磁性材料调研报告

1、物理前沿讲座结课论文 磁性材料调研报告 班级：物理2014 学号：1468127101 姓名：陈俊 学院：理学院 专业：应用物理学 2016年06月10日 摘要：本文主要检索了磁性材料从一开始被发现至今的一些发展过程及其在人们日常生活中的的用途，基本的特性，分类及其在今后的生活中的发展前景，同时还简要地阐述和介绍了目前国内外对磁性材料领域的研究现状，应用水平以及自己跟随学院老师研究磁性材料的进度做一个说明。一 磁性材料 磁性材料，通常所说的磁性材料是指强磁性物质，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已

2、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。大比特资讯上说，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。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。二 磁性材料特性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，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁

3、感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（MH或BH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MH曲线或BH曲线上的某一点，该点常称为工作点。2软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs：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。 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。 矩形比：BrBs 矫顽力Hc：是表示材

4、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）。 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。 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。 损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe f2 t2 / ， 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。

5、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特性。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掌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。三 磁性材料分类不同材料，磁化时的表现也有所不同，如果根据磁体磁化时的表现来分类，可将磁性材料分为5类：抗磁性材料、顺磁性材料、反铁磁材料、铁磁

6、性材料和亚铁磁性材料。其中，由于铁磁性材料和亚铁磁性材料都具有很大的磁化率，所以应用前景较广。例如，由于亚铁磁性的铁氧体磁性材料具有较大的磁化率，大约在103和104之间，所以这种材料在电子技术中使用较广泛。在电工技术中，硅钢片常常被用来制作铁芯，也是属于铁磁性材料，起始磁化约为104。表征磁性材料性质的基本参量有：初始磁导率、最大磁导率、饱和磁化强度、矫顽力、剩余磁感应强度和最大磁能积。不同应用中对材料的要求也会不同，如果将强磁性材料(铁磁体和亚铁磁体)从应用来分类，又可分为如下5类：1）软磁材料始磁化率朋较大，矫顽力较小的磁性材料可称为软磁材料。多数被用于制作变压器的铁芯，发电机的定子和电

7、动机的转子等。常见的软磁材料有铁氧体、纯铁、铁镍合金、硅钢片等。 2)硬磁材料 硬磁材料的特点就是矫顽力非常大，不容易退磁，常用来产生稳定的静磁场。例如，用来制作磁电式仪表、电动式扬声器、电能表等。硬磁材料除了具有较大的矫顽力之外，还应具有较高的最大磁能积、较好的温度稳定性。主要的硬磁材料有稀土永磁材料(钕铁硼稀土合金永磁材料)，金属永磁材料和铁氧体永磁材料竺寸o 3)矩磁材料矩磁材料一般具有近似矩形的磁滞回线，同时具有较小的矫顽力。常用于制作自动控制设备的控制元件和计算机存储器的记忆元件，也可用于制作脉冲变压器的磁芯。 4)压磁材料有的磁性材料在磁化过程，材料的尺寸和形状会发生弹性形变，也就

8、是说在磁化过程中会出现磁致伸缩，这类材料就是压磁材料。正因为压磁材料这种尺寸变化的特殊性质，所以常用作转换磁声或磁力能量。四 研究现状如今，磁性材料已经应用到各个领域。对于纳米材料铁磁性研究，尤其是薄膜材料，因其在理论研究和技术应用两方面的发展潜力而引起了人们的广泛关注1-10。在1988年德国科学家 Peter Grünberg 和法国科学家 Albert Fert 在Fe/Cr和其它的磁性/非磁性多层膜中发现了巨磁阻效应（GMR），获得了2007年的诺贝尔物理学奖。巨磁阻效应的发现，引起了科学家们对交换偏置现象的关注，因为它不仅仅对永磁体以及磁记录方面有极大的发展应用，同时还可以

9、降低巨磁阻效应所需要的饱和磁场。 在1991年Kneller等人提出的交换弹簧多层膜，结合了硬磁相和软磁相的优点，具有很大的磁能积，具备垂直交换耦合、磁电阻、磁致伸缩等诸多效应，是目前国内外磁性物理和磁性材料研究的又一个热点。交换弹簧磁性多层膜是在纳米尺度交换耦合的硬磁/软磁复合多层膜，以Nd2Fe14B/-Fe和Sm2Co17/a-Fe为材料的三层膜模型，既具有永磁材料的高矫顽力，同时也兼具了软磁材料的高剩磁和高饱和磁化强度，由于高磁化强度和高矫顽力的高性能用词材料的重要指标，所以引起了致力于获得高磁化强度和高矫顽力的高性能永磁材料的人们的高度关注。五 应用领域 磁性材料的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。磁性材料从材质和结构上讲，分为“金属及合金磁性材料”和“铁氧体磁性材料”两大类，铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。从应用功能上讲，磁性材料分为：软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了，因为金属在高频和微波频率下将产生巨大