功能复合材料-2-磁性复合材料

1、2020/6/25，功能复合材料，12020/6/25，功能复合材料，22020/6/25，功能复合材料，32。2聚合物基磁性复合材料，主要由强磁性粉末(功能体)、聚合物基体(粘结剂)和加工助剂组成。2020/6/25，功能复合材料，4，1。铁氧体磁粉BaO Fe2O3或SrO Fe2O3 2。SmCo5磁粉第一代稀土复合永磁材料3。Sm2Co17磁粉二代稀土复合永磁材料4。钕铁硼第三代稀土复合永磁材料中，磁粉的粒度是影响磁性复合材料性能的重要因素。铁氧体和SmCo5粉末的矫顽力受磁体中晶粒成核机制的控制。因此，当磁粉的粒径接近或等于单畴时，其矫顽力明显提高，抗外界干扰的能力明显增强。用Sm2

2、Co17和熔体淬火法生产的微晶NdFeB磁粉的矫顽力由晶粒中的畴壁钉扎决定，其矫顽力不受晶粒尺寸的影响，但其晶粒尺寸主要由堆积密度和制造工艺等因素决定。磁粉的粒度分布也影响磁性复合材料的性能。2020/6/25，功能复合材料，5，2020/6/25，功能复合材料，7，2.2.2聚合物基体，可分为橡胶、热固性树脂和热塑性树脂。2.2.3加工添加剂。为了改善复合体系的流动性，经常加入各种添加剂以改善磁性功能体沿易磁化轴的取向并增加磁粉含量。经常使用一些硬脂酸盐润滑剂、偶联剂和增塑剂。其中，硅烷偶联剂对提高磁性功能体的抗氧化能力也有一定的作用。2020/6/25，功能复合材料，8，2.2.4聚合物基

3、磁性复合材料的制备技术通常采用成型、注射成型、挤出等技术。钕铁硼/环氧树脂复合材料的性能与成型压力的关系，2020/6/25，功能复合材料，9，2.3，磁性复合材料的性能、分类和应用，2.3.1，磁性复合材料的性能与填充磁体含量的关系，低填充量颗粒磁性功能体填充复合材料的相对磁导率：r(V)=1 A Vr；取决于磁性材料的性能、形状和填充量的系数；磁性材料填充的体积分数。2020/6/25，功能复合材料，10。随着填充率的增加，渗透率明显偏离线性。r(V)=1 B V 2 B，磁感应强度。对于填充有两种或两种以上不同尺寸、不同尺寸分布和形状的磁粉的混合磁性复合材料，如果颗粒形态相似，磁性能不同

4、，则r与各种磁性材料体积分数V i的关系可表示为：r(V1，V2)=1 B1V2 2 B2V2 2，2020/6/25，功能复合材料，11。由于磁性材料分为软磁性和硬磁性，因此，此外，铁磁(铁磁和亚铁磁)微粒被涂覆在高分子带或金属盘上以形成用于磁记录的磁带或磁盘，这也是一种非常重要的磁性复合材料，例如通过与液体混合而形成的磁性流体。2.3.2磁性复合材料的分类，2.3.3磁性复合材料的应用，2020/6/25，功能复合材料，12，2.4永磁复合材料，一般而言，永磁材料密度高，易碎且坚硬，不易加工成复杂的形状。然而，在制造聚合物基体或软金属基体复合材料之后，可以克服上述加工困难的缺点。典型的永磁

5、材料包括永磁铁氧体、铝镍钴和稀土永磁材料。2020/6/25，功能复合材料，13，永磁复合材料的功能成分是磁粉，高聚物和软金属起粘结剂的作用。其中，聚合物应用广泛，如环氧树脂、尼龙和橡胶。2020/6/25，功能复合材料，14，成型，注射成型，挤出和其他技术经常用于制造，2020/6/25，功能复合材料，15。显然，与高密度金属磁体或陶瓷磁体(铁氧体)相比，复合磁体的优异加工性能是以牺牲某些磁性为代价的。2020/6/25，功能复合材料，16，非磁性基体和非磁性相的比例直接影响材料的饱和磁化强度和剩余磁化强度，这可以由以下关系式表示：2020/6/25，功能复合材料，17，其中，Mr是复合磁体

6、的剩余磁化强度；Ms是磁性元件的饱和磁化强度；是复合磁体的密度；o是磁性成分的理论密度；是复合物中非磁性相的体积分数；f是铁磁相在外磁场方向上的取向度。2020/6/25，功能复合材料，18，由于复合永磁材料易于成型和良好的加工性能，常用于制造薄壁微型电机的环形定子，如计算机主轴电机、时钟步进电机等。2020/6/25，功能复合材料，19，复合永磁材料良好的可成形性使其适用于制造小尺寸和复杂形状的永磁体。如汽车仪表磁铁、磁力轴承和各种蜂鸣器。2020/6/25，功能复合材料，20，复合永磁材料的功能体可视为由各种磁粉(如铁氧体、铝镍钴、钐钴、钕铁硼等)制成的粘结磁体。)。也可以选择两种或更多种

7、不同的磁粉与聚合物材料复合，以获得更广泛的实际性能。2020/6/25，功能复合材料，21，电子元件的小型化导致在磁路中追求更高的驱动频率。用于此目的的软磁材料，除了高饱和磁化强度和高磁导率之外，还要求它们具有低交流损耗。2.5软磁复合材料，2020/6/25，功能复合材料，22，大尺寸金属软磁材料，其相对磁导率R随驱动频率的增加而迅速降低，如下图所示：2020/6/25，功能复合材料，23，铁硅铝粉末颗粒复合体的相对磁导率随驱动频率的变化，如果软磁材料(如铁硅铝合金)制成粉末，表面被极薄的A12O3层或高聚物隔离和绝缘。 然后通过热压或模压固化成块状软磁体，从图A、B和D的曲线可以看出，20

8、20/6/25，功能复合材料，25的R值，在宽的驱动频率范围内不随交变磁场频率的增加而减小。2020/6/25，功能复合材料，26，这种复合软磁材料的相对磁导率r值可以用下面的公式：来描述，其中d，c分别代表金属颗粒的尺寸、大块金属相的磁导率和包层的厚度。2020/6/25，功能复合材料，27。显然，所需的相对磁导率R可以通过选择合适的金属颗粒尺寸和涂层厚度来获得，这对电感器和轭源环的设计非常重要。2020/6/25，功能复合材料，28，由于涂有绝缘材料，这种材料的电阻率比其母合金高得多(高1011倍)，因此它在交变磁场下具有低磁损耗。下图显示了在1兆赫兹的高频下复合材料的磁损耗和粉末颗粒尺寸

9、d之间的关系。2020/6/25，功能复合材料，29，磁损耗和软磁粉末粒度之间的关系。从图中可以看出，粉末尺寸越小，损耗越低。因此，损耗PL值可以通过调节磁粉颗粒的尺寸来调节。2020/6/25，功能复合材料，30，记录声音和图像，然后读出(再现)，如下图所示：2.6磁记录和读取，2.6.1磁记录材料的工作原理，2020/6/25，功能复合材料，31，磁记录和再现原理示意图，2022当读取时，与记录过程相反，声音和图像被再现。2020/6/25，功能复合材料，33，理想的磁记录介质应该尽可能致密，能够长时间保持记录，并且在再现期间输出尽可能高。当考虑实现高密度、长期存储和，2020/6/25，

10、功能复合材料，34，作为记录介质的铁磁材料，其主要性能指标是矫顽力Hc和剩余磁化强度Mr。这两个性能指标不仅受磁性材料种类的影响，还受颗粒大小和形状的影响。2.6.2磁记录介质的性能，2020年6月25日，功能复合材料，35。下表列出了当前使用的磁记录介质材料的磁性。各种磁粉的特性，在表中的排列是按发展的顺序排列的。2020/6/25，功能复合材料，36。从表中可以看出，材料的每一次重大改进都会使介电材料的磁性发生质的飞跃，同时也使磁记录密度有了很大的提高。2020/6/25，功能复合材料，37。在现有材料的基础上，为了进一步提高记录密度，应考虑叠层结构的优化。2.6.3叠层结构对磁带性能的影

11、响一般来说，对于粉状磁性材料，首先用适当的聚合物作为粘合剂制成涂层，然后用适当的方法对涂层进行涂覆和干燥，制成如下图所示的叠层片，即记录磁带。显然，它属于层状功能复合材料。2020/6/25，功能复合材料，38，记录带的结构，2020/6/25，功能复合材料，39。到目前为止，已经采取了以下措施来改善涂覆带的性能：(1)提高磁性材料在磁性层中的填充率；(2)尽量减少磁性材料的颗粒；(3)减小磁头和磁带之间的间隙，防止磁损耗。2020/6/25，功能复合材料，40，所有这些都可以提高磁带的记录密度。然而，这些改进是有限的，超过一定限度将导致一些负面影响。因此，为了进一步提高记录密度，有必要有一种

12、新的堆叠概念和技术，即创建一种以复合技术为中心的新功能。2020/6/25，功能复合材料，41。目前，研究人员已经做了两次尝试。首先，试着把单磁性层变成双磁性层。第二，磁性层通过真空镀钴/镍合金膜来制造，而不是涂覆磁粉和粘合剂。2020/6/25，功能复合材料，42，将单个磁性层变为双磁性层的尝试是在上层中使用具有高矫顽力的微粒金属磁性材料，厚度为0.4um，在下层中使用具有低矫顽力的钴改性氧化铁磁性材料，厚度为2.5 m。这样，上层可以高效地记录和再现用高频强磁场记录的亮度信号。2020/6/25，功能复合材料，43。另一方面，因为音调信号和声音信号是低频的，它们在磁性层的深层变弱。因此，上

13、层和下层的厚度和矫顽力可以适当匹配，以获得比仅使用一种磁性材料的磁性层更高的输出功率。这样，在不同的波长下输出功率增加，并且可以获得更清晰的图像和声音。然而，这种双层结构对涂层技术提出了更高的要求，这是常规涂层方法无法达到的。2020/6/25，功能复合材料，44，钴镍合金薄膜带的设计和构思基于这样的观点，即待记录的信号的波长将来可能向短波长发展。由于短波长磁场的深度较浅，考虑到厚度损失的问题，0.2um的超薄薄膜是最理想的。为了制造这种超薄薄膜，真空蒸发是合适的。2020/6/25，功能复合材料，45。此外，磁性材料具有更好的性能，并且可以自身提高记录密度。各种磁粉的特性如下表所示：2020

14、/6/25，功能复合材料，46。从表中可以看出，最大的剩磁是钴镍合金，如果镀成薄膜，磁性材料的填充率几乎是100%。无论剩磁是大还是填充率都有利于提高输出功率。2020/6/25，功能复合材料，47，2.7 MHD是通过将铁磁(铁磁和亚铁磁)微粒与液体均匀混合而形成的胶体液体。它不仅有人类，2020/6/25，功能复合材料，49。为了防止磁粉的沉淀和团聚，稳定磁性液体，需要选择合适的磁粉粒度、分散剂的物理参数和用量以及基液的物理参数，使磁粉的磁偶极矩和热动力之间的综合作用形成势垒，有利于磁性液体的稳定。2020/6/25，功能复合材料，50，该组合物中的磁粉是由金属或非金属强磁性材料制成的，其

15、是通过化学沉淀法、热分解法、机械研磨法、电解法等方法制成的，并且具有粒径约为1 100 nm的单畴颗粒。2020/6/25，功能复合材料，51，有多种基质液体，通常根据它们的应用进行选择。目前，主要使用非金属基液，主要包括以下六种类型。2020/6/25，功能复合材料，52，(1)水是一种常见且经济的基液，可在很大范围内调节酸碱度；然而，它易于蒸发，这适合于制备用于矿物加工和磁性印刷的磁性液体。2020/6/25，功能复合材料，53，(2)酯和二酯具有低蒸气压、合适的粘度和良好的润滑性，适用于制备真空密封和阻尼系统中使用的磁性液体。2020/6/25，功能复合材料，54，(3)碳氢化合物具有低

16、粘度、高电阻率和介电常数，适用于制备需要良好电绝缘和低粘度的磁性液体。2020/6/25，功能复合材料，55，(4)氯代烃适用温度范围广，对氯气稳定性高，不溶于其他液体，因此适用于制备在温度变化大和氯气条件苛刻的条件下使用的磁性液体。2020/6/25，功能复合材料，56，(5)聚苯醚具有低蒸气压和良好的耐辐射性，适用于制备应用于高真空或辐照环境的磁性液体。2020/6/25，功能复合材料，57，(6)汞和低熔点金属合金具有高导热性和导电性，适用于制备需要高传热或导电性的磁性液体。2020/6/25，功能复合材料，58，分散剂使一层长链分子吸附在磁粉表面形成缓冲层，并使磁粉在磁场和电场的作用下不团聚。2020/6/25，功能复合材料，59，因此，要求分散剂分子链的一端吸附在磁粉表面，另一端用碱溶液胶溶和吸附；此外，还要求分子链具有一定的链长，以获得有效的抗聚集效果。2020/6/25，功能复合材料，60。分散剂主要包括阴离子分散剂、阳离子分散剂、两性分散剂和中性(非离子)分散剂。分散剂的用量一般为磁粉重量的5% 10%。2020/6/25，功能复合材料，61，2.7.1磁性液体的类型根据组成、特性和应用要求，磁性液体可分为三类。(1)非金属磁性(粉末)液体：(2)金属磁性(粉末)液体；(3)纯金属磁性液体，2020/6/2