磁性材料的介紹課件

磁性材料磁性材料1一、材料的磁性二、軟磁材料三、硬磁材料四、磁記錄材料五、納米磁性材料主要內(nèi)容一、材料的磁性二、軟磁材料三、硬磁材料四、磁記錄材料五、納米2什么是磁性材料？磁性材料與信息化、自動化、機(jī)電一體化、國防、國民經(jīng)濟(jì)的方方面面緊密相關(guān)。通常認(rèn)為，磁性材料是由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，任何物質(zhì)在外界磁場中都能夠或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同而已。什么是磁性材料？磁性材料與信息化、自動化、機(jī)電一體化、國防、3磁性材料擁有數(shù)千年應(yīng)用歷史，如今更與信息化、自動化、機(jī)電一體化、國防、國民經(jīng)濟(jì)的方方面面緊密相關(guān)。磁性材料是高科技發(fā)展的重要分支之一。一個國家的磁性材料能反映其技術(shù)發(fā)展水平，對這種材料的需求量能反映一個國家的經(jīng)濟(jì)狀況和平均生活水平。磁性材料擁有數(shù)千年應(yīng)用歷史，如今更與信息化、自動化、機(jī)電一4磁性的來源一、材料的磁性磁學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科，磁學(xué)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用的需求互相促進(jìn)，在國防和國民經(jīng)濟(jì)中起著重要作用。早期觀點(diǎn)安培分子電流：在磁介質(zhì)中分子、原子存在著一種環(huán)形電流(分子電流)，分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體；在磁場中，分子電流沿磁場方向排列，顯磁性。磁荷：磁介質(zhì)的最小單元是磁偶極子；介質(zhì)處于磁場中產(chǎn)生一個力矩，各磁偶極子在一定程度上沿著磁場方向排列，顯磁性。磁性的來源一、材料的磁性磁學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科，磁學(xué)基5現(xiàn)代觀點(diǎn)物質(zhì)的磁性來源于組成物質(zhì)中原子的磁性。原子的磁矩

電子磁矩

軌道磁矩

自旋磁矩

原子核磁矩：約為電子磁矩1/2000

材料的磁性主要來源于電子的軌道磁矩和自旋磁矩。現(xiàn)代觀點(diǎn)原子的磁矩電子磁矩軌道磁矩自旋磁矩6磁矩m：表征磁性物體磁性大小的物理量，磁矩愈大，磁性愈強(qiáng)，即物體在磁場中所受的力也大。磁矩只與物體本身有關(guān)，與外磁場無關(guān)。磁化強(qiáng)度M：衡量物質(zhì)有無磁性或磁性大小的物理量，定義為物質(zhì)單位體積中的磁矩大小，矢量，由S極指向N極。磁場強(qiáng)度H：指外界磁場的大小，也是一個矢量，由S極指向N極，磁場強(qiáng)度H一般是由導(dǎo)體中的電流或者永磁體產(chǎn)生。磁化率χ：磁化強(qiáng)度M與磁場強(qiáng)度H的比值稱為磁化率，即χ＝M/H，表征物質(zhì)磁性的大小。磁學(xué)基本參量磁矩m：表征磁性物體磁性大小的物理量，磁矩愈大，磁性愈強(qiáng)，即7磁感應(yīng)強(qiáng)度B：B=μ0(H+M)，單位：特斯拉(T)或韋/米2(Wb/m2)。μ0是真空磁導(dǎo)率，μ0=410-7H/m。在真空中(M=0)，當(dāng)磁場強(qiáng)度H為(107/4)A/m時，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

為1T。磁導(dǎo)率μ：μ=B/Hμ0

B與H的比值稱為絕對磁導(dǎo)率μ絕對，

即μ絕對=B/H=μ0μ。磁導(dǎo)率就等于材料的絕對磁導(dǎo)率μ絕對與真空磁導(dǎo)率μ0之比，故也稱為相

對磁導(dǎo)率。磁學(xué)基本參量磁感應(yīng)強(qiáng)度B：B=μ0(H+M)，單位：特斯拉(T)8磁性材料的分類磁性材料歷史悠久，種類繁多，從不同角度可以將其分為許多類。目前，在技術(shù)上得到大量應(yīng)用的磁性材料有兩類：一類是由金屬和合金所組成的金屬磁性材料；另一類是由金屬氧化物所組成的鐵氧體磁性材料。這兩類材料因?yàn)楦饔刑攸c(diǎn)而擁有其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，它們之間不能完全互相替代。磁性材料的分類磁性材料歷史悠久，種類繁多，從不同角度9按照形態(tài)分類：粉體材料、液體材料、塊體材料和薄膜材料等。按照用途分類：鐵芯材料(如變壓器、繼電器)、磁頭材料(錄音機(jī))、磁記錄材料(磁帶、磁盤)、磁致伸縮材料(傳感器)、磁屏蔽材料(通訊儀器、電器)等。按照磁性能分類：(1)軟磁材料，其矯頑力較小，磁滯回線較窄；(2)硬磁材料，其矯頑力較大，磁滯回線較寬；(3)矩磁材料，其剩磁大而矯頑力小，磁滯回線為矩形。按照形態(tài)分類：粉體材料、液體材料、塊體材料和薄膜材料等。10軟磁和硬磁材料的對比軟磁和硬磁材料的對比11磁性材料的發(fā)展史磁性材料的發(fā)展史12各種銀行卡銀行信用卡交通卡電話卡通行證

身份證網(wǎng)卡各種銀行卡銀行信用卡13U盤采用Flash芯片存儲，屬于電擦寫電門。在通電以后改變狀態(tài)，不通電就固定狀態(tài)，所以斷電以后資料能夠保存。U盤采用Flash芯片存儲，屬于電擦寫電門。在通14磁性材料的介紹課件15

特點(diǎn)：直接發(fā)熱，熱效率高達(dá)90%；

爐面無明火，無煙無廢氣；電磁火力強(qiáng)勁，安全可靠。電磁爐

特點(diǎn)：直接發(fā)熱，熱效率高達(dá)90%；爐面無明火，無煙無廢氣16第一個提出電磁炮概念并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的是挪威伯克蘭教授，1901年獲得了專利。l978年，澳大利亞科學(xué)家在5米長的軌道炮上(5.9千米/秒)；現(xiàn)在彈丸初速1.5-1.7千米/秒。電磁炮第一個提出電磁炮概念并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的是挪威伯克蘭教授，19017原理傳統(tǒng)的火炮都是利用彈藥爆炸時的瞬間膨脹產(chǎn)生的推力將炮彈迅速加速，推出炮膛。而電磁炮則是把炮彈放在螺線管中，給螺線管通電，那么螺線管產(chǎn)生的磁場對炮彈將產(chǎn)生巨大的推動力，將炮彈射出。原理18磁性材料市場的代表企業(yè)國內(nèi)磁粉生產(chǎn)商麥格昆磁四川銀河上海紀(jì)元天津津?yàn)I浙江朝日科浙江韻升上海愛普生…………磁性材料市場的代表企業(yè)國內(nèi)磁粉生產(chǎn)商麥格昆磁19當(dāng)磁化磁場作周期性變化時，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的關(guān)系是一條閉合線，但磁化和退磁不在同一條曲線上，退磁要滯后于磁化曲線，這種現(xiàn)象叫做“磁滯”，這條閉合線叫做磁滯回線。Hc-矯頑力，Bs-飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，Br-剩磁MagneticHysteresisLoopOfMagneticMaterialsBs0BrHs磁滯回線當(dāng)磁化磁場作周期性變化時，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場20起始磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0，加磁場后，材料逐漸磁化。H增加，B增加，當(dāng)H增加到一定程度，B值不再上升，達(dá)到飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。

把磁場強(qiáng)度降下來，開始Bs保持一段，當(dāng)磁場強(qiáng)度H繼續(xù)降為0時，材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，依然保留磁性，即Br

(簡稱為剩磁)。

此時，加上一個反向磁場，迫使材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度下降，直到失去磁性，這一段叫做“矯頑”，即退磁過程。在B＝0時的反向磁場強(qiáng)度Hc稱為“矯頑力”，表示材料保持磁化，反抗退磁的能力。Bs0BrHs起始磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0，加磁場后，材料逐漸磁化21整個磁滯回線由兩個S形組成，曲線圍成的面積越大，矯頑力越大，要求的矯頑場強(qiáng)度越大，磁性材料就越硬。反之，曲線圍成的面積越小，磁性材料就越軟。1-軟磁合金典型磁滯回線，1’-硬磁材料典型磁滯回線整個磁滯回線由兩個S形組成，曲線圍成的面積越大，矯頑力越22磁性的分類物質(zhì)按磁化率以及在磁場中的行為可以分為五類，即抗磁性物質(zhì)、順磁性物質(zhì)、鐵磁性物質(zhì)、反鐵磁性物質(zhì)、亞鐵磁性物質(zhì)。磁性的分類物質(zhì)按磁化率以及在磁場中的行為可以分為五類，即抗磁23抗磁性物質(zhì)呈抗磁性或稱逆磁性。＜0，M與H方向相反。磁化率很小，-10-5～-10-6，且不隨溫度變化。屬于這類物質(zhì)的金屬有：Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Mg?？勾判晕镔|(zhì)呈抗磁性或稱逆磁性。24抗磁性是所有物質(zhì)的共同性質(zhì)，通常非常小，自然界中絕大多數(shù)物體都是抗磁性的。磁矩為零的原子組成，原子中所有電子已經(jīng)配成對，沒有未成對電子?？勾判允撬形镔|(zhì)的共同性質(zhì)，通常非常小，自然界中絕大多數(shù)物體25

順磁性物質(zhì)：在磁場作用下，物質(zhì)中相鄰原子或離子的熱無序磁矩在一定程度上與磁場強(qiáng)度方向一致的定向排列現(xiàn)象。

本質(zhì)：軌道上有未成對電子，物質(zhì)內(nèi)部有凈磁矩，磁矩不為零。溫度升

高，磁矩不易排列整齊，磁性減弱，磁化率受溫度影響而改變的規(guī)律稱

“居里定律”。順磁性物質(zhì)：在磁場作用下，物質(zhì)中相鄰原子或離子的熱無序磁矩26

特征：順磁性，組成這些物質(zhì)的原子具有恒定的與外磁場無關(guān)的磁矩。

χ＞0，M與H方向相同，磁化率在10-3～10-5。

χ屬于這類物質(zhì)的金屬有：La、Pr、Mn、Al、除Be以外的堿金屬和

堿土金屬以及居里溫度以上的鐵磁性元素Fe、Ni、Co等。特征：順磁性，組成這些物質(zhì)的原子具有恒定的與外磁場無關(guān)的磁27鐵磁性物質(zhì)：物質(zhì)中相鄰原子或離子的磁矩由于它們的相互作用而在某些區(qū)域中大致按同一方向排列，當(dāng)所施加的磁場強(qiáng)度增大時，這些區(qū)域的合磁矩定向排列程度會隨之增加到某一極限值的現(xiàn)象。

呈鐵磁性，>>0，磁化率可達(dá)104數(shù)量級。鐵磁性物質(zhì)：物質(zhì)中相鄰原子或離子的磁矩由于它們的相互作用而在28鐵磁性物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：原子存在未填滿的內(nèi)電子層(例如3d或4f層)，在此層中未對消的電子自旋磁矩產(chǎn)生原子磁矩。原子間距與未滿電子層半徑之比值要求有一定的大小，這樣才能夠有足夠大的交換力，使物質(zhì)中原子磁矩同向排列，才能形成鐵磁性。類型：到目前為止，僅有四種金屬元素在室溫以上是鐵磁性的，即鐵、鈷、鎳和釓；極低低溫下有五種元素有鐵磁性，即鋱、鏑、鈥、鉺和銩。鐵磁性物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：類型：到目前為止，僅有四種金屬元素29自發(fā)磁化：鐵磁體的原子磁矩在不加外磁場時，由于一種自身力量的作用而互相平行排列，呈飽和磁化的狀態(tài)。磁疇：這種自發(fā)磁化不是整體飽和，而是分成許多小區(qū)域，在每個小區(qū)域內(nèi)飽和，這種飽和的小區(qū)域稱為磁疇。自發(fā)磁化：鐵磁體的原子磁矩在不加外磁場時，由于一種自身力量的30反鐵磁性:在晶體中A、B兩個亞晶格中的磁矩正好數(shù)量上相等，方向相反，凈磁矩為零，就表現(xiàn)為反鐵磁性。尼爾溫度(TN)：反鐵磁性物質(zhì)和順磁性物質(zhì)間發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度。高于TN，熱能積累，磁矩次序被打亂，變?yōu)轫槾判?。溫度在TN以下，磁性隨溫度上升而提高，顯示反鐵磁性。反鐵磁性:在晶體中A、B兩個亞晶格中的磁矩正好數(shù)量上相等，31亞鐵磁性：鐵氧體中A、B兩種離子的磁矩是反平行取向，但磁矩有不同，離子數(shù)目也不同，使磁矩不能相互抵消，產(chǎn)生一個凈磁矩。如尖晶石結(jié)構(gòu)。特性：與鐵磁體相似，有自發(fā)極化和居里溫度(在居里點(diǎn)以下保持暫態(tài)磁性，在該溫度以上無磁性序列)。亞鐵磁性：鐵氧體中A、B兩種離子的磁矩是反平行取向，但磁矩有32類型：亞鐵鹽(由鐵氧化物和其他元素，例如鋁、鈷、鎳、錳、鋅)，磁性石榴石，磁鐵礦氧化物(Fe3O4)。類型：亞鐵鹽(由鐵氧化物和其他元素，例如鋁、鈷、鎳、錳、鋅)33軟磁材料具有低矯頑力(低于102A/m)和高磁導(dǎo)率，易于磁化，也易于退磁，磁滯回線圍成的面積比較小的磁產(chǎn)品。這種材料廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。軟磁材料的磁滯回線二、軟磁材料在較弱磁場下易于磁化，也易于退磁的材料成為軟磁材料。軟磁材料具有低矯頑力(低于102A/m)和高磁導(dǎo)率，易于磁化34軟磁材料的分類軟磁材料的分類35鐵硅合金(硅鋼片)含硅不高于4%的鋼，也可看作Fe、Si合金。曾被普遍用作鐵芯，導(dǎo)磁率很高，反復(fù)磁化損失小，用做變壓器鐵芯。軟磁鐵氧體鐵氧體是一種復(fù)合氧化物，用黑陶法制成，有“黑磁“之稱，也可歸為陶瓷。軟磁鐵氧體具有立方晶系結(jié)構(gòu)，主要用于射頻變壓器、磁頭和其它電子學(xué)方面。

超微晶軟磁合金20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的一種軟磁材料。由小于50nm左右的結(jié)晶相和非晶態(tài)的晶界相組成，具有比晶態(tài)和非晶態(tài)合金更好的綜合性能，不僅磁導(dǎo)率高、矯頑力低和鐵損耗小，且飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好。軟磁材料的分類鐵硅合金(硅鋼片)軟磁鐵氧體超微晶軟磁合金軟磁材料的36金屬磁芯的制備工藝流程金屬磁芯的制備工藝流程37鐵氧體的制備工藝流程鐵氧體的制備工藝流程38

定義：硬磁材料又稱永磁材料。它們一般難以磁化到飽和狀態(tài)，但是，一旦在較強(qiáng)的磁場中被充磁以后，再將磁場撤去，就可以保留很強(qiáng)的磁性，而且在使用過程中不易退磁。

主要材料：高碳鋼(如馬氏體鋼)、鋁鎳鈷合金、稀土永磁合金(如NdFeB)、鋇鐵氧體和鍶鐵氧體都是常見的永磁材料。三、硬磁材料定義：硬磁材料又稱永磁材料。它們一般難以磁化到飽和狀態(tài)，但39BaCO3Fe2O3配料—混合—初壓—一次燒結(jié)—淬火—鐵氧體—濕磨—磁場溫壓干燥-制料-成形干燥-磁場-干壓—燒結(jié)—加工—成品—充磁BaO、SrO配Fe2O3質(zhì)量差BaCO3、SrCO3配Fe2O3

質(zhì)量優(yōu)鐵氧體成型工藝BaCO3Fe2O3配料—混合—初壓—一次燒結(jié)—淬火—鐵氧體40

主要指標(biāo)：矯頑力，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度或剩余磁化強(qiáng)度、最大磁能積和剩磁或矯頑力的溫度穩(wěn)定性，理想的永磁材料應(yīng)該是具有高矯頑力、高剩磁和高的最大磁能積。主要用途：做成永磁體，被廣泛地應(yīng)用于精密儀表、電聲器件、永磁電機(jī)、磁選機(jī)、自動控制、微波器件、核磁共振成像儀、粒子加速器、磁耦合傳動器等場合。主要指標(biāo)：矯頑力，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度或剩余磁化強(qiáng)度、最大磁能積41SmCo5燒結(jié)磁體工藝流程SmCo5燒結(jié)磁體工藝流程42關(guān)鍵工藝技術(shù)制粉和壓制成形階段對控制氧含量、獲得高取向度是非常重要的。在粉末壓制過程中使用潤滑劑、防氧化劑、交替地正向反向外加足夠的取向脈沖磁場，傾斜磁場取向以及采用等靜壓或準(zhǔn)等靜壓技術(shù)是獲得高取向度的基礎(chǔ)。燒結(jié)和時效處理是獲得高致密磁體和均勻微細(xì)顯微組織的重要工序。關(guān)鍵工藝技術(shù)制粉和壓制成形階段對控制氧含量、獲得高取向度是非43磁性材料的介紹課件4421世紀(jì)是“信息時代”，大容量存儲技術(shù)在信息處理、傳遞和保存中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。磁記錄技術(shù)在信息存儲領(lǐng)域具有獨(dú)特的地位，它的發(fā)展已經(jīng)有100多年歷史。四、磁記錄材料磁記錄設(shè)備：磁帶、軟盤、硬盤。特點(diǎn)：價格低廉，性能優(yōu)良，記錄密度逐年提高，信息寫入和輸出速度快，容量大，可擦除重寫。實(shí)例：磁帶錄音機(jī)、錄像機(jī)、銀行卡、圖書卡、門卡、計算機(jī)等。21世紀(jì)是“信息時代”，大容量存儲技術(shù)在信息處理、傳遞和保存45利用磁特性和磁效應(yīng)輸入(寫入)、記錄、存儲和輸出(讀出)聲音、圖像、數(shù)字等信息的磁性材料分為磁帶材料和磁頭材料。前者主要完成信息的記錄和存儲功能，后者主要完成信息的寫入和讀出功能。利用磁特性和磁效應(yīng)輸入(寫入)、記錄、存儲和輸出(讀出)聲音46基本功能：

記錄數(shù)據(jù)。材料的基本要求：一定大小的矯頑力(24～64kA/m)、矩形比高和溫度穩(wěn)定性好。常用的磁帶材料：通常的磁帶材料由帶基(如厚度10～30μm的聚酯薄膜)和磁記錄介質(zhì)所組成，一般應(yīng)用較多的是γ-Fe2O3、Co-γ-Fe2O3、CrO2以及磁性金屬鐵、鈷、鎳及其合金的磁粉。磁帶材料基本功能：記錄數(shù)據(jù)。磁帶材料47

γ－Fe2O3:磁赤鐵礦。立方尖晶石結(jié)構(gòu)，用特殊方法制備成針狀或棒狀長度與直徑的比為5:1到10:1，粒子長度約為0.2～1.0μm，使用時飽和磁化強(qiáng)度在70～75emu/g。摻鈷的氧化鐵：

γ－Fe2O3中加入鈷離子，磁性更好，矯頑力達(dá)500～

1000Oe。制備時，設(shè)法使鈷離子吸附在γ－Fe2O3離子上，形成一層外

層。CrO2：硬度較大，穩(wěn)定性低于Fe2O3，輸出功率高于Fe2O3，矯頑力達(dá)450～650Oe，飽和磁化強(qiáng)度80～85emu/g。居里溫度較低，適用于視頻錄像或其它短波波長記錄的場合。γ－Fe2O3:磁赤鐵礦。立方尖晶石結(jié)構(gòu)，用特殊方法制備48基本功能：寫入、讀出。基本性能要求：高的磁導(dǎo)率、高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高的電阻率和耐磨性。常用的磁頭材料：合金、鐵氧體、非晶態(tài)合金和薄膜磁頭材料等。磁頭材料基本功能：寫入、讀出。磁頭材料49縱向磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料運(yùn)動方向一致，如錄音磁帶等。(水平記錄)橫向磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料運(yùn)動方向垂直或接近于垂直，如錄像磁帶等。(水平記錄)垂直磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料表面垂直，如磁光盤等。(垂直記錄)記錄形式縱向磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料運(yùn)動50水平記錄垂直記錄水平記錄：當(dāng)密度增高時，產(chǎn)生的退磁場使信號減小，并產(chǎn)生垂直分量,通過提高Hc和減薄磁層的方法雖可克服這一缺點(diǎn)，但有一定的限度。垂直記錄：所產(chǎn)生的退磁場隨密度的增加反而趨向于零，并且垂直記錄不需很高的Hc和很薄的材料，有效地克服了縱向記錄在高密度記錄時的致命弱點(diǎn)。水平記錄垂直記錄水平記錄：當(dāng)密度增高時，產(chǎn)生的退磁場使信號減51磁性材料的介紹課件52磁性材料的介紹課件53五、納米磁性材料20世紀(jì)70年代人們利用共沉淀法制備出了磁性液體材料，1988年巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引起了世界各國的關(guān)注，掀起了納米磁性材料的開發(fā)和應(yīng)用研究熱潮。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，記錄的信息量也在不斷增加，以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒尺寸小、單疇結(jié)構(gòu)矯頑力高，用它制作磁記錄材料，可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。應(yīng)用的需求使得人們對磁性材料展開了廣泛的研究，磁性復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀、制備方法以及應(yīng)用前景受到人們的關(guān)注，成為現(xiàn)代材料研究的熱點(diǎn)。五、納米磁性材料20世紀(jì)70年代人們利54納米磁性材料的分類納米磁性材料大致可分為3大類：納米顆粒、納米微晶和納米結(jié)構(gòu)材料。納米磁性材料的磁單疇尺寸、順磁磁性臨界尺寸、交換作用長度等在1～100nm范圍內(nèi)，具有奇異的超順磁性和較高的矯頑力?？梢栽谘芯考{米磁性材料性能的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要選擇適宜的納米磁性材料并應(yīng)用到器件。納米磁性材料的分類納米磁性材料大致可分為3大類：納米顆粒、納55從應(yīng)用的角度納米磁性材料大致分為以下幾種類型：納米微晶軟磁材料納米微晶永磁材料納米磁記錄材料磁性液體顆粒膜磁性材料巨磁電阻材料從應(yīng)用的角度納米磁性材料大致分為以下幾種類型：56納米軟磁材料一般采取非晶晶化法，即在非晶的基體上有較大體積百分?jǐn)?shù)的納米微晶存在，這種納米微晶軟磁材料已在實(shí)際中得到了應(yīng)用。

1998年日本首先在FeSiB合金中加入Cu、Nb成分制成納米微晶磁性材料，其典型成分為Fe73.5Cu1NbSi13.5B9(商品牌號為Finenet)，它具有Fe基非晶材料的高飽和磁化強(qiáng)度以及Cu基非晶材料優(yōu)良的高頻特性，其晶粒尺寸約為10nm。納米微晶軟磁材料納米軟磁材料一般采取非晶晶化法，即在非晶的基5720世紀(jì)80年代末期起已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，如日立金屬公司等。20世紀(jì)90年代后國內(nèi)也有一定的生產(chǎn)量，稀土永磁材料的研究工作如SmFe摻N，我國處于國際先進(jìn)水平。納米微晶軟磁材料沿著高頻、多功能的方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域遍及軟磁材料應(yīng)用的各方面，如功率變壓器、脈沖變壓器、高頻高壓器、可飽和電抗器、互感器、磁屏蔽、磁頭、磁開關(guān)、傳感器等，它將成為鐵氧體的有力競爭者。20世紀(jì)80年代末期起已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，如日58磁性納米粒子由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高，可用它制作磁記錄材料，能使記錄密度大大提高，可比普通的磁性材料提高10倍以上。另外，還可以提高聲噪比，改善圖象質(zhì)量。20世紀(jì)80年代，高密度磁記錄用的磁粉尺寸就已進(jìn)入到納米尺寸，例如：性能優(yōu)良的CrO2磁粉尺寸可為200nm×35nm。鐵或其合金磁粉的尺寸為20nm，并制成高密度的金屬磁帶。90年代發(fā)展起來的摻Co、Ti的鋇鐵氧體(BaFe12O19)，典型的顆粒尺寸為六角片形50nm×20nm。此外，還有氮化鐵、碳化鐵等類型的納米磁粉。納米磁記錄材料磁性納米粒子由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑59磁性液體是由納米磁性微粒包覆一層長鏈的有機(jī)表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。其中磁性微粒尺寸通常小于10nm，呈超順磁性。磁性液體起源

1963年，美國國家航空與航天局首先采用油酸作為表面活性劑，把它包覆在超細(xì)的Fe3O4微顆粒上(直徑約為l0m)，并高度彌散于煤油(基液)中，從而形成一種穩(wěn)定的膠體體系。在磁場作用下，磁性顆粒帶動著被表面活性劑所包裹著的液體一起運(yùn)動，好像整個液體具有磁性，于是取名為“磁性液體”。磁性液體是由納米磁性微粒包覆一層長鏈的有機(jī)表面60形成磁性液體的三要素形成磁性液體的三要素61磁性顆粒一般采用球形金屬Fe、Co、Ni等軟磁材料及其合金，應(yīng)該具有高體積摻量、高飽和磁化強(qiáng)度和較大直徑。載液一般是非磁性能良好的油，好的載液具有低的零場粘度、高溫穩(wěn)定性、不燃燒、不污染環(huán)境和化學(xué)穩(wěn)定性好等特性。穩(wěn)定劑用來確保顆粒懸浮于液體中。與磁流變液相關(guān)的穩(wěn)定性包括團(tuán)聚穩(wěn)定性和沉降穩(wěn)定性，前者阻止顆粒粘結(jié)在一起，而后者確保顆粒隨時間延長不沉降。磁性顆粒62在靜磁場作用下，磁性顆粒將沿著外磁場方向形成一定有序排列的團(tuán)鏈簇，從而使得液體變?yōu)楦飨虍愋越橘|(zhì)。在磁場作用下被磁化，可以在磁場作用下運(yùn)動，但同時它又是液體，具有液體的流動性。磁性液體的特點(diǎn)在靜磁場作用下，磁性顆粒將沿著外磁場方向形成一定有序排列的團(tuán)63

磁密封旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)磁密封磁性液體具有被磁控的特性，利用環(huán)狀永磁體在旋轉(zhuǎn)軸密封部件產(chǎn)生一環(huán)狀的磁場分布，將磁性液體約束在磁場之中而形成磁性液體的“O”形環(huán)，可進(jìn)行真空、加壓、封水、封油等情況下的動態(tài)密封。

具有無泄露、無磨損、自潤滑、壽命長等特點(diǎn)。防塵密封在計算機(jī)中為防止塵埃進(jìn)入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉(zhuǎn)軸處也普遍采用磁性液體的防塵密封。磁性液體的的用途

64真空密封在精密儀器的轉(zhuǎn)動部分，如X射線衍射儀中轉(zhuǎn)靶部分的真空密封，大功率激光器件的轉(zhuǎn)動部件，甚至機(jī)械人的活動部件亦采用磁性液體密封法。此外，單晶爐提拉部位、真空加熱爐等有關(guān)部件的密封等，磁性液體是較為理想動態(tài)密封方式之一。真空密封65氣體密封可用于多種氣體密封的場合(如煤氣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸部位)。氣體密封66

磁性液體密封原理磁性液體密封原理67

磁性潤滑油通常情況下，潤滑劑易損耗、易污染環(huán)境。磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10nm，因此不會損壞軸承，而基液亦可用潤滑油，只要采用合適的磁場就可以將磁性潤滑油約束在所需部位。

68作阻尼器件

由于磁流變液能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的阻尼，而且磁流變液減振器可以根據(jù)外部的振動環(huán)境不同調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度，很容易改變減振系統(tǒng)的阻尼和剛度，可以達(dá)到主動減振的目的。作阻尼器件由于磁流變液能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的阻尼，而且69

礦物分離利用比重不同進(jìn)行礦物分離，磁性液體被磁化后相當(dāng)于增加磁壓力，以致在磁性液體中的物體將會浮起，好像磁性液體的密度隨著磁場增加而增大。例如，高密度的金與低密度的砂石分離，亦可用于城市廢料中金屬與非金屬的分離。

70磁性液體選礦分離示意圖利用此原理可以設(shè)計出磁性液體比重計，磁性液體對不同比重的物體進(jìn)行比重分離，控制合適的磁場強(qiáng)度可以使低于某密度值的物體上浮，高于此密度的物體下沉，原則上可用于礦物分離。磁性液體選礦分離示意圖利用此原理可以設(shè)計出磁性液體比重計71

其他用途磁性液體還有其他許多用途，如磁制冷材料、無聲快速的磁印刷、磁性液體發(fā)電機(jī)、醫(yī)療中的造影劑等等。其他72

磁性顆粒膜材料的組成磁性顆粒膜是由強(qiáng)磁性的顆粒鑲嵌在不相固溶的介質(zhì)中而生成的。

分類金屬-絕緣體型例如Fe-SiO2等，早期研究發(fā)現(xiàn)其具有很高的矯頑力，有可能作為高密度磁記錄介質(zhì)。近年來研究了磁光效應(yīng)等，發(fā)現(xiàn)具有比連續(xù)膜高的磁光優(yōu)值，在該系統(tǒng)中亦發(fā)現(xiàn)了具有隧道效應(yīng)的磁電阻效應(yīng)。金屬-金屬型例如Co-Cu、Co-Ag等，1992年繼多層膜巨磁電阻效應(yīng)后，在顆粒膜中同樣發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)。與自旋相關(guān)的輸運(yùn)現(xiàn)象，更深遠(yuǎn)而寬廣的前景是開拓了磁電子學(xué)的新領(lǐng)域。納米磁性顆粒膜材料

73什么是巨磁電阻材料？

磁性金屬和合金一般都有磁電阻現(xiàn)象，所謂磁電阻是指在一定磁場下電阻改變的現(xiàn)象，人們把這種現(xiàn)象稱為磁電阻。所謂巨磁阻，是指在一定的磁場下電阻急劇減小，一般減小的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數(shù)值，約高10余倍。巨磁電阻材料什么是巨磁電阻材料？巨磁電阻材料74巨磁電阻材料的用途IBM公司于1994年研制成巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤記錄密度提高了17倍，達(dá)5Gbit/in2，從而在光盤競爭中使磁盤處于領(lǐng)先地位。由于巨磁電阻效應(yīng)大，易使器件小型化，可廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、汽車測速、非接觸開關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器中。與光電等傳感器相比，它具有功耗小、可靠性高、體積小、能在惡劣

條件下工作等優(yōu)點(diǎn)。巨磁電阻材料的用途75利用巨磁電阻效應(yīng)在不同的磁化狀態(tài)具有不同電阻值的特點(diǎn)，可以制成隨機(jī)存儲器(MRAM)，其優(yōu)點(diǎn)是在無電源的情況下可繼續(xù)保留信息。以巨磁電阻效應(yīng)為基礎(chǔ)，21世紀(jì)超導(dǎo)量子相干器件(SQUIDS)、超微霍耳探測器和超微磁場探測器成為納米電子學(xué)中的主要角色。利用巨磁電阻效應(yīng)在不同的磁化狀態(tài)具有不同電阻值的特點(diǎn)，可以制76納米磁性材料的制備方法納米磁性材料的制備主要分為磁流體的制備、納米磁性微粒的制備、納米磁性微晶的制備以及納米磁性復(fù)合材料的制備。納米磁性微粒的制備方法磁性微粒的制備方法主要有包埋法和單體聚合法，另外還有沉淀法、化學(xué)轉(zhuǎn)化法等。利用納米磁性微粒構(gòu)成海綿狀體和輕燒結(jié)體可制成多種用途的器件，廣泛用于各種過濾器、活性電極材料，如備受關(guān)注的汽車尾氣凈化器。

納米磁性材料的制備方法納米磁性材料的制備主要分為磁流體的制備77包埋法制備的磁性微粒、磁流體與高分子間通過范德華力、氫鍵和螯合作用以及功能基間的共價鍵結(jié)合，得到的微粒粒徑分布寬、粒徑不易控制、殼層中難免混有雜質(zhì)。單體聚合法得到的載體粒徑較大，固載量小，但作為固定化酶的載體，有利于保持酶的活性，而且磁性也較強(qiáng)，且該法簡便、快速，微粒同時還具有熱敏性。包埋法制備的磁性微粒、磁流體與高分子間通過范德華力、氫鍵和螯78一般濕式共沉淀原料—配料—一次球磨—干燥—壓制—預(yù)燒—破碎—二次球磨原料—配料—溶解—共沉淀—過濾烘干—加粘結(jié)劑—過篩—成形干壓—成形捏泥—擠壓—烘干—加工擠壓成形熱壓鑄成形注漿成形燒結(jié)檢驗(yàn)成品共沉淀法制備納米磁性材料的工藝流程一般濕式共原料—配料—一次球磨—干燥—壓制—預(yù)燒—破碎—二次79納米磁性微晶的制備方法

非晶化方法制備納米磁性微晶：通過晶化過程的控制，將非晶化材料轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米材料是目前較常用的方法，尤其適用于薄膜材料與磁性材料的研究中。在Fe-Si-B體系的磁性材料中，由非晶化方法制的納米磁性材料很多。

深度塑形變形法制備納米晶體：該方法是材料在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的

作用下發(fā)生嚴(yán)重塑性變形，從而將材料的晶粒尺寸細(xì)化到亞微米或

納米量級。納米磁性微晶的制備方法

非晶化方法制備納米磁80納米磁性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法

由于磁性復(fù)合材料的種類繁多，因此其制備方法也不盡相同。同一種功能的材料可以采用不同的方法制備，也可以用同一種方法制備出不同功能的復(fù)合材料。目前比較常用的制備方法主要有溶膠－凝膠法、化學(xué)共沉淀法、磁

控濺射法和激光脈沖沉積法等。納米磁性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法

由于磁性復(fù)合材料81溶膠－凝膠法可得到晶形薄膜。該方法具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：形成溶膠的過程中，原料很容易達(dá)到分子級均勻，易于進(jìn)行微量元素的摻雜；能嚴(yán)格控制化學(xué)計量比，工藝簡單，在低溫下即可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)；所得產(chǎn)物粒徑小，分布均勻，很容易在不同形狀和材質(zhì)的基底上制備大面積薄膜；用料較省，成本較低。存在的一些問題：反應(yīng)過程較長，干燥時凝膠容易開裂，顆粒燒結(jié)時團(tuán)聚傾向嚴(yán)重，工藝參數(shù)受環(huán)境因素影響較大等。溶膠－凝膠法溶膠－凝膠法可得到晶形薄膜。溶膠－凝膠法82化學(xué)共沉淀法工藝設(shè)備簡單、投資少、污染小、經(jīng)濟(jì)可行、產(chǎn)品純度高，在水溶液中容易控制產(chǎn)物的組分，反應(yīng)溫度低，顆粒均勻，粒徑細(xì)小，分散性也好，表面活性高，性能穩(wěn)定和重現(xiàn)性好。

但對于多組分氧化物來說，要求各組分具有相同或相近的水解或沉淀?xiàng)l件，特別是各組分之間沉淀速度不一致時，溶液均勻性可能會遭到破壞。此外，還容易引入雜質(zhì)，有時形成的沉淀成膠體狀，難以洗滌和過濾，因而此工藝具有一定的局限性?；瘜W(xué)共沉淀法化學(xué)共沉淀法工藝設(shè)備簡單、投資少、污染小、經(jīng)濟(jì)可行、83納米磁性材料的應(yīng)用納米磁性材料是當(dāng)今世界材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,在傳統(tǒng)工業(yè)、軍事領(lǐng)域、磁傳感器和微波材料以及催化、環(huán)境治理等方面將得到廣泛應(yīng)用。納米磁性材料的應(yīng)用納米磁性材料是當(dāng)今世界材料領(lǐng)域的研84請大家批評指正！請大家批評指正！85磁性材料磁性材料86一、材料的磁性二、軟磁材料三、硬磁材料四、磁記錄材料五、納米磁性材料主要內(nèi)容一、材料的磁性二、軟磁材料三、硬磁材料四、磁記錄材料五、納米87什么是磁性材料？磁性材料與信息化、自動化、機(jī)電一體化、國防、國民經(jīng)濟(jì)的方方面面緊密相關(guān)。通常認(rèn)為，磁性材料是由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，任何物質(zhì)在外界磁場中都能夠或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同而已。什么是磁性材料？磁性材料與信息化、自動化、機(jī)電一體化、國防、88磁性材料擁有數(shù)千年應(yīng)用歷史，如今更與信息化、自動化、機(jī)電一體化、國防、國民經(jīng)濟(jì)的方方面面緊密相關(guān)。磁性材料是高科技發(fā)展的重要分支之一。一個國家的磁性材料能反映其技術(shù)發(fā)展水平，對這種材料的需求量能反映一個國家的經(jīng)濟(jì)狀況和平均生活水平。磁性材料擁有數(shù)千年應(yīng)用歷史，如今更與信息化、自動化、機(jī)電一89磁性的來源一、材料的磁性磁學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科，磁學(xué)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用的需求互相促進(jìn)，在國防和國民經(jīng)濟(jì)中起著重要作用。早期觀點(diǎn)安培分子電流：在磁介質(zhì)中分子、原子存在著一種環(huán)形電流(分子電流)，分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體；在磁場中，分子電流沿磁場方向排列，顯磁性。磁荷：磁介質(zhì)的最小單元是磁偶極子；介質(zhì)處于磁場中產(chǎn)生一個力矩，各磁偶極子在一定程度上沿著磁場方向排列，顯磁性。磁性的來源一、材料的磁性磁學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科，磁學(xué)基90現(xiàn)代觀點(diǎn)物質(zhì)的磁性來源于組成物質(zhì)中原子的磁性。原子的磁矩

電子磁矩

軌道磁矩

自旋磁矩

原子核磁矩：約為電子磁矩1/2000

材料的磁性主要來源于電子的軌道磁矩和自旋磁矩?，F(xiàn)代觀點(diǎn)原子的磁矩電子磁矩軌道磁矩自旋磁矩91磁矩m：表征磁性物體磁性大小的物理量，磁矩愈大，磁性愈強(qiáng)，即物體在磁場中所受的力也大。磁矩只與物體本身有關(guān)，與外磁場無關(guān)。磁化強(qiáng)度M：衡量物質(zhì)有無磁性或磁性大小的物理量，定義為物質(zhì)單位體積中的磁矩大小，矢量，由S極指向N極。磁場強(qiáng)度H：指外界磁場的大小，也是一個矢量，由S極指向N極，磁場強(qiáng)度H一般是由導(dǎo)體中的電流或者永磁體產(chǎn)生。磁化率χ：磁化強(qiáng)度M與磁場強(qiáng)度H的比值稱為磁化率，即χ＝M/H，表征物質(zhì)磁性的大小。磁學(xué)基本參量磁矩m：表征磁性物體磁性大小的物理量，磁矩愈大，磁性愈強(qiáng)，即92磁感應(yīng)強(qiáng)度B：B=μ0(H+M)，單位：特斯拉(T)或韋/米2(Wb/m2)。μ0是真空磁導(dǎo)率，μ0=410-7H/m。在真空中(M=0)，當(dāng)磁場強(qiáng)度H為(107/4)A/m時，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

為1T。磁導(dǎo)率μ：μ=B/Hμ0

B與H的比值稱為絕對磁導(dǎo)率μ絕對，

即μ絕對=B/H=μ0μ。磁導(dǎo)率就等于材料的絕對磁導(dǎo)率μ絕對與真空磁導(dǎo)率μ0之比，故也稱為相

對磁導(dǎo)率。磁學(xué)基本參量磁感應(yīng)強(qiáng)度B：B=μ0(H+M)，單位：特斯拉(T)93磁性材料的分類磁性材料歷史悠久，種類繁多，從不同角度可以將其分為許多類。目前，在技術(shù)上得到大量應(yīng)用的磁性材料有兩類：一類是由金屬和合金所組成的金屬磁性材料；另一類是由金屬氧化物所組成的鐵氧體磁性材料。這兩類材料因?yàn)楦饔刑攸c(diǎn)而擁有其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，它們之間不能完全互相替代。磁性材料的分類磁性材料歷史悠久，種類繁多，從不同角度94按照形態(tài)分類：粉體材料、液體材料、塊體材料和薄膜材料等。按照用途分類：鐵芯材料(如變壓器、繼電器)、磁頭材料(錄音機(jī))、磁記錄材料(磁帶、磁盤)、磁致伸縮材料(傳感器)、磁屏蔽材料(通訊儀器、電器)等。按照磁性能分類：(1)軟磁材料，其矯頑力較小，磁滯回線較窄；(2)硬磁材料，其矯頑力較大，磁滯回線較寬；(3)矩磁材料，其剩磁大而矯頑力小，磁滯回線為矩形。按照形態(tài)分類：粉體材料、液體材料、塊體材料和薄膜材料等。95軟磁和硬磁材料的對比軟磁和硬磁材料的對比96磁性材料的發(fā)展史磁性材料的發(fā)展史97各種銀行卡銀行信用卡交通卡電話卡通行證

身份證網(wǎng)卡各種銀行卡銀行信用卡98U盤采用Flash芯片存儲，屬于電擦寫電門。在通電以后改變狀態(tài)，不通電就固定狀態(tài)，所以斷電以后資料能夠保存。U盤采用Flash芯片存儲，屬于電擦寫電門。在通99磁性材料的介紹課件100

特點(diǎn)：直接發(fā)熱，熱效率高達(dá)90%；

爐面無明火，無煙無廢氣；電磁火力強(qiáng)勁，安全可靠。電磁爐

特點(diǎn)：直接發(fā)熱，熱效率高達(dá)90%；爐面無明火，無煙無廢氣101第一個提出電磁炮概念并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的是挪威伯克蘭教授，1901年獲得了專利。l978年，澳大利亞科學(xué)家在5米長的軌道炮上(5.9千米/秒)；現(xiàn)在彈丸初速1.5-1.7千米/秒。電磁炮第一個提出電磁炮概念并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的是挪威伯克蘭教授，190102原理傳統(tǒng)的火炮都是利用彈藥爆炸時的瞬間膨脹產(chǎn)生的推力將炮彈迅速加速，推出炮膛。而電磁炮則是把炮彈放在螺線管中，給螺線管通電，那么螺線管產(chǎn)生的磁場對炮彈將產(chǎn)生巨大的推動力，將炮彈射出。原理103磁性材料市場的代表企業(yè)國內(nèi)磁粉生產(chǎn)商麥格昆磁四川銀河上海紀(jì)元天津津?yàn)I浙江朝日科浙江韻升上海愛普生…………磁性材料市場的代表企業(yè)國內(nèi)磁粉生產(chǎn)商麥格昆磁104當(dāng)磁化磁場作周期性變化時，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的關(guān)系是一條閉合線，但磁化和退磁不在同一條曲線上，退磁要滯后于磁化曲線，這種現(xiàn)象叫做“磁滯”，這條閉合線叫做磁滯回線。Hc-矯頑力，Bs-飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，Br-剩磁MagneticHysteresisLoopOfMagneticMaterialsBs0BrHs磁滯回線當(dāng)磁化磁場作周期性變化時，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場105起始磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0，加磁場后，材料逐漸磁化。H增加，B增加，當(dāng)H增加到一定程度，B值不再上升，達(dá)到飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。

把磁場強(qiáng)度降下來，開始Bs保持一段，當(dāng)磁場強(qiáng)度H繼續(xù)降為0時，材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，依然保留磁性，即Br

(簡稱為剩磁)。

此時，加上一個反向磁場，迫使材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度下降，直到失去磁性，這一段叫做“矯頑”，即退磁過程。在B＝0時的反向磁場強(qiáng)度Hc稱為“矯頑力”，表示材料保持磁化，反抗退磁的能力。Bs0BrHs起始磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0，加磁場后，材料逐漸磁化106整個磁滯回線由兩個S形組成，曲線圍成的面積越大，矯頑力越大，要求的矯頑場強(qiáng)度越大，磁性材料就越硬。反之，曲線圍成的面積越小，磁性材料就越軟。1-軟磁合金典型磁滯回線，1’-硬磁材料典型磁滯回線整個磁滯回線由兩個S形組成，曲線圍成的面積越大，矯頑力越107磁性的分類物質(zhì)按磁化率以及在磁場中的行為可以分為五類，即抗磁性物質(zhì)、順磁性物質(zhì)、鐵磁性物質(zhì)、反鐵磁性物質(zhì)、亞鐵磁性物質(zhì)。磁性的分類物質(zhì)按磁化率以及在磁場中的行為可以分為五類，即抗磁108抗磁性物質(zhì)呈抗磁性或稱逆磁性。＜0，M與H方向相反。磁化率很小，-10-5～-10-6，且不隨溫度變化。屬于這類物質(zhì)的金屬有：Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Mg。抗磁性物質(zhì)呈抗磁性或稱逆磁性。109抗磁性是所有物質(zhì)的共同性質(zhì)，通常非常小，自然界中絕大多數(shù)物體都是抗磁性的。磁矩為零的原子組成，原子中所有電子已經(jīng)配成對，沒有未成對電子?？勾判允撬形镔|(zhì)的共同性質(zhì)，通常非常小，自然界中絕大多數(shù)物體110

順磁性物質(zhì)：在磁場作用下，物質(zhì)中相鄰原子或離子的熱無序磁矩在一定程度上與磁場強(qiáng)度方向一致的定向排列現(xiàn)象。

本質(zhì)：軌道上有未成對電子，物質(zhì)內(nèi)部有凈磁矩，磁矩不為零。溫度升

高，磁矩不易排列整齊，磁性減弱，磁化率受溫度影響而改變的規(guī)律稱

“居里定律”。順磁性物質(zhì)：在磁場作用下，物質(zhì)中相鄰原子或離子的熱無序磁矩111

特征：順磁性，組成這些物質(zhì)的原子具有恒定的與外磁場無關(guān)的磁矩。

χ＞0，M與H方向相同，磁化率在10-3～10-5。

χ屬于這類物質(zhì)的金屬有：La、Pr、Mn、Al、除Be以外的堿金屬和

堿土金屬以及居里溫度以上的鐵磁性元素Fe、Ni、Co等。特征：順磁性，組成這些物質(zhì)的原子具有恒定的與外磁場無關(guān)的磁112鐵磁性物質(zhì)：物質(zhì)中相鄰原子或離子的磁矩由于它們的相互作用而在某些區(qū)域中大致按同一方向排列，當(dāng)所施加的磁場強(qiáng)度增大時，這些區(qū)域的合磁矩定向排列程度會隨之增加到某一極限值的現(xiàn)象。

呈鐵磁性，>>0，磁化率可達(dá)104數(shù)量級。鐵磁性物質(zhì)：物質(zhì)中相鄰原子或離子的磁矩由于它們的相互作用而在113鐵磁性物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：原子存在未填滿的內(nèi)電子層(例如3d或4f層)，在此層中未對消的電子自旋磁矩產(chǎn)生原子磁矩。原子間距與未滿電子層半徑之比值要求有一定的大小，這樣才能夠有足夠大的交換力，使物質(zhì)中原子磁矩同向排列，才能形成鐵磁性。類型：到目前為止，僅有四種金屬元素在室溫以上是鐵磁性的，即鐵、鈷、鎳和釓；極低低溫下有五種元素有鐵磁性，即鋱、鏑、鈥、鉺和銩。鐵磁性物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：類型：到目前為止，僅有四種金屬元素114自發(fā)磁化：鐵磁體的原子磁矩在不加外磁場時，由于一種自身力量的作用而互相平行排列，呈飽和磁化的狀態(tài)。磁疇：這種自發(fā)磁化不是整體飽和，而是分成許多小區(qū)域，在每個小區(qū)域內(nèi)飽和，這種飽和的小區(qū)域稱為磁疇。自發(fā)磁化：鐵磁體的原子磁矩在不加外磁場時，由于一種自身力量的115反鐵磁性:在晶體中A、B兩個亞晶格中的磁矩正好數(shù)量上相等，方向相反，凈磁矩為零，就表現(xiàn)為反鐵磁性。尼爾溫度(TN)：反鐵磁性物質(zhì)和順磁性物質(zhì)間發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度。高于TN，熱能積累，磁矩次序被打亂，變?yōu)轫槾判?。溫度在TN以下，磁性隨溫度上升而提高，顯示反鐵磁性。反鐵磁性:在晶體中A、B兩個亞晶格中的磁矩正好數(shù)量上相等，116亞鐵磁性：鐵氧體中A、B兩種離子的磁矩是反平行取向，但磁矩有不同，離子數(shù)目也不同，使磁矩不能相互抵消，產(chǎn)生一個凈磁矩。如尖晶石結(jié)構(gòu)。特性：與鐵磁體相似，有自發(fā)極化和居里溫度(在居里點(diǎn)以下保持暫態(tài)磁性，在該溫度以上無磁性序列)。亞鐵磁性：鐵氧體中A、B兩種離子的磁矩是反平行取向，但磁矩有117類型：亞鐵鹽(由鐵氧化物和其他元素，例如鋁、鈷、鎳、錳、鋅)，磁性石榴石，磁鐵礦氧化物(Fe3O4)。類型：亞鐵鹽(由鐵氧化物和其他元素，例如鋁、鈷、鎳、錳、鋅)118軟磁材料具有低矯頑力(低于102A/m)和高磁導(dǎo)率，易于磁化，也易于退磁，磁滯回線圍成的面積比較小的磁產(chǎn)品。這種材料廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。軟磁材料的磁滯回線二、軟磁材料在較弱磁場下易于磁化，也易于退磁的材料成為軟磁材料。軟磁材料具有低矯頑力(低于102A/m)和高磁導(dǎo)率，易于磁化119軟磁材料的分類軟磁材料的分類120鐵硅合金(硅鋼片)含硅不高于4%的鋼，也可看作Fe、Si合金。曾被普遍用作鐵芯，導(dǎo)磁率很高，反復(fù)磁化損失小，用做變壓器鐵芯。軟磁鐵氧體鐵氧體是一種復(fù)合氧化物，用黑陶法制成，有“黑磁“之稱，也可歸為陶瓷。軟磁鐵氧體具有立方晶系結(jié)構(gòu)，主要用于射頻變壓器、磁頭和其它電子學(xué)方面。

超微晶軟磁合金20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的一種軟磁材料。由小于50nm左右的結(jié)晶相和非晶態(tài)的晶界相組成，具有比晶態(tài)和非晶態(tài)合金更好的綜合性能，不僅磁導(dǎo)率高、矯頑力低和鐵損耗小，且飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好。軟磁材料的分類鐵硅合金(硅鋼片)軟磁鐵氧體超微晶軟磁合金軟磁材料的121金屬磁芯的制備工藝流程金屬磁芯的制備工藝流程122鐵氧體的制備工藝流程鐵氧體的制備工藝流程123

定義：硬磁材料又稱永磁材料。它們一般難以磁化到飽和狀態(tài)，但是，一旦在較強(qiáng)的磁場中被充磁以后，再將磁場撤去，就可以保留很強(qiáng)的磁性，而且在使用過程中不易退磁。

主要材料：高碳鋼(如馬氏體鋼)、鋁鎳鈷合金、稀土永磁合金(如NdFeB)、鋇鐵氧體和鍶鐵氧體都是常見的永磁材料。三、硬磁材料定義：硬磁材料又稱永磁材料。它們一般難以磁化到飽和狀態(tài)，但124BaCO3Fe2O3配料—混合—初壓—一次燒結(jié)—淬火—鐵氧體—濕磨—磁場溫壓干燥-制料-成形干燥-磁場-干壓—燒結(jié)—加工—成品—充磁BaO、SrO配Fe2O3質(zhì)量差BaCO3、SrCO3配Fe2O3

質(zhì)量優(yōu)鐵氧體成型工藝BaCO3Fe2O3配料—混合—初壓—一次燒結(jié)—淬火—鐵氧體125

主要指標(biāo)：矯頑力，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度或剩余磁化強(qiáng)度、最大磁能積和剩磁或矯頑力的溫度穩(wěn)定性，理想的永磁材料應(yīng)該是具有高矯頑力、高剩磁和高的最大磁能積。主要用途：做成永磁體，被廣泛地應(yīng)用于精密儀表、電聲器件、永磁電機(jī)、磁選機(jī)、自動控制、微波器件、核磁共振成像儀、粒子加速器、磁耦合傳動器等場合。主要指標(biāo)：矯頑力，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度或剩余磁化強(qiáng)度、最大磁能積126SmCo5燒結(jié)磁體工藝流程SmCo5燒結(jié)磁體工藝流程127關(guān)鍵工藝技術(shù)制粉和壓制成形階段對控制氧含量、獲得高取向度是非常重要的。在粉末壓制過程中使用潤滑劑、防氧化劑、交替地正向反向外加足夠的取向脈沖磁場，傾斜磁場取向以及采用等靜壓或準(zhǔn)等靜壓技術(shù)是獲得高取向度的基礎(chǔ)。燒結(jié)和時效處理是獲得高致密磁體和均勻微細(xì)顯微組織的重要工序。關(guān)鍵工藝技術(shù)制粉和壓制成形階段對控制氧含量、獲得高取向度是非128磁性材料的介紹課件12921世紀(jì)是“信息時代”，大容量存儲技術(shù)在信息處理、傳遞和保存中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。磁記錄技術(shù)在信息存儲領(lǐng)域具有獨(dú)特的地位，它的發(fā)展已經(jīng)有100多年歷史。四、磁記錄材料磁記錄設(shè)備：磁帶、軟盤、硬盤。特點(diǎn)：價格低廉，性能優(yōu)良，記錄密度逐年提高，信息寫入和輸出速度快，容量大，可擦除重寫。實(shí)例：磁帶錄音機(jī)、錄像機(jī)、銀行卡、圖書卡、門卡、計算機(jī)等。21世紀(jì)是“信息時代”，大容量存儲技術(shù)在信息處理、傳遞和保存130利用磁特性和磁效應(yīng)輸入(寫入)、記錄、存儲和輸出(讀出)聲音、圖像、數(shù)字等信息的磁性材料分為磁帶材料和磁頭材料。前者主要完成信息的記錄和存儲功能，后者主要完成信息的寫入和讀出功能。利用磁特性和磁效應(yīng)輸入(寫入)、記錄、存儲和輸出(讀出)聲音131基本功能：

記錄數(shù)據(jù)。材料的基本要求：一定大小的矯頑力(24～64kA/m)、矩形比高和溫度穩(wěn)定性好。常用的磁帶材料：通常的磁帶材料由帶基(如厚度10～30μm的聚酯薄膜)和磁記錄介質(zhì)所組成，一般應(yīng)用較多的是γ-Fe2O3、Co-γ-Fe2O3、CrO2以及磁性金屬鐵、鈷、鎳及其合金的磁粉。磁帶材料基本功能：記錄數(shù)據(jù)。磁帶材料132

γ－Fe2O3:磁赤鐵礦。立方尖晶石結(jié)構(gòu)，用特殊方法制備成針狀或棒狀長度與直徑的比為5:1到10:1，粒子長度約為0.2～1.0μm，使用時飽和磁化強(qiáng)度在70～75emu/g。摻鈷的氧化鐵：

γ－Fe2O3中加入鈷離子，磁性更好，矯頑力達(dá)500～

1000Oe。制備時，設(shè)法使鈷離子吸附在γ－Fe2O3離子上，形成一層外

層。CrO2：硬度較大，穩(wěn)定性低于Fe2O3，輸出功率高于Fe2O3，矯頑力達(dá)450～650Oe，飽和磁化強(qiáng)度80～85emu/g。居里溫度較低，適用于視頻錄像或其它短波波長記錄的場合。γ－Fe2O3:磁赤鐵礦。立方尖晶石結(jié)構(gòu)，用特殊方法制備133基本功能：寫入、讀出?；拘阅芤螅焊叩拇艑?dǎo)率、高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高的電阻率和耐磨性。常用的磁頭材料：合金、鐵氧體、非晶態(tài)合金和薄膜磁頭材料等。磁頭材料基本功能：寫入、讀出。磁頭材料134縱向磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料運(yùn)動方向一致，如錄音磁帶等。(水平記錄)橫向磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料運(yùn)動方向垂直或接近于垂直，如錄像磁帶等。(水平記錄)垂直磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料表面垂直，如磁光盤等。(垂直記錄)記錄形式縱向磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料運(yùn)動135水平記錄垂直記錄水平記錄：當(dāng)密度增高時，產(chǎn)生的退磁場使信號減小，并產(chǎn)生垂直分量,通過提高Hc和減薄磁層的方法雖可克服這一缺點(diǎn)，但有一定的限度。垂直記錄：所產(chǎn)生的退磁場隨密度的增加反而趨向于零，并且垂直記錄不需很高的Hc和很薄的材料，有效地克服了縱向記錄在高密度記錄時的致命弱點(diǎn)。水平記錄垂直記錄水平記錄：當(dāng)密度增高時，產(chǎn)生的退磁場使信號減136磁性材料的介紹課件137磁性材料的介紹課件138五、納米磁性材料20世紀(jì)70年代人們利用共沉淀法制備出了磁性液體材料，1988年巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引起了世界各國的關(guān)注，掀起了納米磁性材料的開發(fā)和應(yīng)用研究熱潮。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，記錄的信息量也在不斷增加，以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒尺寸小、單疇結(jié)構(gòu)矯頑力高，用它制作磁記錄材料，可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。應(yīng)用的需求使得人們對磁性材料展開了廣泛的研究，磁性復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀、制備方法以及應(yīng)用前景受到人們的關(guān)注，成為現(xiàn)代材料研究的熱點(diǎn)。五、納米磁性材料20世紀(jì)70年代人們利139納米磁性材料的分類納米磁性材料大致可分為3大類：納米顆粒、納米微晶和納米結(jié)構(gòu)材料。納米磁性材料的磁單疇尺寸、順磁磁性臨界尺寸、交換作用長度等在1～100nm范圍內(nèi)，具有奇異的超順磁性和較高的矯頑力。可以在研究納米磁性材料性能的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要選擇適宜的納米磁性材料并應(yīng)用到器件。納米磁性材料的分類納米磁性材料大致可分為3大類：納米顆粒、納140從應(yīng)用的角度納米磁性材料大致分為以下幾種類型：納米微晶軟磁材料納米微晶永磁材料納米磁記錄材料磁性液體顆粒膜磁性材料巨磁電阻材料從應(yīng)用的角度納米磁性材料大致分為以下幾種類型：141納米軟磁材料一般采取非晶晶化法，即在非晶的基體上有較大體積百分?jǐn)?shù)的納米微晶存在，這種納米微晶軟磁材料已在實(shí)際中得到了應(yīng)用。

1998年日本首先在FeSiB合金中加入Cu、Nb成分制成納米微晶磁性材料，其典型成分為Fe73.5Cu1NbSi13.5B9(商品牌號為Finenet)，它具有Fe基非晶材料的高飽和磁化強(qiáng)度以及Cu基非晶材料優(yōu)良的高頻特性，其晶粒尺寸約為10nm。納米微晶軟磁材料納米軟磁材料一般采取非晶晶化法，即在非晶的基14220世紀(jì)80年代末期起已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，如日立金屬公司等。20世紀(jì)90年代后國內(nèi)也有一定的生產(chǎn)量，稀土永磁材料的研究工作如SmFe摻N，我國處于國際先進(jìn)水平。納米微晶軟磁材料沿著高頻、多功能的方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域遍及軟磁材料應(yīng)用的各方面，如功率變壓器、脈沖變壓器、高頻高壓器、可飽和電抗器、互感器、磁屏蔽、磁頭、磁開關(guān)、傳感器等，它將成為鐵氧體的有力競爭者。20世紀(jì)80年代末期起已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，如日143磁性納米粒子由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高，可用它制作磁記錄材料，能使記錄密度大大提高，可比普通的磁性材料提高10倍以上。另外，還可以提高聲噪比，改善圖象質(zhì)量。20世紀(jì)80年代，高密度磁記錄用的磁粉尺寸就已進(jìn)入到納米尺寸，例如：性能優(yōu)良的CrO2磁粉尺寸可為200nm×35nm。鐵或其合金磁粉的尺寸為20nm，并制成高密度的金屬磁帶。90年代發(fā)展起來的摻Co、Ti的鋇鐵氧體(BaFe12O19)，典型的顆粒尺寸為六角片形50nm×20nm。此外，還有氮化鐵、碳化鐵等類型的納米磁粉。納米磁記錄材料磁性納米粒子由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑144磁性液體是由納米磁性微粒包覆一層長鏈的有機(jī)表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。其中磁性微粒尺寸通常小于10nm，呈超順磁性。磁性液體起源

1963年，美國國家航空與航天局首先采用油酸作為表面活性劑，把它包覆在超細(xì)的Fe3O4微顆粒上(直徑約為l0m)，并高度彌散于煤油(基液)中，從而形成一種穩(wěn)定的膠體體系。在磁場作用下，磁性顆粒帶動著被表面活性劑所包裹著的液體一起運(yùn)動，好像整個液體具有磁性，于是取名為“磁性液體”。磁性液體是由納米磁性微粒包覆一層長鏈的有機(jī)表面145形成磁性液體的三要素形成磁性液體的三要素146磁性顆粒一般采用球形金屬Fe、Co、Ni等軟磁材料及其合金，應(yīng)該具有高體積摻量、高飽和磁化強(qiáng)度和較大直徑。載液一般是非磁性能良好的油，好的載液具有低的零場粘度、高溫穩(wěn)定性、不燃燒、不污染環(huán)境和化學(xué)穩(wěn)定性好等特性。穩(wěn)定劑用來確保顆粒懸浮于液體中。與磁流變液相關(guān)的穩(wěn)定性包括團(tuán)聚穩(wěn)定性和沉降穩(wěn)定性，前者阻止顆粒粘結(jié)在一起，而后者確保顆粒隨時間延長不沉降。磁性顆粒147在靜磁場作用下，磁性顆粒將沿著外磁場方向形成一定有序排列的團(tuán)鏈簇，從而使得液體變?yōu)楦飨虍愋越橘|(zhì)。在磁場作用下被磁化，可以在磁場作用下運(yùn)動，但同時它又是液體，具有液體的流動性。磁性液體的特點(diǎn)在靜磁場作用下，磁性顆粒將沿著外磁場方向形成一定有序排列的團(tuán)148

磁密封旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)磁密封磁性液體具有被磁控的特性，利用環(huán)狀永磁體在旋轉(zhuǎn)軸密封部件產(chǎn)生一環(huán)狀的磁場分布，將磁性液體約束在磁場之中而形成磁性液體的“O”形環(huán)，可進(jìn)行真空、加壓、封水、封油等情況下的動態(tài)密封。

具有無泄露、無磨損、自潤滑、壽命長等特點(diǎn)。防塵密封在計算機(jī)中為防止塵埃進(jìn)入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉(zhuǎn)軸處也普遍采用磁性液體的防塵密封。磁性液體的的用途

149真空密封在精密儀器的轉(zhuǎn)動部分，如X射線衍射儀中轉(zhuǎn)靶部分的真空密封，大功率激光器件的轉(zhuǎn)動部件，甚至機(jī)械人的活動部件亦采用磁性液體密封法。此外，單晶爐提拉部位、真空加熱爐等有關(guān)部件的密封等，磁性液體是較為理想動態(tài)密封方式之一。真空密封150氣體密封可用于多種氣體密封的場合(如煤氣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸部位)。氣體密封151

磁性液體密封原理磁性液體密封原理152

磁性潤滑油通常情況下，潤滑劑易損耗、易污染環(huán)境。磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10nm，因此不會損壞軸承，而基液亦可用潤滑油，只要采用合適的磁場就可以將磁性潤滑油約束在所需部位。

153作阻尼器件

由于磁流變液能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的阻尼，而且磁流變液減振器可以根據(jù)外部的振動環(huán)境不同調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度，很容易改變減振系統(tǒng)的阻尼和剛度，可以達(dá)到主動減振的目的。作阻尼器件由于磁流變液能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的阻尼，而且154

礦物分離利用比重不同進(jìn)行礦物分離，磁性液體被磁化后相當(dāng)于增加磁壓力，以致在磁性液體中的物體將會浮起，好像磁性液體的密度隨著磁場增加而增大。例如，高密度的金與低密度的砂石分離，亦可用于城市廢料中金屬與非金屬的分離。

155磁性液體選礦分離示意圖利用此原理可以設(shè)計出磁性液體比重計，磁性液體對不同比重的物體進(jìn)行比重分離，控制合適的磁場強(qiáng)度可以使低于某密度值的物體上浮，高于此密度的物體下沉，原則上可