《電子材料》試題及答案第10章軟磁材料

第10章軟磁材料

一、填空題：

1.設(shè)尖晶石鐵氧體的分子式為AXnABynBCZnCo4其中A、B、C、為金

屬元素，x、y、Z為相應(yīng)的金屬離子數(shù)，nA、nB、nC為相應(yīng)的金屬離

子化學(xué)價(jià)。則該多元鐵氧體的離子數(shù)總合與化學(xué)價(jià)總合應(yīng)滿(mǎn)足：—

x+y+z=3、,x+nA+yxnB+ZXnC=8

2.尖晶石鐵氧體在單位晶胞中，A位置共有64個(gè),B位置共有32

個(gè)，但實(shí)際占有金離子的A位置只有8個(gè),B位置只有16個(gè),

其余空著，這些空位對(duì)配方不準(zhǔn)造成的成分偏離正分并對(duì)摻雜

有利。

3.鐵氧體材料按其晶體結(jié)構(gòu)分為尖晶石鐵氧體、石榴石鐵氧體和

磁鉛石（或六角晶系）鐵氧體。

4.絕大多數(shù)鐵氧體其導(dǎo)電特性屬于半導(dǎo)體類(lèi)型，其電阻率隨溫度

的升高按指數(shù)規(guī)律下降。

5.一般來(lái)講，鐵氧體材料其磁飽和磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)?于金屬軟磁材料，

其應(yīng)用頻率遠(yuǎn)直于金屬軟磁材料；金屬軟磁材料低電阻率的特性導(dǎo)

致趨膚效應(yīng),渦流損耗限制了其在高頻段的應(yīng)用。

二、名詞解釋

1.單位晶胞

晶胞（UnitCelI）能完整反映晶體內(nèi)部原子或離子在三維空間分布之化

學(xué)-結(jié)構(gòu)特征的平行六面體單元。其中既能夠保持晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性

而體積又最基本特稱(chēng)“單位晶胞”。

2.鐵磁共振線(xiàn)寬

在ULH圖上，當(dāng)μ”下降至最大值的一半時(shí)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)為鐵磁

共振線(xiàn)寬，用AH表示。

三、辨析題

1.現(xiàn)有兩種磁性材料：FeNi合金和LiFeCr尖晶石鐵氧體，分別測(cè)得

它們的M-T曲線(xiàn)如下圖所示，請(qǐng)問(wèn)：

（1）圖中的（1）和（2）分別是屬于哪一個(gè)材料？

（2）它們有哪些不同之處？

（3）圖中的A、B、C分別是什么溫度？

（4）如在晝夜溫差大的環(huán)境下使用，我們?cè)撨x擇哪一材料來(lái)開(kāi)

發(fā)磁性器件（假設(shè)不計(jì)成本）？若用于開(kāi)發(fā)高頻器件，我

們應(yīng)該選擇哪種器件？

答：（1）1為FeNi合金；2為L(zhǎng)iFeCr尖晶石鐵氧體；

（2）不同之處有：

?FeNi合金為金屬型的磁性材料，具有較低的電阻率；

?LiFeCr尖晶石鐵氧體為氧化物型磁性材料，具有很高的電

阻率；

?FeNi合金的飽和磁化強(qiáng)度要高于LiFeer尖晶石鐵氧體；

?FeNi合金的溫度穩(wěn)定性要好于LiFeCr尖晶石鐵氧體；

?制備工藝而言，LiFeCr尖晶石鐵氧體要簡(jiǎn)單些；

?FeNi合金的居里溫度要高于LiFeCr尖晶石鐵氧體；

?LiFeCr尖晶石鐵氧體存在一個(gè)補(bǔ)償溫度；

?LiFeCr尖晶石鐵氧體的制備成本要低些；

（3）B和C為居里溫度，A為補(bǔ)償溫度；（4）晝夜溫差大的環(huán)

境下選用FeNi合金；開(kāi)發(fā)高頻器件，選用

LiFeCr尖晶石鐵氧體；

四、問(wèn)答題

1.在研究尖晶石鐵氧體材料時(shí)，我們經(jīng)常要提及氧參數(shù)，請(qǐng)問(wèn)什么是

氧參數(shù)？

答：描述尖晶石鐵氧體單位晶胞中氧離子真實(shí)位置的一個(gè)參數(shù)，是指

氧離子與小立方（又名子晶格）中最遠(yuǎn)一個(gè)面的距離。

2.如何降低軟磁鐵氧體在高、低場(chǎng)應(yīng)用條件下的磁滯損耗？

答：磁滯損耗是指軟磁材料在交變場(chǎng)中存在不可逆磁化而形成磁滯回

線(xiàn)所引起的被材料吸收掉的功率。在低場(chǎng)下主要是防止不可逆磁化過(guò)

程的產(chǎn)生。主要從以下兩方面考慮：①與提高磁導(dǎo)率的方法一致，但

要注意不可逆磁化的出現(xiàn)；②但主要采用不提高磁導(dǎo)率不一樣的方

法，如：晶粒細(xì)小、完整、均勻；晶界相對(duì)較厚，氣孔少。在高場(chǎng)下

加速不可逆磁化的發(fā)生，使磁滯回線(xiàn)面積①配方原則：kl→O,Is→0

原料要求純,活性好，與提高磁導(dǎo)率的方法一致（高N材料）；②工藝原

則：高密度,較大晶粒，均勻，完整，無(wú)異相摻雜，內(nèi)應(yīng)力??；晶界薄

而整

齊,氣孔少;與高BS材料基本一致。

五、計(jì)算分析題

1、已知一種Ni-Zn鐵氧體軟磁材料，其配方為：Fe2θ3=50mol%,

NiO=25mol%,CoO=5mol%,ZnO=20mol%o

請(qǐng)計(jì)算及分析：

①制備IOKg材料需各種原料分別為多少？

②寫(xiě)出該材料的化學(xué)分子式與占位結(jié)構(gòu)分布式；

③說(shuō)明0)2+含量變化對(duì)其截止頻率有何影響？注：分子量：

Fe2O3=159.7,NiO=74.7CoO=75,ZnO=81.4

解：①W總=0.5X159.7+0.25x74.7+0.05x75+0.2x8L4=U8.56制備

IKg材料需Fe2O3?Π×(0?5×159.7∕118.56)=0.673(Kg);需

NiO為:lx(0.25x74.7/U8.56)=0.158(Kg);需CoO

為:lx(0.05x75/118.56)=0.032(Kg);需ZnO

?d×(0.2×81.4∕118.56)=0.137(Kg);

②設(shè)化學(xué)式為：ZnαNiβCθγFeδO4貝!jα+β+γ+δ=3

(1)a：β:γ:δ=20:25：5：IOO(2)

又設(shè)Fe2+的含量為X

a×2+β×2+γ×2+x×2+(δ-x)×3=8(3)聯(lián)立

(1)(2)(3)式，得

a=0.4;β=0.5;γ=0.1;δ=2；X=O故該材料的化學(xué)式為：

Zno.4Nio.5Coo.1FeιO4

占位結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分布式為：(Zn2+(uFe3+o.6)[Ni2+0.5C02+0.iFe3+1.4)O2-

4

③隨CO?+含量的增加其截止頻率會(huì)增加，主要由于磁晶各向

異性增在所造成的。

一、名詞解釋

1.旋磁性

鐵磁材料在恒磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)聯(lián)合作用下，某方向的交變磁感應(yīng)不但

與同方向的交變磁場(chǎng)有關(guān)，而且與垂直方向的交變磁場(chǎng)有關(guān)，交變磁

感應(yīng)強(qiáng)度與交變磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的聯(lián)系由一張量磁導(dǎo)率表征，這種性質(zhì)

稱(chēng)為旋磁性。

2.鐵磁共振線(xiàn)寬

旋磁張量磁導(dǎo)率的對(duì)角分量虛部極大值的一半所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)磁場(chǎng)之差

稱(chēng)為鐵磁共振線(xiàn)寬。

3.拉莫爾進(jìn)動(dòng)

磁矩在外磁場(chǎng)的作用下，繞磁場(chǎng)所做的旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)。

4.一致進(jìn)動(dòng)自旋模式

各個(gè)自旋的進(jìn)動(dòng)頻率、振幅、相位完全一致的自旋體系稱(chēng)為一致進(jìn)動(dòng)

自旋模式。

5.非一致進(jìn)動(dòng)自旋模式

各個(gè)自旋的進(jìn)動(dòng)頻率、或振幅、或相位不同的自旋體系稱(chēng)為非一致進(jìn)

動(dòng)自旋模式。

二、問(wèn)答計(jì)算題

1.請(qǐng)描述鐵磁共振的物理圖像。

當(dāng)只有穩(wěn)恒磁場(chǎng)H作用時(shí)，磁矩M繞H方向進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)頻率為

ωθ=γH,進(jìn)動(dòng)由于受到阻尼作用張角逐漸減小。當(dāng)M在恒磁場(chǎng)H

和與之垂直的交變磁場(chǎng)h作用下，交變磁場(chǎng)會(huì)對(duì)做拉莫爾的M給予

能量補(bǔ)充，使M以交變場(chǎng)的頻率ω繼續(xù)進(jìn)動(dòng)下去做受迫運(yùn)動(dòng)。當(dāng)

3=30時(shí)，發(fā)生能量的共振吸收，進(jìn)動(dòng)維持在一定的張角，發(fā)生鐵

磁共振。2.旋磁鐵氧體材料可以分為哪幾類(lèi)？六角晶系旋磁鐵氧體

的優(yōu)點(diǎn)有哪些？

按晶體結(jié)構(gòu)可分為石榴石、尖晶石和六角晶系三大類(lèi)，每類(lèi)又包括多

晶、單晶和薄膜等。

3.請(qǐng)畫(huà)出鐵磁共振線(xiàn)寬在張量磁導(dǎo)率的對(duì)角分量虛部曲線(xiàn)中的示意

圖。

一、填空題：

1.目前金屬納米晶磁性材料已得到廣泛的應(yīng)用，其中三種牌號(hào)的納米

晶磁性材料為：FINEMET>NANOPERM和HITPERM0

2.非晶磁性合金又稱(chēng)磁性金屬玻璃；有3種類(lèi)型：過(guò)渡金屬-類(lèi)金屬合

金（TM）、稀土-過(guò)渡金屬合金（RT）和過(guò)渡金屬-Zr或Hf（飴）合金（T-Zr

I?T-Hf）0

二、問(wèn)答題

1.非晶磁性材料的性能特點(diǎn)有哪些？

答：1）TM非晶合金可形成一系列性能優(yōu)良的軟磁材料；直流損耗較

小；2）由于原子無(wú)序造成的電子散射，有很高的電阻率（IOo-200

Wm.cm）,適合高頻應(yīng)用，具有低的渦流損耗；3）沒(méi)有宏觀的磁晶各

向異性（殘留的各向異性主要是由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生）；4）沒(méi)有微觀結(jié)構(gòu)的不連

續(xù)（晶界或沉淀物）可供磁疇壁的釘扎；5）非晶材料具有特別好的機(jī)械

性能，如高強(qiáng)度、高硬度和高延展性；6）抗化學(xué)腐蝕能力極好，幾乎

不受酸、堿所腐蝕；7）抗g射線(xiàn)及中子等輻射能力強(qiáng)，在火箭、宇

航、核反應(yīng)等技術(shù)領(lǐng)域中很適用；

2.簡(jiǎn)述晶粒大小對(duì)常規(guī)磁性材料和納米晶磁性材料矯頑力的影響規(guī)

律，并說(shuō)明為什么。

答：對(duì)于常規(guī)磁性材料而言，晶粒直徑越小，矯頑力越大，一般成Hc

°c1/D的關(guān)系（D為晶粒直徑）。這是因?yàn)榫ЯＴ叫?，相同體積內(nèi)的材

料含有的晶界數(shù)目越多。而晶界是疇壁位移所受阻力來(lái)源之一，晶界

越多，疇壁位移過(guò)程將受到更多的阻力，從而導(dǎo)致矯頑力增大；對(duì)納

米晶而言，晶粒越小，