湘潭大學(xué)功能材料第6章磁性材料

2023/2/41第6章磁性材料

磁性材料指那些有實(shí)際工程意義，具有較強(qiáng)磁性的材料。是最古老的功能材料。公元前幾世紀(jì)人類就發(fā)現(xiàn)自然界中存在天然磁體，磁性(Magnetism)一詞就因盛產(chǎn)天然磁石的Magnesia地區(qū)而得名。早期的磁性材料主要是軟鐵、硅鋼片、鐵氧體等。二十世紀(jì)六十年代起，非晶態(tài)軟磁材料、納米晶軟磁材料、稀土永磁材料等一系列的高性能磁性材料相繼出現(xiàn)。2023/2/42

磁性材料廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及聲像記錄用大容量存儲(chǔ)裝置如磁盤、磁帶，電工產(chǎn)品如變壓器、電機(jī)，以及通訊、無線電電器和各種電子裝置中，是電子和電工工業(yè)、機(jī)械行業(yè)和日常生活中不可缺少的材料之一。2023/2/43將一個(gè)面積為（A)、通有電流（Is)的環(huán)形導(dǎo)體放入磁場(chǎng)中，該環(huán)形導(dǎo)體將會(huì)在磁場(chǎng)（H)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即環(huán)形導(dǎo)體受到力矩的作用。力矩（M)的大小可由下式表示：M∝Is×A×H定義Pm=Is×A為通過電流為Is、面積為A的環(huán)形導(dǎo)體的磁矩。

(一)物質(zhì)的磁性2023/2/44原子內(nèi)的電子做循軌運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)，所以必然產(chǎn)生磁矩。前者稱為軌道磁矩，后者稱為自旋磁矩。e：?jiǎn)挝浑姾?；h:普朗克常數(shù)；m:電子質(zhì)量；l:軌道量子數(shù)；s:自旋量子數(shù)。原子核的磁矩比電子磁矩小三個(gè)數(shù)量級(jí)，一般情況下可忽略不計(jì)。電子的循軌磁矩電子的自旋磁矩2023/2/45電子的循軌磁矩電子的自旋磁矩原子磁矩物質(zhì)表現(xiàn)何種磁性2023/2/46（二）基本磁性參量

磁場(chǎng)強(qiáng)度：電流強(qiáng)度為I的電流在一個(gè)每米有N匝線圈的無限長螺旋管軸線中央產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為：H=N×IA/m（安/米），也叫亨利；距離永磁體r處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為：H=km1r0/r2H/m，m1為磁極的磁極強(qiáng)度，單位為Wb(韋伯)；r0是r的矢量單位；

[兩個(gè)強(qiáng)弱相同的磁極，在真空中相距1厘米時(shí)，如果它們之間相互作用力為1達(dá)因，則每個(gè)磁極的強(qiáng)度就規(guī)定為一個(gè)電磁系單位制的磁極強(qiáng)度單位。（1達(dá)因=10-5牛頓.）]磁場(chǎng)強(qiáng)度反映了磁場(chǎng)源的強(qiáng)弱。2023/2/47磁化強(qiáng)度(M):單位體積磁性材料內(nèi)各磁疇磁矩的矢量和，單位為A/m。磁化強(qiáng)度表示磁介質(zhì)的磁化程度。磁感應(yīng)強(qiáng)度(B):物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，其內(nèi)部原子磁矩的有序排列還將產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng)。在磁性材料內(nèi)部外加磁場(chǎng)與附加磁場(chǎng)的和，單位為T（特斯拉）。

B=H+M

2023/2/48磁導(dǎo)率和磁化率:在真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H間的關(guān)系為：B=μ0H在磁性材料中：B=μ0（H+M）在均勻的磁性材料中，上式的矢量和可改成代數(shù)和：

B=μ0（H+M）磁性材料的磁導(dǎo)率定義為磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比：μ=B/H

μ0:真空磁導(dǎo)率;μ:絕對(duì)磁導(dǎo)率，單位為H/m，μr:相對(duì)磁導(dǎo)率μr=μ/μ0磁化率定義為磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比：χ=M/H2023/2/49(三）物質(zhì)磁性的分類

物質(zhì)磁性分類順磁性抗磁性鐵磁性被磁化后，磁化場(chǎng)方向與外場(chǎng)方向相同，χ：10-5－10-3

被磁化后，磁化場(chǎng)方向與外場(chǎng)方向相反，χ：-（10-5－10-6

）被磁化后，磁化場(chǎng)方向與外場(chǎng)方向相同，χ：10-2

－1062023/2/410①鐵磁性物質(zhì)

具有極高的磁化率，磁化易達(dá)到飽和的物質(zhì)。如Fe，Co，Ni，等金屬及其合金稱為鐵磁性物質(zhì)。

磁矩的排列與磁性的關(guān)系鐵磁性m=10-2~106(四）磁性的起源磁場(chǎng)2023/2/411

順磁(性)物質(zhì)的主要特點(diǎn)是原子或分子中含有沒有完全抵消的電子磁矩，因而具有原子或分子磁矩。但是原子(或分子)磁矩之間并無強(qiáng)的相互作用(一般為交換作用)，因此原子磁矩在熱騷動(dòng)的影響下處于無規(guī)(混亂)排列狀態(tài)，原子磁矩互相抵消而無合磁矩。順磁性m=10-5~10-3磁場(chǎng)③順磁性物質(zhì)

常見的順磁物質(zhì)有氧氣、金屬鉑(白金)、一氧化氮、含摻雜原子的半導(dǎo)體{如熱順磁性氧氣分析儀、摻磷(P)或砷(As)的硅(Si)}、由幅照產(chǎn)生位錯(cuò)和缺陷的物質(zhì)、在居里溫度以上的鐵磁性金屬Fe,Co,Ni等。

居里溫度由鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫度(Tc)。2023/2/412

在原子自旋（磁矩）受交換作用而呈現(xiàn)有序排列的順磁材料中，如果相鄰原子自旋間因受負(fù)的交換作用，自旋為反平行排列，則磁矩雖處于有序狀態(tài)，但總的凈磁矩在不受外場(chǎng)作用時(shí)仍為零，沒有磁性。FeO，F(xiàn)eF3，NiFe3，NiO，MnO，各種錳鹽以及部分鐵氧體ZnFe2O4等。反鐵磁性m=0磁場(chǎng)

④反鐵磁性物質(zhì)2023/2/413②亞鐵磁性物質(zhì)

在無外加磁場(chǎng)的情況下，磁疇內(nèi)由于相鄰原子間電子的交換作用或其他相互作用。使它們的磁矩在克服熱運(yùn)動(dòng)的影響后，處于部分抵消的有序排列狀態(tài)，以致還有一個(gè)合磁矩的現(xiàn)象。磁場(chǎng)

當(dāng)施加外磁場(chǎng)后，其磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)的變化與鐵磁性物質(zhì)相似。亞鐵磁性與反鐵磁性具有相同的物理本質(zhì)，只是亞鐵磁體中反平行的自旋磁矩大小不等，因而存在部分抵消不盡的自發(fā)磁矩，類似于鐵磁體。鐵氧體大都是亞鐵磁體。2023/2/414

所有物質(zhì)都具有反磁性。在外磁場(chǎng)作用下，電子的軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)量矩發(fā)生變化，產(chǎn)生與外磁場(chǎng)相反的感生磁矩，表現(xiàn)出反磁性。但在含有不成對(duì)電子的物質(zhì)中被順磁磁化率(比反磁性大1～3個(gè)數(shù)量級(jí))掩蓋。磁場(chǎng)⑤反磁性物質(zhì)

包括水，DNA，絕大多數(shù)有機(jī)化合物如石油和一些塑料，和金屬如水銀（元素），金和鉍。2023/2/415（五）溫度對(duì)物質(zhì)磁性的影響

鐵磁質(zhì)：磁矩的有序排列隨著溫度升高而被破壞，溫度達(dá)到居里溫度（Tc）以上時(shí)有序全部被破壞，磁質(zhì)由鐵磁性轉(zhuǎn)為順磁性。Tc是材料的M-T曲線上Ms→0對(duì)應(yīng)的溫度。順磁質(zhì)：朗之萬（Langevin）順磁性：磁化率服從居里(Curie)定律，即：χ=C/T。泡利（Pauli）順磁性：服從居里-外斯（Curie-Weiss）定律，即：χ=C/(T-Tc)

2023/2/416（六）磁致伸縮

磁性材料磁化過程中發(fā)生沿磁化方向伸長(或縮短)，在垂直磁化方向上縮短(或伸長)的現(xiàn)象，叫做磁致伸縮。它是一種可逆的彈性變形。材料磁致伸縮的相對(duì)大小用磁致伸縮系數(shù)λ表示，即：λ=Δl/l

式中，Δl和l分別表示磁場(chǎng)方向的相對(duì)伸長與原長。在發(fā)生縮短的情況下，Δl為負(fù)值，因而λ也為負(fù)值。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠高，磁致伸縮趨于穩(wěn)定時(shí)，磁致伸縮系數(shù)λ稱為飽和磁致伸縮系數(shù)，用λs表示。2023/2/417(七）磁性材料的技術(shù)磁參量

技術(shù)磁參量?jī)?nèi)稟磁參量:Ms、Tc

外稟磁參量:Hc、Mr或Br、磁導(dǎo)率、損耗、磁能積主要取決于材料的化學(xué)成分對(duì)材料結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、晶體缺陷、晶粒取向等）敏感，可以通過適當(dāng)?shù)墓に嚫淖僊S:飽和磁化強(qiáng)度Hc：矯頑力Mr或Br：剩磁2023/2/418（八）磁性材料的分類按矯頑力分類軟磁材料Hc<100A/m(1.25Oe)半硬磁材料Hc:100～1000A/m(1.25～12.5Oe)硬（永）磁材料Hc>1000A/m(12.5Oe)按用途分類磁屏蔽材料通訊儀器鐵芯材料變壓器、繼電器磁記錄材料錄音機(jī)磁頭材料磁帶、磁盤磁致伸縮材料傳感器2023/2/419主要磁性材料分類2023/2/420（九）軟磁材料用途：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、電磁鐵、各類繼電器與電感、電器的鐵心；磁頭與磁記錄介質(zhì)；計(jì)算機(jī)磁心等。要求：高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高的最大磁導(dǎo)率、高的居里溫度和低的損耗。2023/2/421分類：高磁飽和材料，中磁飽和中導(dǎo)磁材料，高導(dǎo)磁材料，高硬度、高電阻、高導(dǎo)磁材料，矩磁材料，恒磁導(dǎo)率材料，磁溫度補(bǔ)償材料，磁致伸縮材料。2023/2/422用途：變壓器、電機(jī)與繼電器的鐵(磁)心。要求：低的矯頑力、高的磁導(dǎo)率和低的鐵損。主要材料：高磁飽和材料(Bs為2T左右)，如工業(yè)純鐵、電工硅鋼片、非晶態(tài)軟磁合金和鐵鈷合金；中磁飽和中導(dǎo)磁材料；高導(dǎo)磁材料如坡莫合金等；恒磁導(dǎo)率材料；以及鐵粉心材料與氧化物粉心材料等。9.1軟磁材料－鐵芯材料坡莫合金：鐵鎳合金，其含鎳量的范圍很廣，在35％－90％之間。坡莫合金的最大特點(diǎn)是具有很高的弱磁場(chǎng)導(dǎo)磁率。2023/2/423（一）工業(yè)純鐵

資源豐富、價(jià)格低廉，具有良好的可加工性。早在1890年熱軋純鐵就用于制造電機(jī)和變壓器鐵芯。是直流技術(shù)中非常重要的高磁飽和材料，主要用于制造電磁鐵的鐵心、極頭與極靴；繼電器和揚(yáng)聲器的磁導(dǎo)體；電話機(jī)的振動(dòng)膜；電工儀器儀表及磁屏蔽元件等。9.1軟磁材料－鐵芯材料2023/2/424

最常見的是電磁純鐵，名稱為電鐵(代號(hào)DT)，含碳量低于0.04%的Fe-C合金，Bs達(dá)2.15T，其供應(yīng)狀態(tài)包括鍛材、管材、圓棒、薄片或薄帶等。

純鐵材在加工成元件后必須經(jīng)過熱處理才能獲得好的軟磁性能。2023/2/425去應(yīng)力退火：消除加工應(yīng)力。保護(hù)條件下860～930℃，保溫4小時(shí)后隨爐冷卻。去除雜質(zhì)處理：純鐵中的雜質(zhì)（C，Mn，Si，P，S，N等）會(huì)顯著降低材料的磁導(dǎo)率和矯頑力。通過去雜質(zhì)退火處理來降低材料中雜質(zhì)的含量。在純干燥氫氣或真空(10-2帕以下)中，于1200～1300℃溫度保溫5～10小時(shí)。2023/2/426純鐵的自然磁時(shí)效現(xiàn)象：即隨著時(shí)間的增長，材料的矯頑力上升，磁導(dǎo)率下降。純鐵的時(shí)效在130℃附近特別明顯。引起時(shí)效的原因是由于在Fe中含有N，逐漸形成鐵的氮化物所致。2023/2/427純鐵的缺點(diǎn)：電阻率低，使用時(shí)產(chǎn)生很大的渦流損耗，不適于制作在交變場(chǎng)中工作的鐵心。人工時(shí)效處理：克服純鐵嚴(yán)重的自然磁時(shí)效現(xiàn)象，為保持純鐵元件的磁穩(wěn)定性，需在熱處理后進(jìn)行100℃，保溫100小時(shí)的人工時(shí)效處理。或選擇低時(shí)效敏感性的材料。2023/2/428（二）電工硅鋼片（Fe-Si軟磁合金）鐵中加Si的作用：可提高鐵的最大磁導(dǎo)率，增大電阻率，還可顯著改善磁性時(shí)效。但Si加入量過多時(shí)，會(huì)降低飽和磁化強(qiáng)度、居里溫度、磁晶各向異性常數(shù)K1、磁致伸縮系數(shù)，含Si量的增大會(huì)使材料變脆。2023/2/429

電工硅鋼片中Si的含量在0.5～4.8%Si。1903年開始投入實(shí)際生產(chǎn)，用量極大。主要用于制造大電流、頻率50～400Hz的中、強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器等；中、弱磁場(chǎng)和較高頻率(達(dá)10KHz)條件下的音頻變壓器、高頻變壓器、電視機(jī)與雷達(dá)中的大功率變壓器、大功率磁變壓器、以及各種繼電器、電感線圈、脈沖變壓器和電磁式儀表等；2023/2/430電工硅鋼片電訊用冷軋單取向硅鋼片（DG）熱軋硅鋼片（DR）中國2002年底停止生產(chǎn)冷軋無取向硅鋼片（DW）冷軋單取向硅鋼片（DQ）2023/2/431與熱軋硅鋼相比，冷軋硅鋼的Bs高，其厚度均勻、尺寸精度高、表面光滑平整，從而提高了材料的磁性能。冷軋帶材的厚度可低至0.02～0.05mm。冷軋硅鋼的含硅量不超過3.5%，否則的材料冷軋十分困難。近年來，用快速凝固技術(shù)可制備出含硅6.5%的硅鋼薄帶。2023/2/432在冷軋單取向硅鋼帶中，晶粒整齊一致地排列成高斯(GOSS)織構(gòu)，晶體的(110)面與軋制平面平行，易磁化的[001]軸在軋制方向上。垂直于軋制方向的是難磁化的[110]軸。最難磁化的[111]軸與軋制方向成54.79角。冷軋單取向硅鋼的晶粒取向2023/2/433單取向硅鋼的優(yōu)點(diǎn)：磁性具有強(qiáng)烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優(yōu)越的高導(dǎo)磁與低損耗特性。取向鋼帶在軋制方向的鐵損僅為橫向的1/3，磁導(dǎo)率比約為6:1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導(dǎo)率為后者的2.5倍。2023/2/434（三）鐵鈷合金

純鐵中加入鈷后，Bs明顯提高，含鈷35%的鐵鈷合金的Bs達(dá)2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料。國外牌號(hào)為Permendur，在合金中加入少量的V和Cr可顯著提高其電阻率。實(shí)際應(yīng)用的鐵鈷合金主要有Fe64Co35V1(或Fe64Co35Cr1)和(Fe50Co50)98.7V1.3。(Fe50Co50)98.7V1.3合金的國內(nèi)牌號(hào)為1J22，國外牌號(hào)為V-Permendur。2023/2/435

鐵鈷合金具有高的磁導(dǎo)和的Bs，適用于小型化、輕型化以及有較高要求的飛行器及儀器儀表元件的制備，制造電磁鐵極頭和高級(jí)耳膜震動(dòng)片等。但電阻率偏低，不適于高頻場(chǎng)合的應(yīng)用。2023/2/436（四）Fe-Ni合金(坡莫合金，Permalloy)9.1軟磁材料－鐵芯材料

隨Ni含量的增加，F(xiàn)e-Ni合金的μ增加、Bs下降。當(dāng)Ni量接近80%時(shí)，能獲得高的磁導(dǎo)率。含w(Ni)35～80%的Fe-Ni合金稱為坡莫合金。根據(jù)Ni含量對(duì)合金磁性能的影響，F(xiàn)e-Ni合金分為高導(dǎo)磁、恒導(dǎo)磁率、中磁飽和中磁導(dǎo)率材料等。2023/2/437坡莫合金的熱處理避免超結(jié)構(gòu)相Ni3Fe形成Ni－Fe在600℃以下的冷卻過程中發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變形成Ni3Fe；不利于磁性能。解決辦法：600℃后急冷易變形對(duì)應(yīng)力敏感加工后須退火1200～1300℃，保溫3h并緩冷至600℃使用過程中應(yīng)避免沖擊、振動(dòng)及其它力的作用。2023/2/438Fe-Ni合金分為高導(dǎo)磁、恒導(dǎo)磁率、中磁飽和中磁導(dǎo)率材料等。2023/2/4391.高導(dǎo)磁合金主要是高鎳含量的鐵鎳合金。我國的高鎳高導(dǎo)磁合金有六個(gè)牌號(hào):1J76、1J77、1J79、1J80、1J85和1J86，鎳含量76%～86%。其基本性能：μm125-187mH/m,Hc1.4-3.2A/m,Bs0.6-0.75T,ρ55-62×10-8·m。2023/2/440在弱場(chǎng)下具有很高的初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率，有較高的電阻率，因而適合在交流弱磁場(chǎng)中使用，如各種音頻變壓器、互感器、磁放大器、音頻磁頭、精密電表中的動(dòng)片與靜片等。主要用于收音機(jī)、電視機(jī)和通訊器材等。2023/2/4412.恒導(dǎo)磁率合金成分范圍：含Ni55～75%的鐵鎳合金，國產(chǎn)恒導(dǎo)磁率合金牌號(hào)為1J66(Fe-w(Ni)65%)。恒導(dǎo)磁率的獲得：冷軋后于1000℃下進(jìn)行再結(jié)晶退火，可以得到(001)[100]織構(gòu)。再將其以50%的軋制率進(jìn)行冷軋，可以生成單軸軋制型磁各向異性。對(duì)合金進(jìn)行橫向磁場(chǎng)熱處理(外加磁場(chǎng)方向垂直于使用中的磁化方向)，可使其磁化率在很大范圍內(nèi)保持恒定不變。主要用途：恒電感器，也可用于單極脈沖變壓器。2023/2/4423.中磁飽和中磁導(dǎo)率合金成分：低鎳和中鎳的鐵鎳合金，1J46、1J50和1J54。

Bs（約1T）、磁導(dǎo)率和矯頑力介于高磁飽和材料和高導(dǎo)磁材料之間，電阻率較高。適用于較高的頻率，中、弱磁場(chǎng)范圍。2023/2/4431J46和1J50合金主要用于制作小功率變壓器、微電機(jī)、繼電器、扼流圈和電磁離合器的鐵心，以及磁屏蔽罩、話筒震動(dòng)膜等。

1J54合金具有更高的電阻率與低的矯頑力，主要用于脈沖變壓器、音頻和高頻通訊儀器等。2023/2/444

低鎳的Fe-Ni36%合金的Bs和電阻率r介于1J50和1J54合金之間，合金價(jià)格便宜，主要用于要求高Bs，而對(duì)磁導(dǎo)率要求不高的條件下制備高頻濾波器、脈沖變壓器及靈敏斷電器等。2023/2/445（五）粉心材料（軟磁）鐵心高頻下的損耗磁滯損耗與頻率成正比渦流損耗與頻率的平方成正比主要問題渦流損耗還與材料厚度的平方成正比導(dǎo)體在非均勻磁場(chǎng)中移動(dòng)或處在隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中時(shí)，因渦流而導(dǎo)致的能量損耗。渦流是上述情況下導(dǎo)體內(nèi)的感生的電流。這種電流在導(dǎo)體中形成一圈圈閉合的電流線，稱為渦流。2023/2/446減小鐵芯材料（Si鋼片）的厚度有一定限度100KHz。粉心型材料將磁性材料制成粉末，在粉末顆粒之間加上絕緣物質(zhì)，用壓縮成型的辦法制成磁心，使用頻率可以提高到幾百M(fèi)Hz。解決辦法2023/2/447

鐵粉心材料包括羰基鐵粉、MoNiFe合金粉、FeAlSi粉等。在高溫高壓下，使Fe和CO發(fā)生反應(yīng)，可以制成羰基鐵Fe2(CO)5，然后在350℃使其分解，可以得到尺寸均勻的球狀純鐵顆粒；混以適當(dāng)?shù)慕^緣劑并壓制成型。2023/2/448在含Mo坡莫合金的基礎(chǔ)上加入百分之幾的硫，使之脆化，然后用機(jī)械粉碎法制成MoNiFe合金粉末，與絕緣劑混合后壓制成鐵心。氧化物粉心材料主要有Mn-Zn、Ni-Zn系復(fù)合鐵氧體。粉末尺寸：10μm量級(jí)。2023/2/449粉芯產(chǎn)品示例2023/2/4509.2軟磁材料－磁記錄材料1.磁記錄介質(zhì)材料用途：磁帶，磁盤等要求:材料具有高的剩余磁化強(qiáng)度、陡的B-H曲線、大的B/H值、微細(xì)的粒子尺寸、粒子磁性的一致性及合適的矯頑力值。2023/2/451記錄方式：縱向記錄；垂直記錄。記錄介質(zhì)材料：磁性顆粒（如γ-Fe2O3）涂覆在高分子基片上發(fā)展為磁性薄膜記錄介質(zhì)。2023/2/452主要采用的磁記錄介質(zhì)γ-Fe2O3粉末制備方法：在400℃的氫氣流中將α-FeOOH的針狀結(jié)晶脫水還原成Fe3O4，然后在250～300℃的空氣中慢慢氧化得到保持初始α-FeOOH針狀結(jié)晶特征的顆粒。形態(tài)特征：0.6～0.8微米，長短軸比為6的針狀顆粒，顆粒小記錄性能好?；拘阅埽撼C頑力19000～28000A/m，居里點(diǎn)675℃。Co的加入提高了材料的矯頑力(78000A/m)，但居里溫度有所下降(520℃)。2023/2/4532.磁頭材料用途：從磁記錄介質(zhì)中讀出信號(hào)。要求：高磁導(dǎo)率、低矯頑力和高電阻率之外，還要求高的耐磨性和低應(yīng)力敏感性。主要磁頭材料：高鎳含量的鐵鎳基耐磨高導(dǎo)磁合金、鐵硅鋁合金和高導(dǎo)磁鐵氧體材料。2023/2/454

鐵鎳基耐磨高導(dǎo)磁合金:在高鎳型鐵鎳二元合金基礎(chǔ)上加入Nb、Mo、Al和Ti等合金元素而形成。通過調(diào)節(jié)成分和適當(dāng)?shù)淖罱K熱處理，使合金元素在基體內(nèi)形成有限固溶體和極微細(xì)的(小于疇壁寬度)均勻沉淀相（對(duì)疇壁運(yùn)動(dòng)無阻礙作用），從而使合金在保持高導(dǎo)磁率的同時(shí)得到固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化，制備出高硬度低應(yīng)力敏感性的高導(dǎo)磁合金。2023/2/455鐵硅鋁合金:(Fe-w(Si)9.6%-w(Al)5.4%)的導(dǎo)磁率與高鎳的Fe-Ni合金相當(dāng)，Hv達(dá)500，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度約1T，電阻率110×10-8。

該合金制備的磁頭具有高的耐磨性和優(yōu)良的高頻特性。是磁頭錄像技術(shù)中普遍應(yīng)用的磁頭材料。

缺點(diǎn)：對(duì)合金成分的變化非常敏感，又硬又脆，難加工，使磁頭價(jià)格昂貴。2023/2/456Mn-Zn和Ni-Zn鐵氧體：硬度Hv達(dá)600～700，耐磨性高，主要用于制作錄像機(jī)、數(shù)字磁帶機(jī)、磁盤機(jī)和磁鼓的磁頭鐵心。其中應(yīng)用最多最普遍的是多晶熱壓鐵氧體，其最大缺點(diǎn)是磁頭縫隙附近容易產(chǎn)生剝落，從而導(dǎo)致磁記錄質(zhì)量的下降。采用單晶和取向鐵氧體，抗剝落性得到顯著改善，但增加了磁頭制造工藝的難度。2023/2/457磁記錄原理簡(jiǎn)介記錄模式水平(縱向)磁記錄垂直磁記錄雜化磁記錄(a)水平(縱向)磁記錄；(b)垂直磁記錄2023/2/458磁記錄系統(tǒng)換能器傳送介質(zhì)裝置相匹配的電子線路存貯介質(zhì)2023/2/459

磁頭是電磁轉(zhuǎn)換器件，即上面所說的換能器。基本功能：與磁記錄介質(zhì)構(gòu)成磁性回路，對(duì)信息進(jìn)行加工，包括記錄、重放和消磁。2023/2/460

磁頭從工作原理上可分為磁場(chǎng)寫入：能夠在介質(zhì)中感生與饋入結(jié)構(gòu)的電流成比例的磁化強(qiáng)度，即把電流隨時(shí)間的變化轉(zhuǎn)化為磁化強(qiáng)度隨距離的變化而記錄在磁帶上；感應(yīng)讀出和磁阻效應(yīng)電壓讀出：利用電阻的變化讀出磁帶上的信息。按記錄方式，磁頭可分為縱向磁化模式的環(huán)形磁頭垂直磁化模式的垂直磁頭。2023/2/461

信號(hào)的磁記錄是以鐵磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象為基礎(chǔ)，電信號(hào)使磁頭的縫隙產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁記錄介質(zhì)(如磁帶)以恒定的速度相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)，磁頭的縫隙對(duì)著介質(zhì)。

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記錄信號(hào)時(shí)，磁頭線圈中通入信號(hào)電流，就會(huì)在縫隙產(chǎn)生磁場(chǎng)溢出，如果磁帶與磁頭的相對(duì)速度保持不變，則剩磁沿著介質(zhì)長度方向上的變化規(guī)律完全反映信號(hào)的變化規(guī)律。換句話說，磁頭縫隙的磁場(chǎng)使磁記錄介質(zhì)不同的位置產(chǎn)生不同方向和大小的剩余磁化強(qiáng)度，記錄了被記錄的電信號(hào)。2023/2/463磁記錄方式可分為模擬和數(shù)字記錄兩大類。模擬磁記錄：錄音，錄象等要求：有足夠大的信嗓比，記錄的信號(hào)和輸入信號(hào)的線性關(guān)系好。在輸入信號(hào)的同時(shí)加一個(gè)交流偏磁場(chǎng)，以便使磁記錄介質(zhì)工作在線性區(qū)。其頻率約等于被記錄信號(hào)最高頻率的5－l0倍，但其振幅是恒定的，比信號(hào)電流的振幅大5—10倍。2023/2/464數(shù)字磁記錄：磁盤，磁鼓等首先將信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的“0”或“1”，記錄后，磁記錄介質(zhì)只有＋Mr或-Mr兩種剩余磁化狀態(tài)。剩磁和輸入信號(hào)之間的線性關(guān)系對(duì)數(shù)字記錄來說并不重要。從原理上講，所有的記錄都可采用數(shù)字記錄方式。2023/2/4659.3軟磁材料－其它軟磁材料1.磁致伸縮材料利用磁致伸縮現(xiàn)象，可將電震蕩轉(zhuǎn)變成超聲波振動(dòng)；因此磁致伸縮材料主要用于超聲波發(fā)生器的振子(鐵心)。此類材料主要包括純鎳(w(Ni)99.9%)、Fe-w(Al)13%合金(1J13)、Fe49Co49V2(1J22)、Fe-w(Ni)50%(1J50)。2023/2/4662.磁屏蔽材料

在一些場(chǎng)合，如小型通訊機(jī)和電子儀器中，各種線圈或變壓器裝配位置緊密，必須進(jìn)行電磁屏蔽。常用的磁屏蔽材料有純鐵、坡莫合金或鐵硅鋁合金，非晶態(tài)合金。2023/2/4673.磁流體

在連動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械中，為了控制機(jī)械部件的相互連接，通常使用磁性離合器。磁流體是將羰基鐵或四氧化三鐵磁性粉末分散在礦物油或硅油中的一種材料。當(dāng)加上磁場(chǎng)時(shí)，使磁性粉末在磁力線方向上連續(xù)排列起來，使表觀粘度增高，從而實(shí)現(xiàn)百分之百的連接。不加磁場(chǎng)時(shí)磁流體材料的粘度應(yīng)很小，加上磁場(chǎng)時(shí)其粘度應(yīng)明顯提高；取消磁場(chǎng)時(shí)其剩磁要低、恢復(fù)到低粘性的初始狀態(tài)。磁流體中磁粉與機(jī)油的比例一般為4:1，與硅油的比例為8:1。2023/2/4689.4軟磁材料－非晶態(tài)、微晶與納米晶軟磁合金1.非晶態(tài)合金非晶態(tài)金屬（金屬玻璃）：液態(tài)金屬凝固的冷卻速率高于一臨界值時(shí)，晶體的形核與生長被抑制，形成原子排列為短程有序而長程無序的固態(tài)結(jié)構(gòu)。2023/2/469非晶態(tài)軟磁合金分類:金屬-類金屬系(TM-M)，其中Fe，Ni，Co等磁性元素一般占70～84%，類金屬元素B，Si，C，P占16～30%；(2)稀土-過渡金屬系(RE-TM)；(3)過渡金屬-金屬系(TM-MT)，其中Fe，Ni，Co等過渡元素含量約90%，金屬元素Zr，Hf等約10%。2023/2/470也可按主要成分將其分為鐵基、鈷基和鐵鎳基合金等。還可按磁性分為高飽和磁感和高磁導(dǎo)率兩類。2023/2/471鐵基非晶合金種類：主要有Fe-B、Fe-B-C、Fe-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-Co-B-Si五個(gè)系列，以及添加Mn、Mo、Cr、Al、Nb元素合金化發(fā)展的新合金系列。用途：對(duì)應(yīng)于硅鋼和中鎳含量的鐵鎳合金，主要用于功率器件如配電變壓器、電力變壓器、電動(dòng)機(jī)等。2023/2/472性能特點(diǎn)：矯頑力低、磁導(dǎo)率高，電阻率是硅鋼的三倍左右，鐵損僅為取向硅鋼的四分之一，為無取向硅鋼的十分之一，激磁功率一般僅為取向硅鋼的十分之一，對(duì)于節(jié)約能源具有相當(dāng)重要的意義。不足之處在于飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低于硅鋼，帶材較薄，因而填充系數(shù)較低，存在退火脆化問題及成本偏高等。2023/2/473鈷基非晶態(tài)合金：主要包括Co-Fe、Co-Mn和Co-Fe-Ni。具有很高的磁導(dǎo)率、很低的矯頑力和損耗、良好的高頻性能，適于制作電子變壓器、磁記錄頭、磁放大器等電子元件；主要性能特點(diǎn)和應(yīng)用范圍同高鎳坡莫合金相對(duì)應(yīng)。2023/2/474鐵鎳基合金：性能介于鐵基和鈷基合金之間的一個(gè)系列。此類材料的飽和磁感、動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率、矯頑力、損耗等性能高于鐵基而低于鈷基非晶態(tài)合金。在價(jià)格方面也介于鐵基與鈷基合金之間。此類合金的成分范圍很寬，在性能上可以與坡莫合金相比。2023/2/4752.快淬微晶與超微晶合金快速凝固Fe-Si軟磁合金：可提高Si含量、進(jìn)一步減小合金帶的厚度，獲得優(yōu)良的磁性。快速凝固非晶＋納米晶復(fù)合軟磁合金：在非晶態(tài)Fe-B-Si合金基礎(chǔ)上通過Cu、Nb、Zr等元素合金化發(fā)展起來的合金。其結(jié)構(gòu)為非晶基體上分布尺寸為幾十納米的晶體，具有優(yōu)異的軟磁和力學(xué)綜合性能，已廣泛應(yīng)用于軟磁鐵心的工業(yè)生產(chǎn)。2023/2/47610.永磁材料主要用途：提供永磁場(chǎng)主要種類：鋁鎳鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、鐵鉻鈷系永磁合金、稀土永磁材料和復(fù)合粘結(jié)永磁材料。主要性能要求：高的磁能積，高的矯頑力，高的居里點(diǎn)，高穩(wěn)定性，好的經(jīng)濟(jì)性。2023/2/47710.1永磁材料－主要永磁材料1.鋁鎳鈷系合金成分特點(diǎn)：Fe、Ni、Al等元素為主要成分，并加入Cu、Co和Ti等元素進(jìn)一步提高合金性能。包括鋁鎳型、鋁鎳鈷型和鋁鎳鈷鈦型三種。其中又有各向同性合金、磁場(chǎng)取向合金和定向結(jié)晶合金。2023/2/478性能特點(diǎn)：高剩磁與低溫度系數(shù)，最大磁能積僅低于稀土永磁。Tc：757～907℃、(BH)max約為16～72kJ/m3,Br：0.78～1.30T,HCB：52～112kA/m。制備方法：鑄造磁鋼與燒結(jié)磁鋼，鑄造鋁鎳鈷合金具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單和產(chǎn)品性能高等特點(diǎn)。絕大部分鋁鎳鈷合金都采用鑄造法生產(chǎn)。2023/2/4792.永磁鐵氧體主要種類：鋇鐵氧體(BaO·6Fe2O3)和鍶鐵氧體(SrO·6Fe2O3)。晶體結(jié)構(gòu)均屬六角晶系。2023/2/480制備方法：以Fe2O3、BaCO3和SrCO3為原料，經(jīng)混合、