磁性功能材料

磁性功能材料第1頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏第三章磁性功能材料磁性功能材料

——磁性材料指那些有實際工程意義具有較強磁性的材料。是最古老的功能材料。公元前幾世紀人類就發(fā)現自然界中存在天然磁體，磁性(Magnetism)一詞就因盛產天然磁石的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。磁性材料廣泛應用于計算機及聲像記錄用大容量存儲裝置如磁盤、磁帶，電工產品如變壓器、電機，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)、機械行業(yè)和日常生活中不可缺少的材料之一，第2頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏本章主要內容磁學理論——物質的磁性、磁性的基本物理量磁性材料分類——軟磁材料、永磁材料、半硬磁材料磁性材料的基本性能與應用第三章磁性功能材料第3頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－物質的磁性(一)物質的磁性將一個面積為（A)、通有電流（Is)的環(huán)型導體放入磁場中，該環(huán)型導體將會在磁場（H)的作用下發(fā)生偏轉，即環(huán)型導體受到力矩的作用。力矩（M)的大小可由下式表示：M

Is

xAxH

定義Pm=IsxA為通過電流為Is、面積為A的環(huán)型導體的磁矩。IsI第4頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏原子內的電子做循軌運動和自旋運動，所以必然產生磁矩。前者稱為軌道磁矩，后者稱為自旋磁矩。電子的循軌磁矩Pl=電子的自旋磁矩Ps=e：單位電荷；h:普朗克常數；m:電子質量；l:軌道量子數；s:自旋量子數。原子核的磁矩比電子磁矩小三個數量級，一般情況下可忽略不計。3.1磁學基礎－物質的磁性第5頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏物質磁性具有普遍性3.1磁學基礎－物質的磁性電子的循軌磁矩電子的循軌磁矩原子磁矩物質磁性原子磁矩＝Σ物質表現何種磁性原子磁矩間相互作用外加磁場的作用第6頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－物質的磁性細菌細胞中的磁力線200nm的Co粒子中的磁力線第7頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－物質的磁性磁場強度：電流強度為I

的電流在一個每米有N匝線圈的無限長螺旋管軸線中央產生的磁場強度H為：

H=NxI

A/m（安/米）距離永磁體r處的磁場強度H為：

H=km1r0/r2H/m（亨利/米）m1為磁極的磁極強度，單位為Wb(韋伯)；r0是r的矢量單位；磁化強度(M):單位體積磁性材料內各磁疇磁矩的矢量和，單位為A/m。磁感應強度(B):物質在外磁場作用下，其內部原子磁矩的有序排列還將產生一個附加磁場。在磁性材料內部外加磁場與附加磁場的和,單位為T（特斯拉）。（二）基本磁性參量B=H+M第8頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－物質的磁性磁導率和磁化率在真空中磁感應強度B與磁場強度H間的關系為：

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和：B=μ0（H+M）

磁性材料的磁導率定義為磁感應強度與磁場強度之比：

μ=B/H

μ0

:真空磁導率;μ:絕對磁導率，單位為H/m，μr:相對磁導率

μr=μ/μ0

磁化率定義為磁化強度與磁場強度之比：

χ=M/H

第9頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏(三）物質磁性的分類3.1磁學基礎－物質的磁性物質磁性分類順磁性被磁化后，磁化場方向與外場方向相同，χ：

1–104

鐵磁性被磁化后，磁化場方向與外場方向相同，χ：10-3-10-6被磁化后，磁化場方向與外場方向相反，χ：－（10-5

–10-6）抗磁性與外加磁場的關系第10頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏順磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁場作用下趨于沿外場方向排列，使磁質沿外場方向產生一定強度的附加磁場。順磁性是一種弱磁性。順磁性材料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在工程上的應用極少。順磁金屬主要有Mo，Al，Pt，Sn等。3.1磁學基礎－物質的磁性抗磁性是由于外磁場作用下，原子內的電子軌道繞場向運動，獲得附加的角速度和微觀環(huán)形電流，從而產生與外磁場方向相反的感生磁矩。原子磁矩疊加的結果使宏觀物質產生與外場方向相反的磁矩。由于屬于此類的物質有C，Au，Ag，Cu，Zn，Pb等。

第11頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－物質的磁性HmmDmkkDkDkDm產生抗磁性的原理m：磁矩Dm：附加磁矩Dk：附加向心力k：向心力抗磁性具有普遍性物質是否表現出抗磁性要看物質的抗磁場是否大于其順磁場第12頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏物質內部原子磁矩的排列a:順磁性b:鐵磁性c:反鐵磁性d:亞鐵磁性

3.1磁學基礎－物質的磁性由于原子間的交換作用使原子磁矩發(fā)生有序的排列，產生自發(fā)磁化，鐵磁質中原子磁矩都平行排列（在絕對零度時)第13頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－物質的磁性鐵磁質：磁矩的有序排列隨著溫度升高而被破壞，溫度達到居里溫度（Tc）以上時有序全部被破壞，磁質由鐵磁性轉為順磁性。

Tc是材料的M-T曲線上MS2→0對應的溫度。順磁質：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)。

（四）溫度對物質磁性的影響Tcχ第14頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－物質的磁性

(四）磁各向異性

磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。包括：磁晶各向異性，形狀各向異性，感生各向異性和應力各向異性等。單晶體的易磁化和難磁化方向

第15頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－物質的磁性（五）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大小用磁致伸縮系數λ表示，即：

λ=Δl/l式中，Δl和l分別表示磁場方向的絕對伸長與原長。在發(fā)生縮短的情況下，l為負值，因而λ也為負值。當磁場強度足夠高，磁致伸縮趨于穩(wěn)定時，磁致伸縮系數λ稱為飽和磁致伸縮系數，用λs表示。對于3d金屬及合金:λs約為10-5—10-6。

第16頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

(一)磁疇結構在鐵磁性材料中，原子磁矩平行排列，以使交換作用能最低。但大量原子磁矩的平行排列增大了體系的退磁能，因而使一定區(qū)域內的原子磁矩取反平行排列，出現了兩個取向相反的自發(fā)磁化區(qū)域，降低退磁能，直至形成封閉疇。每一個磁矩取向一致的自發(fā)磁化區(qū)域就叫做一個磁疇。立方結構單晶鐵磁材料的磁疇結構示意圖第17頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

Co中的磁疇結構第18頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏磁疇結構包括磁疇和疇壁兩部分。磁疇的體積為10-1～10-6cm3。疇壁是指磁疇交界處原子磁矩方向逐漸轉變的過渡層3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

疇壁布洛赫(Bloch)磁疇壁疇壁兩側的原子磁矩的旋轉平面與疇壁平面平行，兩個疇的磁化方向相差180奈耳（Neel）磁疇壁疇壁內原子磁矩的旋轉平面與兩磁疇的磁矩在同一平面平行于界面第19頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

布洛赫奈爾壁第20頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

磁化過程：磁性材料在外磁場作用下由宏觀的無磁狀態(tài)轉變?yōu)橛写艩顟B(tài)的過程。磁化是通過磁疇的運動來實現。（二）磁疇移動與磁化過程受外磁場作用時，疇內整齊排列在易磁化方向上原子磁矩一致地偏離易磁化方向而向外磁場方向轉動。外場愈強，材料的磁各向異性愈弱，則磁矩就愈偏向外場方向。運動方式轉動移動各磁疇內部的磁矩平行或反平行于外加磁場，不受這一磁場的力矩。而疇壁附近的磁矩方向發(fā)生改變，使疇壁產生橫向移動。第21頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

疇壁的移動

磁疇的轉動

第22頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

（三）磁化曲線

磁化過程四階段：（1）M隨H呈線性地緩慢增長，可逆疇壁移動過程。（2）M隨H急劇增長，不可逆疇壁移動過程，的巴克豪森（Barkhausen）跳躍。（3）M的增長趨于緩慢。磁疇的磁化矢量已轉到最接近H方向，M的增長主要靠可逆轉動過程來實現。（4）磁化曲線極平緩地趨近于水平線而達到飽和狀態(tài)。第23頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

(四）磁性材料的技術磁參量技術磁參量內稟磁參量:MS、Tc外稟磁參量:Hc、Mr或Br、磁導率、損耗、磁能積MS:飽和磁化強度Hc：矯頑力Mr或Br：剩磁主要取決于材料的化學成分對材料結構（如晶粒尺寸、晶體缺陷、晶粒取向等）敏感，可以通過適當的工藝改變第24頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏損耗：軟磁材料磁化一周總的能量損耗W，由渦流損耗，磁滯損耗Wh和剩余損耗Wr三部分組成，通常以每公斤材料損耗的功率表示，即:W=We+Wh+Wr

We：在交變磁化條件下，材料垂直于磁場的平面內產生的渦流引起發(fā)熱產生的損耗。循環(huán)磁化一周的渦流損耗與材料的電阻率、厚度D、磁感變化幅度Bm關系如下:

We∝D2Bm2/ρ

Wh：在循環(huán)磁化條件下，材料每循環(huán)磁化一周所消耗的能量，它也以熱的形式表現出來，其大小與磁滯回線的面積呈正比。Wr

：從總損耗中扣除渦流損耗和磁滯損耗所剩的部分3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

第25頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

磁能積（BH）：磁鐵在氣隙空間所建立的磁能量密度。永磁體均在開路狀態(tài)下使用，作為磁場源或動作源。主要作用是在磁鐵的兩磁極空間(或稱空氣隙)產生磁場Hg。Hg=(BmHmVm/μ0Vg)1/2

式中Vm、Bm和Hm分別是磁鐵的體積、磁感強度和磁場強度，Vg、Hg是氣隙的體積和磁場強度。磁場強度（Hg）除與磁體的體積及氣隙體積有關外，主要取決于磁體的磁能積（BH）

。最大磁能積（BH）max：退磁曲線上磁能積最大的一點，工程應用中通常將(BH)max稱為磁能積。第26頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏對通常的永磁體的應用而言，Hg越大越好。因此、在設計磁鐵時，應使其工作點在圖中的D點附近。同時、(BH)max越大，Hg也越大。(BH)max越高，所需要的磁體體積就越小(BH)max的大小取決于磁感矯頑力Hc、剩磁Br和隆起系數γ，即:(BH)max=γ·Br·HCB

3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

永磁材料的退磁曲線與磁能積(密度)曲線

第27頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

磁滯回線族

第28頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁化過程與技術磁參量

（五）磁性材料的穩(wěn)定性衡量磁性材料的磁參量隨外界因素作用產生的變化，主要考慮Br和Hc。（1）溫度穩(wěn)定性：磁性能隨溫度的變化。（2）時間穩(wěn)定性：在某一特定工作環(huán)境下長期工作過程中磁性隨時間的變化。

（3）化學穩(wěn)定性：在腐蝕介質的環(huán)境中磁性隨時間的變化。顯微組織變化引起的組織時效性能不穩(wěn)定的原因磁疇結構變化引起的磁時效可逆，再次充磁時材料能恢復原來的磁性不可逆

第29頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁性材料分類按矯頑力分類軟磁材料半硬磁材料硬（永）磁材料Hc<100A/m(1.25Oe)Hc:100～1000A/m(1.25～12.5Oe)Hc>1000A/m(12.5Oe)按用途分類鐵芯材料磁記錄材料磁頭材料磁致伸縮材料磁屏蔽材料變壓器、繼電器錄音機通訊儀器、電器磁帶、磁盤傳感器第30頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.1磁學基礎－磁性材料分類主要磁性材料分類第31頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料用途：發(fā)電機、電動機、變壓器、電磁鐵、各類繼電器與電感、電抗器的鐵心；磁頭與磁記錄介質；計算機磁心等。要求：高的飽和磁感應強度、高的最大磁導率、高的居里溫度和低的損耗。分類：高磁飽和材料，中磁飽和中導磁材料，高導磁材料，高硬度、高電阻、高導磁材料，矩磁材料，恒磁導率材料，磁溫度補償材料，磁致伸縮材料。第32頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料用途：變壓器、電機與繼電器的鐵(磁)心。要求：低的矯頑力、高的磁導率和低的鐵損。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；中磁飽和中導磁材料；高導磁材料如坡莫合金等；恒磁導率材料；以及鐵粉心型材料與氧化物粉心材料等

（一）工業(yè)純鐵資源豐富、價格低廉，具有良好的可加工性。早在1890年熱軋純鐵就用于制造電機和變壓器鐵芯。是直流技術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；繼電器和揚聲器的磁導體；電話機的振動膜；電工儀器儀表及磁屏蔽元件等。第33頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－非晶態(tài)、微晶與納米晶軟磁合金第34頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏最常見的是電磁純鐵，名稱為電鐵(代號DT)，含碳量低于0.04%的Fe-C合金，Bs達2.15T，其供應狀態(tài)包括鍛材、管材、圓棒、薄片或薄帶等。去應力退火：消除加工應力。保護條件下860～930℃，保溫4小時后隨爐冷卻。去除雜質處理：純鐵中的雜質（C，Mn，Si，P，S，N等）會顯著降低材料的磁導率和矯頑力。通過去雜質退火處理來降低材料中雜質的含量。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。3.2軟磁材料－鐵芯材料工業(yè)純鐵的熱處理：純鐵材在加工成元件后必須經過熱處理才能獲得好的軟磁性能第35頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料人工時效處理：克服純鐵嚴重的自然磁時效現象，為保持純鐵元件的磁穩(wěn)定性，須在熱處理后進行100℃，保溫100小時的人工時效處理?；蜻x擇低時效敏感性的材料。純鐵的自然磁時效現象：即隨著時間的增長，材料的矯頑力上升，磁導率下降。純鐵的時效在130℃附近特別明顯。引起時效的原因是由于在Fe中含有N，逐漸形成鐵的氮化物所致。純鐵的缺點：電阻率低，使用時產生很大的渦流損耗，不適于制作在交變場中工作的鐵心。

第36頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料（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率，增大電阻率，還可顯著改善磁性時效。但Si加入量過多時，會降低飽和磁化強度、居里溫度、磁晶各向異性常數K1、磁致伸縮系數含Si量的增大會使材料變脆。

電工硅鋼片中Si的含量在0.5～4.8%Si。1903年開始投入實際生產，用量極大。主要用于制造大電流、頻率50～400Hz的中、強磁場條件下的電動機、發(fā)電機、變壓器等；中、弱磁場和較高頻率(達10KHz)條件下的音頻變壓器、高頻變壓器、電視機與雷達中的大功率變壓器、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；第37頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料與熱軋硅鋼相比，冷軋硅鋼的Bs高，其厚度均勻、尺寸精度高、表面光滑平整，從而提高了填充系數和材料的磁性能。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，用快速凝固技術可制備出含硅6.5%的硅鋼薄帶。

電工硅鋼片熱軋硅鋼片（DR）冷軋無取向硅鋼片（DW）冷軋單取向硅鋼片（DQ）電訊用冷軋單取向硅鋼片（DG）中國2002年底停止生產第38頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料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，如圖3-16示意，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

第39頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料單取向硅鋼的優(yōu)點：磁性具有強烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優(yōu)越的高導磁與低損耗特性。取向鋼帶在軋制方向的鐵損僅為橫向的1/3，磁導率比約為6:1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導率為后者的2.5倍。

織構取向度的影響：取向度<7o加微量Al等、形成AlN,可使范圍減小，取向度<3o去應力退火處理：用硅鋼片制成的電磁元件成型之后，應消除應力（800～850℃，保溫5～15min），恢復材料磁性

第40頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料純鐵中加入鈷后，Bs明顯提高，含鈷35%的鐵鈷合金的Bs達2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料。國外牌號為Permendur。在合金中加入少量的V和Cr可顯著提高其電阻率。實際應用的鐵鈷合金主要有Fe64Co35V1(或Fe64Co35Cr1)和(Fe50Co50)98.7V1.3。(Fe50Co50)98.7V1.3合金的國內牌號為1J22，國外牌號為V-Permendur。鐵鈷合金具有高的磁導和的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耳膜震動片等。但電阻率偏低，不適于高頻場合的應用。但價格昂貴。（三）鐵鈷合金第41頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料隨Ni含量的增加，Fe-Ni合金的m增加、Bs下降。當Ni量接近80%時，Fe-Ni合金的K1和λ同時變?yōu)榱?，能獲得高的磁導率。含w(Ni)35～80%的Fe-Ni合金稱為坡莫合金。根據Ni含量對合金磁性能的影響，Fe-Ni合金分為高導磁、恒導磁率、中磁飽和中磁導率材料等。（四）Fe-Ni合金(坡莫合金，Permalloy)第42頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏使用過程中應避免沖擊、振動及其它力的作用。3.2軟磁材料－鐵芯材料坡莫合金的熱處理避免超結構相Ni3Fe形成Ni－Fe在600℃以下的冷卻過程中發(fā)生有序化轉變形成Ni3Fe；不利于磁性能。解決辦法：600℃后急冷易變形對應力敏感加工后須退火1200～1300℃，保溫3h并緩冷至600℃第43頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料主要是高鎳含量的鐵鎳合金。我國的高鎳高導磁合金有六個牌號:1J76、1J77、1J79、1J80、1J85和1J86，鎳含量76%～86%。其基本性能：μm

125-187mH/m,Hc1.4-3.2A/m,Bs0.6-0.75T,ρ55-62×10-8·m高導磁合金在弱場下具有很高的初始磁導率和最大磁導率，有較高的電阻率，因而適合在交流弱磁場中使用，如各種音頻變壓器、互感器、磁放大器、音頻磁頭、精密電表中的動片與靜片等。主要用于收音機、電視機和通訊器材等。第44頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏恒導磁率的獲得：冷軋后于1000℃下進行再結晶退火，可以得到(001)[100]織構。再將其以50%的軋制率進行冷軋，可以生成單軸軋制型磁各向異性。對合金進行橫向磁場熱處理(外加磁場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保持恒定不變。恒導磁率合金3.2軟磁材料－鐵芯材料成分范圍：含Ni55～75%的鐵鎳合金，國產恒導磁率合金牌號為1J66(Fe-w(Ni)65%)，主要用途：恒電感器，也可用于單極脈沖變壓器。

第45頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料Bs（約1T）、磁導率和矯頑力介于高磁飽和材料和高導磁材料之間，電阻率較高。適用于較高的頻率，中、弱磁場范圍。1J46和1J50合金主要用于制作小功率變壓器、微電機、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。低鎳的Fe-Ni36%合金的Bs和電阻率ρ介于1J50和1J54合金之間，合金價格便宜，主要用于要求高Bs，而對磁導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。中磁飽和中磁導率合金成分：低鎳和中鎳的鐵鎳合金，1J46、1J50和1J54第46頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－鐵芯材料（五）粉心材料減少高頻下的損耗渦流損耗還與材料厚度的平方成正比高頻下的損耗磁致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解決辦法減小鐵芯材料（Si鋼片）的厚度有一定限度100KHz。將磁性材料制成粉末，在粉末顆粒之間加上絕緣物質，用壓縮成型的辦法制成磁心，使用頻率可以提高到幾百MHz。粉心型材料第47頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏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，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；混以適當的絕緣劑并壓制成型，可作相對初始磁導率為5～20的高頻低磁導率的鐵心使用。在含鉬坡莫合金的基礎上加入百分之幾的硫，使之脆化，然后用機械粉碎法制成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系復合鐵氧體。Mn-Zn系使用頻率。粉末尺寸：10mm量級3.2軟磁材料－鐵芯材料第48頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏粉芯產品示例3.2軟磁材料－鐵芯材料第49頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料（一）磁記錄介質材料要求:材料具有高的剩余磁化強度、陡的B-H曲線、大的B/H值、微細的粒子尺寸、粒子磁性的一致性及合適的矯頑力值。用途：磁帶，磁盤等記錄方式：縱向記錄；垂直記錄記錄介質材料：磁性顆粒（如-Fe2O3）涂覆在高分子基片上發(fā)展到磁性薄膜記錄介質第50頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料γ-Fe2O3粉末制備方法：在400℃的氫氣流中將α-FeOOH的針狀結晶脫水還原成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，顆粒小記錄性能好基本性能：矯頑力19000～28000A/m，居里點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℃)。主要采用的磁記錄介質第51頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料材料剩磁（T）矯頑力（A/m）居里點（℃）用途和磁性層厚度γ-Fe2O30.025～0.118000～24000675磁帶:5～12微米Co-γ-Fe2O30.1348000520磁盤:1～2微米CrO20.1340000120磁帶:5微米Fe60Co40粉末0.2400001000

Co-Ni-P連續(xù)膜1.240000

磁鼓:0.1微米第52頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料第53頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料第54頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料第55頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料主要磁頭材料：高鎳含量的鐵鎳基耐磨高導磁合金、鐵硅鋁合金和高導磁鐵氧體材料。（二）磁頭材料用途：從磁記錄介質中讀出信號用途：高磁導率、低矯頑力和高電阻率之外，還要求高的耐磨性和低應力敏感性。A第56頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏鐵鎳基耐磨高導磁合金:在高鎳型鐵鎳二元合金基礎上加入Nb、Mo、Al和Ti等合金元素而形成。通過調節(jié)成分和適當的最終熱處理，使合金元素在基體內形成有限固溶體和對疇壁運動無阻礙作用的極微細的(小于疇壁寬度)均勻沉淀相，從而使合金在保持高導磁率的同時得到固溶強化和沉淀強化，制備出高硬度低應力敏感性的高導磁合金。鐵鎳基耐磨高導磁合金主要用于低頻磁頭如錄音機、數字磁帶機和磁卡機磁頭以及微電機、變壓器、傳感器和磁放大器等各種電感元件鐵心。3.2軟磁材料－磁記錄材料第57頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料鐵硅鋁合金:(Fe-w(Si)9.6%-w(Al)5.4%)的導磁率與高鎳的Fe-Ni合金相當，Hv達500，飽和磁感應強度約1T，電阻率110×10-8·m。該合金制備的磁頭具有高的耐磨性和優(yōu)良的高頻特性。是四磁頭錄像技術中普遍應用的磁頭材料。缺點是對合金成分的變化非常敏感，又硬又脆，難加工，使磁頭價格昂貴。Mn-Zn和Ni-Zn鐵氧體：硬度Hv達600～700，耐磨性高，主要用于制作錄像機、數字磁帶機、磁盤機和磁鼓的磁頭鐵心。其中應用最多最普遍的是多晶熱壓鐵氧體，其最大缺點是磁頭縫隙附近容易產生剝落，從而導致磁記錄質量的下降。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。第58頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－磁記錄材料巨磁阻硬盤磁頭第59頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏（一）磁致伸縮材料利用磁致伸縮現象，可將電震蕩轉變成超聲波振動；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)。(二)磁屏蔽材料在一些場合，如小型通訊機和電子儀器中，各種線圈或變壓器裝配位置緊密，必須進行電磁屏蔽。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。3.2軟磁材料－其它軟磁材料第60頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏（三）磁流體在連動系統(tǒng)機械中，為了控制機械部件的相互連接，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。當加上磁場時，使磁性粉末磁力線方向上連續(xù)排列起來，使表觀粘度增高，從而實現百分之百的連接。不加磁場時磁流體材料的粘度應很小，加上磁場時其粘度應明顯提高；取消磁場時其剩磁要低、恢復到低粘性的初始狀態(tài)。磁流體中磁粉與機油的比例一般為4:1，與硅油的比例為8:1。3.2軟磁材料－其它軟磁材料第61頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－非晶態(tài)、微晶與納米晶軟磁合金非晶態(tài)金屬（金屬玻璃）：當液態(tài)金屬凝固的冷卻速率高于一臨界值時，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)結構。（一）

非晶態(tài)合金非晶態(tài)軟磁合金分類:(1)過渡金屬-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%。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率兩類。

第62頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－非晶態(tài)、微晶與納米晶軟磁合金第63頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－非晶態(tài)、微晶與納米晶軟磁合金鐵基非晶合金的種類：主要有Fe-B、Fe-B-C、Fe-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-Co-B-Si五個系列，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：對應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、電動機等。從使用的角度出發(fā)，性能特點：矯頑力低、磁導率高，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，對于節(jié)約能源具有相當重要的意義。不足之處在于飽和磁感應強度低于硅鋼，帶材較薄因而填充系數較低，存在退火脆化問題及成本偏高等。第64頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－非晶態(tài)、微晶與納米晶軟磁合金鈷基非晶態(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；主要性能特點和應用范圍同高鎳坡莫合金相對應。鐵鎳基合金：性能介于鐵基和鈷基合金之間的一個系列。此類材料的飽和磁感、動態(tài)磁導率、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。第65頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.2軟磁材料－非晶態(tài)、微晶與納米晶軟磁合金快速凝固Fe-Si軟磁合金：可提高Si含量、進一步減小合金帶的厚度，獲得優(yōu)良的磁性?？焖倌谭蔷В{米晶復合軟磁合金：在非晶態(tài)Fe-B-Si合金基礎上通過Cu、Nb、Zr等元素合金化發(fā)展起來的合金。其結構為非晶基體上分布尺寸為幾十納米的晶體，具有優(yōu)異的軟磁和力學綜合性能，已廣泛應用于軟磁鐵心的工業(yè)生產。(二)快淬微晶與超微晶合金第66頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.3永磁材料－基本特點與要求

主要用途：提供永磁場主要種類：鋁鎳鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、鐵鉻鈷系永磁合金、稀土永磁材料和復合粘結永磁材料。主要性能要求：高的磁能積，高的轎頑力，高的居里點，高穩(wěn)定性，好的經濟性。汽車上使用永磁材料的部件第67頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.3永磁材料－基本特點與要求

第68頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏（一）鋁鎳鈷系合金3.3永磁材料－主要永磁材料

成分特點：Fe、Ni、Al等元素為主要成分，并加入Cu、Co和Ti等元素進一步提高合金性能。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、磁場取向合金和定向結晶合金。制備方法：鑄造磁鋼與燒結磁鋼，鑄造鋁鎳鈷合金具有生產工藝簡單和產品性能高等特點。絕大部分鋁鎳鈷合金都采用鑄造法生產。

性能特點：高剩磁與低溫度系數，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。第69頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏（二）

永磁鐵氧體主要種類：鋇鐵氧體(BaO·6Fe2O3)和鍶鐵氧體(SrO·6Fe2O3)。晶體結構均屬六角晶系。制備方法：以Fe2O3、BaCO3和SrCO3為原料，經混合、預燒、球磨、壓制成型、燒結制成。根據成型過程中加磁場與否，燒結鐵氧體材料可制成各向同性磁體和各向異性磁體。各向異性磁體是在壓制成型過程中加上強磁場，使鐵氧體的單疇粒子在磁場下轉動，得到易磁化軸與磁場方向一致的強各向異性磁體。此類材料具有高的磁晶各向異性常數。3.3永磁材料－主要永磁材料

第70頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.3永磁材料－主要永磁材料

燒結鐵氧體產品第71頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏性能特點：Tc：450～460℃，具有高矯頑力和低剩磁，但剩磁和最大磁能積偏低,其剩磁溫度系數是鋁鎳鈷磁體的10倍，不適于制作要求高穩(wěn)定性的精密儀器；在產量極大的家用電器、音響設備、揚聲器、電機、電話機、笛簧接點元件和轉動機械等方面得到普遍應用，是目前產量和產值最高的永磁材料。3.3永磁材料

－主要永磁材料

第72頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.3永磁材料

－主要永磁材料

（三）鐵鉻鈷系合金成分特點：以鐵、鉻（23.5～27.5%）、鈷（11.5～21.0%）為主；加入適量硅、鉬、鈦。此類合金可以通過成分調節(jié)將其低的單軸各向異性常數提高到鋁鎳鈷合金的水平。制備方法：定向凝固+磁場處理(結晶與磁雙重織構)，以及塑性變形與適當熱處理的方法(形變時效)顯著提高合金性能。性能特點：高剩磁Br1.53T，Hc66.5KA/m，(BH)max76kJ/m3。

第73頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.3永磁材料－主要永磁材料

二十世紀八十年代稱為第三代稀土永磁材料。

稀土永磁合金Re-Co永磁稀土Co永磁鐵基稀土永磁型Nd2Fe14B合金為代表的Re-Fe-B系永磁材料1:5型Re-Co磁體SmCo5單相與多相合金第一代稀土永磁；二十世紀六十年代2:17型Re-Co磁體Sm2Co17基合金二十世紀七十年代;第二代稀土永磁第74頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.3永磁材料

－主要永磁材料

性能ReCo5Re2Co17NdFeB型Br(T)0.88-0.921.08-1.121.18-1.25HCB(kA/m)680-720480-544760-920Hci

(kA/m)960-1280496-560800-1040(BH)max(kJ/m3)152-168232-248264-288各類稀土永磁材料的性能比較

第75頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月華南理工大學朱敏3.3永磁材料－主要永磁材料

SmCo5化合物理論磁能積為244.9kJ/m3。采用強磁場取向等靜壓和低氧