和非磁性的Cu、Ag、Au等导体构成的超晶格材料。 其特点是电阻变化的磁场灵敏度低。l自旋阀、颗粒膜的灵敏度也不

9、高，非连续多层膜在较低的外磁场下有比较高的灵敏度，同时GMR较高。7.4.3巨磁化强度材料巨磁化强度材料l巨磁化强度材料也称为高磁化强度材料，是指饱和磁化强度高于传统的Fe和Fe-Co软磁合金材料。l自1972年开始，发现Fe-N系化合物Fe16-N2(-Fe16-N2相）的饱和磁化强度的理论值可达2.83T,80年代末利用分子束外延法成功地制备了Fe16-N2单晶薄膜，并测得饱和磁化强度为2.9T，与早期的估算大致相符。 因此巨饱和磁化强度特性受到许多研究者重视。lFe16-N2的制备方法目前主要有一下几种：将铁粉末在700750摄氏度下进行氮化反应，得到奥氏体（相），快冷得到马氏体（Fex-N相），再在120摄氏度下回火，得到含有Fe16-N2相的组织。虽然Fe16-N2相是非平衡相。物理气相沉积法（PVD法）