第三章(磁性材料)

1、主要内容：主要内容：l软磁材料l硬磁材料l磁记录材料 软磁材料软磁材料磁性材料磁性材料磁记录材料磁记录材料硬磁材料硬磁材料 磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设备、电子仪器、电子计算机等各方面技术要求的金属、合金备、电子仪器、电子计算机等各方面技术要求的金属、合金及铁氧体化合物材料。及铁氧体化合物材料。 磁性材料的基本参量：磁性材料的基本参量： 起始磁导率起始磁导率 i 、最大磁导率、最大磁导率 m、矫顽力、矫顽力H Hc、剩余磁感应强、剩余磁感应强度度B Br、最大磁能积、最大磁能积( (BHBH ) )m m等。等。 磁性材料

2、的类别：磁性材料的类别：第三章磁性材料第一节软磁材料第一节软磁材料 软磁材料是电力和电子工业中的重要磁性材料。软磁材料是电力和电子工业中的重要磁性材料。 一、软磁材料的特性一、软磁材料的特性 矫顽力低矫顽力低 一般为一般为H Hc c 0.8kA/m 0.8kA/m。 易磁化易磁化 在磁场中容易显示磁性，即使磁场强度较小。在磁场中容易显示磁性，即使磁场强度较小。 易退磁易退磁 施加外磁场即显示磁性，去掉外磁场，则获得的磁性便会全部或施加外磁场即显示磁性，去掉外磁场，则获得的磁性便会全部或大部分丧失。大部分丧失。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料软磁材料的软磁材料的磁滞回线磁滞回线

3、BrO-HcHc-BrBHBs-Bs二、软磁材料的基本性能要求二、软磁材料的基本性能要求 贮能高：贮能高：要求单位体积贮存的磁能量高。要求单位体积贮存的磁能量高。 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的B Bs s或或B Br r。 灵敏度高：灵敏度高：要求在弱磁场中对信号有高灵敏性。要求在弱磁场中对信号有高灵敏性。 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的 i i和和 mm。 效率高：效率高：要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗 和涡流损耗。和涡流损耗。 磁性参量的要求：低的磁性参量的要求：低的H Hc c，高的，高的 。 回线矩形比高：回线矩形比高：保证噪

4、音小，信号不失真等。保证噪音小，信号不失真等。 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的B Br r / / B Bs s 比值。比值。 稳定性好：稳定性好：要求磁性不随外界条件变化而改变，要求磁性不随外界条件变化而改变， 其变化率越小则稳定性越好。其变化率越小则稳定性越好。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料三、软磁材料的种类三、软磁材料的种类l 电工用纯铁电工用纯铁 含碳量含碳量w wc c 0.04%0.04%的铁碳合金，纯度在的铁碳合金，纯度在99.5%99.5%以上。以上。 1 1、电工用纯铁的性能、电工用纯铁的性能（1 1）磁性能）磁性能 高的饱和磁感应强度，高的磁导率

5、，低的矫顽力。高的饱和磁感应强度，高的磁导率，低的矫顽力。 i i300300500500 0 0， mm600060001200012000 0 0， H Hc c0.03980.03980.0955kA/m0.0955kA/m，B Bs s=2.16T=2.16T。（2 2）电性能）电性能电阻率很低，铁损很大。电阻率很低，铁损很大。 101010108 8 mm。（3 3）力学性能）力学性能 强度、硬度很低，塑性好。强度、硬度很低，塑性好。 b b27kg/mm27kg/mm2 2，HBHB131131， 25%25%， 60%60%。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料电工用

6、纯铁的磁性电工用纯铁的磁性磁性磁性等级等级牌号牌号Hc /Am-1不大于不大于 m /10-3Hm-1不小于不小于磁感应强度磁感应强度 /T，不小于，不小于B5B10B25B50B100普级普级高级高级特级特级超级超级DT3, DT4, DT5, DT6DT3A, DT4A, DT5A, DT6ADT4E, DT6EDT4C, DT6C967248327.508.7511.3015.001.401.501.621.711.80B B5 5、B B1010、B B2525、B B5050和和B B100100分别表示分别表示H H 为为500500、10001000、25002500、50005

7、000和和10000A/m10000A/m时时的磁感应强度值。的磁感应强度值。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法、影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法（1 1）杂质的影响）杂质的影响杂质种类：杂质种类：C C、N N、O O、H H、S S、P P、MnMn、SiSi、AlAl、CuCu等。等。 其中其中C C的影响最为突出，使的影响最为突出，使MMs s降低，磁滞损耗增加，磁化困难。降低，磁滞损耗增加，磁化困难。改善方法：改善方法：严格控制冶炼与轧制过程，严格控制冶炼与轧制过程，去除气体含量和有害杂质。去除气体含量和有害杂质

8、。（2 2）晶粒大小的影响）晶粒大小的影响 晶粒大，有利于提高磁导率晶粒大，有利于提高磁导率 ，降低矫顽力，降低矫顽力H Hc c。 （3 3）塑性变形（冷加工）的影响）塑性变形（冷加工）的影响 冷加工使矫顽力冷加工使矫顽力H Hc c 增加，磁导率增加，磁导率 下降，使磁性能恶化。下降，使磁性能恶化。3 3、主要用途、主要用途 直流磁场下工作的磁性元件，如电磁铁和继电器的铁芯。直流磁场下工作的磁性元件，如电磁铁和继电器的铁芯。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 电工用硅钢片电工用硅钢片 在纯铁中加入在纯铁中加入1.01.0 4.0%Si4.0%Si的铁碳硅的铁碳硅合金。合金。

9、 Si Si的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗。的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗。 1 1、电工用硅钢片的种类、电工用硅钢片的种类 硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：热轧非织构（无取向）硅钢片热轧非织构（无取向）硅钢片电工用硅钢片电工用硅钢片冷轧非织构（无取向）硅钢片冷轧非织构（无取向）硅钢片冷轧高斯织构（单取向）硅钢片冷轧高斯织构（单取向）硅钢片冷轧立方织构（双取向）硅钢片冷轧立方织构（双取向）硅钢片第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、SiSi对硅钢片性能的影响对硅钢片性能的影响 随随Si Si%的增大：的增大

10、： 磁化越容易磁化越容易 磁导率磁导率 增大增大 矫顽力矫顽力H Hc c 减小减小 电阻率电阻率 增大增大 磁各向异性减小磁各向异性减小 磁致伸缩效应降低磁致伸缩效应降低 脆性增大，加工性能差脆性增大，加工性能差 综合考虑： Si% 4%小提示：小提示：磁致伸缩磁致伸缩是当铁磁体是当铁磁体磁化时，伴有晶格的自磁化时，伴有晶格的自发变形，即沿磁化方向发变形，即沿磁化方向长度伸长或缩短。长度伸长或缩短。磁滞损耗降低磁滞损耗降低涡流损耗降低涡流损耗降低第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 3 3、高斯织构硅钢片、高斯织构硅钢片 结构特点：结构特点： 易磁化方向易磁化方向100100与轧

11、制方向平行与轧制方向平行 难磁化方向难磁化方向111111与轧制方向成与轧制方向成5555 角角 中等磁化方向中等磁化方向110110与轧制方向成与轧制方向成9090 角角 高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿100(100(轧制方向轧制方向) )磁性能最佳。磁性能最佳。 4 4、立方织构硅钢片、立方织构硅钢片 结构特点：结构特点： (100)(100)面与轧制面平行面与轧制面平行 易磁化方向易磁化方向100100、010010分别平行和垂直分别平行和垂直 轧制方向轧制方向 中等磁化方向中等磁化方向110110与轧制方向成与轧制方向成4545 角角 难磁化方向难磁化

12、方向111111偏离磁化平面偏离磁化平面 立方织构硅钢片沿轧向和垂直轧向均具有良好的磁性。立方织构硅钢片沿轧向和垂直轧向均具有良好的磁性。轧制方向轧制方向100111110横向横向55 轧制方向轧制方向10011111045 （100）轧制面轧制面010第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料高斯织构和立方织构硅钢片性能比较高斯织构和立方织构硅钢片性能比较高斯织构高斯织构立方织构立方织构轧制方向轧制方向垂直轧制方向垂直轧制方向轧制方向轧制方向垂直轧制方向垂直轧制方向 m / 0Hc /79.6A/mBr /10-4TBm /10-4TP1.5 /W/kg550000.089500163

13、000.8880000.271750110002.241160000.0712200166000.85650000.0811500160001.0铁损铁损P P 下标代表磁感应强度的下标代表磁感应强度的kTkT数，如数，如P P1.5 1.5 就代表就代表B B1.5kT1.5kT时单位重量的铁损。时单位重量的铁损。 第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料5 5、主要用途、主要用途 电力工业中的铁芯材料电力工业中的铁芯材料 各种电动机、发电机、变压器的铁芯。可采用无取向的硅钢片。各种电动机、发电机、变压器的铁芯。可采用无取向的硅钢片。 电讯工业中的铁芯材料电讯工业中的铁芯材料一般在较

14、高频率的弱磁场中使用。一般在较高频率的弱磁场中使用。 仪器仪表工业中的电磁元件仪器仪表工业中的电磁元件扼流圈、电磁机构、继电器、测量仪表中的电磁元件。扼流圈、电磁机构、继电器、测量仪表中的电磁元件。主要应用：主要应用： 电动机、发电机、变压器的铁芯。电动机、发电机、变压器的铁芯。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 铁镍合金（坡莫合金，铁镍合金（坡莫合金，PermalloyPermalloy ) 含镍含镍3030 90%90%的铁镍的铁镍合金。合金。 合金牌号的表示方法方法： 1 J 举例：1 J 79 1 1、铁镍合金的特点、铁镍合金的特点 在中、弱磁场下具有高的在中、弱磁场下

15、具有高的 、低的、低的B Bs s 、很低的、很低的H Hc c 和低的损耗。和低的损耗。 随随NiNi含量的升高，磁导率含量的升高，磁导率( ( ) )增大。增大。 磁滞磁滞回线的矩形比回线的矩形比( (B Br r/ /B Bs s) )高。高。 塑性和加工性能良好。塑性和加工性能良好。 工艺参数变动对磁性能影响较大，产品性能不够稳定。工艺参数变动对磁性能影响较大，产品性能不够稳定。软磁软磁合金代号的序号，表示合金中的镍含量合金代号的序号，表示合金中的镍含量第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、铁镍合金的种类及应用、铁镍合金的种类及应用（1 1）1J501J50类类特点

16、：特点：含镍量含镍量363650%50%。具有较低的磁导率、较高的饱和磁感应强。具有较低的磁导率、较高的饱和磁感应强度、较大的矫顽力。热处理时适当提高温度，延长时间，可降低矫顽度、较大的矫顽力。热处理时适当提高温度，延长时间，可降低矫顽力，提高磁导率。力，提高磁导率。 牌号：牌号：1J461J46、1J501J50、1J541J54应用：应用：中等强度磁场下工作的磁性器件，如中小功率变压器、微电中等强度磁场下工作的磁性器件，如中小功率变压器、微电机、继电器、扼流圈的铁芯、屏蔽罩、话筒振动片等。机、继电器、扼流圈的铁芯、屏蔽罩、话筒振动片等。（2 2）1J511J51类类特点：特点：含镍含镍34

17、3450%50%。磁滞回线矩形比高，在中等磁场下有较高的。磁滞回线矩形比高，在中等磁场下有较高的磁导率和饱和磁感应强度。经过纵向磁场热处理可使材料沿磁路方向磁导率和饱和磁感应强度。经过纵向磁场热处理可使材料沿磁路方向的最大磁导率的最大磁导率 m m及矩形比及矩形比B Br r/ /B Bs s增加，矫顽力降低。增加，矫顽力降低。牌号：牌号：1J511J51、1J521J52、1J341J34应用：应用：中小功率磁放大器、磁调制器、脉冲变压器，计算机元件。中小功率磁放大器、磁调制器、脉冲变压器，计算机元件。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料（3 3）1J651J65类类特点：特点：

18、含镍量含镍量65%65%。具有高的最大磁导率、低的矫顽力、磁滞回。具有高的最大磁导率、低的矫顽力、磁滞回线矩形比高线矩形比高( (B Br r/ /B Bs s达达0.98)0.98)。经纵向磁场热处理可以改善磁性能。经纵向磁场热处理可以改善磁性能。牌号：牌号：1J651J65、1J671J67应用：应用：中等功率磁放大器、扼流圈、继电器的铁芯等。中等功率磁放大器、扼流圈、继电器的铁芯等。（4 4）1J791J79类类特点：特点：含含79%Ni79%Ni、4%Mo4%Mo及少量及少量MnMn。在弱磁场下具有极高的最大磁导。在弱磁场下具有极高的最大磁导率，低的饱和磁感应强度。率，低的饱和磁感应强

19、度。牌号：牌号：1J761J76、1J791J79、1J801J80、1J831J83应用：应用：弱磁场下的高灵敏度小型功率变压器、小功率磁放大器、继弱磁场下的高灵敏度小型功率变压器、小功率磁放大器、继电器的铁芯，录音磁头和磁屏蔽等。电器的铁芯，录音磁头和磁屏蔽等。（5 5）1J851J85类类特点：特点：含镍含镍797981%81%。具有最高的起始磁导率、很高的最大磁导率、。具有最高的起始磁导率、很高的最大磁导率、极低的矫顽力。对微弱信号反应极灵敏。极低的矫顽力。对微弱信号反应极灵敏。牌号：牌号：1J851J85、1J861J86、1J871J87应用：应用：弱磁场下的扼流圈、音频变压器、高

20、精度电桥变压器、互感弱磁场下的扼流圈、音频变压器、高精度电桥变压器、互感器、录音机磁头的铁芯等。器、录音机磁头的铁芯等。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料铁镍合金的类别、特性及主要用途铁镍合金的类别、特性及主要用途类别类别典型牌号典型牌号特性特性主要用途主要用途高矩形系数高矩形系数1J511J521J53矫形系数高，矫形系数高，Bs较高，较高， m较高较高中、小功率的脉冲变压中、小功率的脉冲变压器和记忆元件器和记忆元件高磁感应强度高磁感应强度1J501J461J54非取向材料，具有较高的非取向材料，具有较高的Bs和和Hc值值中、小功率变压器，扼中、小功率变压器，扼流圈，继电器以及

21、控制流圈，继电器以及控制微电机铁芯微电机铁芯高磁导率高磁导率1J791J801J831J76较高的较高的 i和和 m值值，较低的较低的Bs和和Hc值值弱磁场下的各类小功率弱磁场下的各类小功率变压器，继电器，扼流变压器，继电器，扼流圈的铁芯，磁头和磁屏圈的铁芯，磁头和磁屏蔽等蔽等高直流磁导率高直流磁导率1J651J67具有最高的直流磁导率和具有最高的直流磁导率和矫形磁滞回线矫形磁滞回线扼流圈和计算机元件，扼流圈和计算机元件，因电阻率低，不宜用于因电阻率低，不宜用于高频高频高起始磁导率高起始磁导率1J851J861J77很高的很高的 i和和 m，极低的，极低的Hc和和损耗损耗扼流圈，音频变压器的扼

22、流圈，音频变压器的铁芯，磁头等铁芯，磁头等第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 铁铝合金铁铝合金 以铁和铝（约以铁和铝（约6 616%16%）为主要元素组成的软磁合金。）为主要元素组成的软磁合金。1 1、铁铝合金的特点、铁铝合金的特点 电阻率较高，因此高频磁特性较好。电阻率较高，因此高频磁特性较好。 例如例如1J161J16的电阻率是目前所有软磁金属材料中最高的一种，达到的电阻率是目前所有软磁金属材料中最高的一种，达到150150cmcm，为，为1J791J79铁镍合金的铁镍合金的2 23 3倍。倍。 硬度、强度和耐磨性较高。硬度、强度和耐磨性较高。 例如例如1J161J16的硬

23、度和耐磨性比的硬度和耐磨性比1J791J79合金高，适用于磁头等磁性器件。合金高，适用于磁头等磁性器件。 密度较低。密度较低。 可以减轻磁性元件的铁芯质量。可以减轻磁性元件的铁芯质量。 对应力敏感性小。对应力敏感性小。 适于在冲击、振动等环境下工作。适于在冲击、振动等环境下工作。 合金的时效性良好。合金的时效性良好。 随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、铁铝合金的主要应用、铁铝合金的主要应用铁和铝资源丰富、价格低廉，铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似，铁和铝资源丰富、价格低

24、廉，铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似，同时还具有一些独特的优点，因此是铁镍合金的一种替代材料，适用于同时还具有一些独特的优点，因此是铁镍合金的一种替代材料，适用于电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途牌号牌号铝含量铝含量 /%特点特点主要用途主要用途1J65.56.0在铁铝合金中在铁铝合金中Bs最高，磁性能不最高，磁性能不如硅钢片，但有较好的耐蚀性如硅钢片，但有较好的耐蚀性微电机的铁芯等微电机的铁芯等1J1211.612.4 和和Bs值介于值介于1J6和和1J16之间，与之间，与1J

25、50属同类型合金，具有高电阻属同类型合金，具有高电阻率、抗应力、耐辐射等特性率、抗应力、耐辐射等特性控制微电机、中功率音频控制微电机、中功率音频变压器，脉冲变压器，继变压器，脉冲变压器，继电器等铁芯电器等铁芯1J1312.814.0与纯镍相比，与纯镍相比，Bs高，高，Hc小，但抗小，但抗蚀性稍差蚀性稍差水声器件和超声器件水声器件和超声器件1J1615.516.3在铁铝合金中，在铁铝合金中， 最大，最大，Hc最小，最小，但但Bs值不高值不高弱磁场下工作的小功率变弱磁场下工作的小功率变压器，互感器，磁屏蔽压器，互感器，磁屏蔽第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 铁钴合金铁钴合金 牌号

26、为牌号为1J221J22的铁钴合金（含钴的铁钴合金（含钴50%50%，含钒，含钒1.41.41.8%1.8%，余为铁），又，余为铁），又称为坡明德（称为坡明德（PremendurPremendur）合金。）合金。 1J221J22铁钴合金的特点及用途铁钴合金的特点及用途 饱和磁感应强度最高，超过目前任何已知的软磁材料。饱和磁感应强度最高，超过目前任何已知的软磁材料。 适合制做重量轻、体积小的空间技术器件适合制做重量轻、体积小的空间技术器件( (如微电机、电磁铁、继如微电机、电磁铁、继电器等电器等) )。 很高的居里温度（很高的居里温度（980980 C C）。 在其他软磁材料已完全热退磁的温度

27、下，仍能保持良好的磁稳定在其他软磁材料已完全热退磁的温度下，仍能保持良好的磁稳定性，适于高温环境工作。性，适于高温环境工作。 很高的饱和磁致伸缩系数。很高的饱和磁致伸缩系数。 1J221J22制造的磁致伸缩换能器能够输出高的能量。制造的磁致伸缩换能器能够输出高的能量。 电阻率电阻率(0.4(0.4m m ) )低，加工性差，容易氧化，价格昂贵。低，加工性差，容易氧化，价格昂贵。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 软磁铁氧体软磁铁氧体铁氧体是将铁的氧化物铁氧体是将铁的氧化物( (如如FeFe2 2O O3 3) )与其他某些金属氧化物用特殊工艺与其他某些金属氧化物用特殊工艺制成的

28、复合氧化物，呈亚铁磁性。制成的复合氧化物，呈亚铁磁性。 最典型的软磁铁氧体：最典型的软磁铁氧体：以三价铁为基本组成的复合氧化物系列。以三价铁为基本组成的复合氧化物系列。举例：举例：MFeMFe2 2O O4 4、M M3 3FeFe2 2O O5 5、MFeOMFeO3 3、MFeMFe1212O O1919( (分子式中分子式中M M为某些金属离子为某些金属离子) ) 1 1、软磁铁氧体的特点、软磁铁氧体的特点（与金属软磁材料相比）（与金属软磁材料相比） 磁导率与磁化率之比很大，电阻率高（达磁导率与磁化率之比很大，电阻率高（达10102 210101212 m m） 涡流损耗小，介质损耗小。

29、涡流损耗小，介质损耗小。 起始磁导率和磁感应强度较低。起始磁导率和磁感应强度较低。 饱和磁感应强度只有纯铁的饱和磁感应强度只有纯铁的1/51/51/31/3，单位体积储能较低。，单位体积储能较低。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、常用软磁铁氧体材料及应用、常用软磁铁氧体材料及应用（1 1）锰锌铁氧体（）锰锌铁氧体（MnOZnOFeMnOZnOFe2 2O O3 3） 特点：特点：尖晶石型结构，晶粒粗大，结构紧密，常呈黑色。尖晶石型结构，晶粒粗大，结构紧密，常呈黑色。 i值较大值较大。 随随ZnZn2+2+含量增加，含量增加，M Ms s增大，增大，K K1 1、 s s

30、值减小，居里温度（值减小，居里温度（T Tc c）下降。）下降。 增加增加FeFe2 2O O3 3含量，使含量，使B Bs s值增大，值增大，T Tc c升高。升高。 应用：应用：制作制作1MHz1MHz以下的磁性元件，如滤波器、中频变压器、偏转线圈、以下的磁性元件，如滤波器、中频变压器、偏转线圈、中波磁性天线等的磁芯。中波磁性天线等的磁芯。 （2 2）镍锌铁氧体（）镍锌铁氧体（NiOZnOFeNiOZnOFe2 2O O3 3） 特点：特点：晶粒细小，常呈棕色。价格高。晶粒细小，常呈棕色。价格高。 i值较低，低频下损耗大；值较低，低频下损耗大； m m值较大，高频时损耗小，为优良的高频值较

31、大，高频时损耗小，为优良的高频软磁铁氧体材料。软磁铁氧体材料。 应用：应用：调频器磁芯，高、中频电感线圈、滤波线圈，脉冲变压器、磁调频器磁芯，高、中频电感线圈、滤波线圈，脉冲变压器、磁放大器、高频天线中的磁芯。放大器、高频天线中的磁芯。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料（3 3）镁锌铁氧体）镁锌铁氧体 特点：特点：饱和磁矩低，高频特性不如镍锌铁氧体，低频特性不如锰锌铁饱和磁矩低，高频特性不如镍锌铁氧体，低频特性不如锰锌铁氧体。但原料中不有贵重金属，价格便宜，工艺制造简单。氧体。但原料中不有贵重金属，价格便宜，工艺制造简单。 应用：应用：适用于适用于25MHz25MHz以下的范围内

32、使用的高频磁性器件。以下的范围内使用的高频磁性器件。（4 4）锂锌铁氧体）锂锌铁氧体 特点：特点：损耗较大，居里温度高，磁导率较高，价格便宜。但锂在高温损耗较大，居里温度高，磁导率较高，价格便宜。但锂在高温下挥发严重，因此工艺稳定性差。下挥发严重，因此工艺稳定性差。 应用：应用：适用于适用于1010100 MHz100 MHz高频范围内的磁性器件。高频范围内的磁性器件。（5 5）甚高频软磁铁氧体）甚高频软磁铁氧体 特点：特点：具有较大的单轴各向异性和较高的自振频率，磁特性比镍锌铁具有较大的单轴各向异性和较高的自振频率，磁特性比镍锌铁氧体好。一般化学式为氧体好。一般化学式为nMOMOmBaOBa

33、OpFeFe2 2O O3 3( (其中其中M M代表代表CoCo2+2+、NiNi2+2+、MgMg2+2+、ZnZn2+2+、CuCu2+2+等离子等离子) )。 应用：应用：适用于适用于1001002000 MHz2000 MHz范围的超高频和甚高频下工作的器件。范围的超高频和甚高频下工作的器件。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 非晶态软磁合金非晶态软磁合金非晶态软磁合金的矫顽力和饱和磁化强度与铁镍合金基本相同，而非晶态软磁合金的矫顽力和饱和磁化强度与铁镍合金基本相同，而比电阻高，交流损耗很小，制造工艺简单，成本较低，同时具有高强度，比电阻高，交流损耗很小，制造工艺简单

34、，成本较低，同时具有高强度，耐腐蚀等优点。耐腐蚀等优点。1 1、非晶态软磁合金的成分特点及主要种类、非晶态软磁合金的成分特点及主要种类（1 1）铁基非晶态软磁合金）铁基非晶态软磁合金 B Bs s较高，损耗值较取向硅钢片低很多较高，损耗值较取向硅钢片低很多，适用于功率变压器等。，适用于功率变压器等。 用于变压器铁芯，有望获得可观的节电效益，但由于目前制造成本高，用于变压器铁芯，有望获得可观的节电效益，但由于目前制造成本高，使用上受到限制。使用上受到限制。（2 2）钴基非晶态软磁合金）钴基非晶态软磁合金 B Bs s较低，较低， i 很高，很高，H Hc c很小，交流损耗低。适用于传递小功率能量

35、及传很小，交流损耗低。适用于传递小功率能量及传递电压信号的磁性元件。递电压信号的磁性元件。 具有零磁致伸缩特性，适合于制做磁头。具有零磁致伸缩特性，适合于制做磁头。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料（3 3）铁镍基非晶态软磁合金）铁镍基非晶态软磁合金 B Bs s和和 i 介于铁基和钴基非晶态合金之间，可用于传递中等功率及中等介于铁基和钴基非晶态合金之间，可用于传递中等功率及中等强度电压信号的变压器中。强度电压信号的变压器中。 2 2、非晶态软磁合金的应用、非晶态软磁合金的应用 高磁感合金用作功率器件高磁感合金用作功率器件 电子工业中的配电变压器、高频开关电源等。电子工业中的配电

36、变压器、高频开关电源等。 零磁致伸缩高磁导合金用作信息敏感器件或小功率器件。零磁致伸缩高磁导合金用作信息敏感器件或小功率器件。 无线电工业和仪器仪表工业中的磁头、磁屏蔽和漏电保护器等。无线电工业和仪器仪表工业中的磁头、磁屏蔽和漏电保护器等。 高梯度磁分离技术中的磁介质，磁弹簧和磁弹传感器，微电机、高梯度磁分离技术中的磁介质，磁弹簧和磁弹传感器，微电机、磁放大器、磁调制器、脉冲变压器铁芯，超声延迟线等。磁放大器、磁调制器、脉冲变压器铁芯，超声延迟线等。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料HBBr-HcO硬磁材料的退磁曲线硬磁材料的退磁曲线第二节硬磁材料第二节硬磁材料 硬磁材料是在磁场

37、中被磁化后能够显示磁性，磁场撤除之后仍然保持硬磁材料是在磁场中被磁化后能够显示磁性，磁场撤除之后仍然保持较强磁性的一类铁磁物质，又称永磁材料、恒磁材料。较强磁性的一类铁磁物质，又称永磁材料、恒磁材料。一、硬磁材料的基本性能要求一、硬磁材料的基本性能要求 最大磁能积最大磁能积( (BHBH ) )m m大大 可在给定的空间产生足够大的磁场可在给定的空间产生足够大的磁场H。 决定决定( (BHBH ) )m m大小的两个因素：大小的两个因素： H Hc c和和B Br r： H Hc c和和B Br r越大，越大， ( (BH BH ) )mm则越大。则越大。 退磁曲线的形状：退磁曲线的凸起越显退

38、磁曲线的形状：退磁曲线的凸起越显 著，著， ( (BH BH ) )mm则越大。则越大。 磁稳定性好磁稳定性好 要求磁铁产生的磁场不随时间、应力、温要求磁铁产生的磁场不随时间、应力、温度、振动、辐射及电磁场的变化而变化，或度、振动、辐射及电磁场的变化而变化，或变化很小。变化很小。 第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料二、硬磁材料的种类及应用二、硬磁材料的种类及应用 l 铝镍钴永磁合金铝镍钴永磁合金1 1、铝镍钴永磁合金的成分和性能特点、铝镍钴永磁合金的成分和性能特点 主成分主成分FeFe、NiNi、AlAl，辅成分，辅成分CoCo、CuCu、TiTi FeFe、NiNi、AlAl构

39、成合金主体，构成合金主体，CoCo、CuCu、TiTi进一步提升合金性能。进一步提升合金性能。 高的磁能积，高的剩磁，较高的矫顽力高的磁能积，高的剩磁，较高的矫顽力 ( (BH BH ) )mm 404070kJ/m70kJ/m3 3；B Br r0.70.71.35T1.35T；H Hc c404060kA/m60kA/m。 硬而脆，难于加工硬而脆，难于加工 成型方法：铸造、粉末烧结。成型方法：铸造、粉末烧结。 2 2、铝镍钴永磁合金的主要合金系列、铝镍钴永磁合金的主要合金系列铝镍型、铝镍钴型、铝镍钴钛型等三个系列。铝镍型、铝镍钴型、铝镍钴钛型等三个系列。 典型牌号：典型牌号：AlNiCoA

40、lNiCo5 5 3 3、铝镍钴永磁合金的主要应用、铝镍钴永磁合金的主要应用电机器件：发电机、电动机、继电器等中的磁体。电机器件：发电机、电动机、继电器等中的磁体。电子器件：扬声器、电话机等中的磁体。电子器件：扬声器、电话机等中的磁体。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料l 稀土永磁材料稀土永磁材料稀土永磁材料的主要成分是由稀土元素与稀土永磁材料的主要成分是由稀土元素与FeFe、CoCo、CuCu、ZnZn等过渡金等过渡金属或属或B B、C C、N N等非金属元素组成的金属间化合物。等非金属元素组成的金属间化合物。 稀土永磁材料的发展：稀土永磁材料的发展：自自2020世纪世纪606

41、0年代起至今，稀土永磁材料历经四个阶段的发展，前三年代起至今，稀土永磁材料历经四个阶段的发展，前三个时期研究和开发的材料已得到广泛应用，当前研究处于第四阶段。个时期研究和开发的材料已得到广泛应用，当前研究处于第四阶段。第一代材料：第一代材料：RCoRCo5 5型：型：金属化合物的组成为金属化合物的组成为1:51:5 典型材料：典型材料：SmCoSmCo5 5，(Sm(Sm, Pr) Co, Pr) Co5 5第二代材料：第二代材料：R R2 2CoCo1717型：型：金属化合物的组成为金属化合物的组成为2:172:17 典型材料：典型材料：SmSm2 2CoCo1717，SmSm2 2(Co,

42、Cu,Fe,Zr)(Co,Cu,Fe,Zr)1717第三代材料：第三代材料：NdNd-Fe-B-Fe-B系系 典型材料：典型材料：NdNd2 2FeFe1414B B第四代材料：第四代材料：R-Fe-NR-Fe-N系、系、R-Fe-CR-Fe-C系系 典型材料：典型材料：SmSm2 2FeFe1717NN3 3第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料 1 1、稀土钴系永磁合金、稀土钴系永磁合金（1 1）RCoRCo5 5型合金型合金合金种类：合金种类：SmCoSmCo5 5、PrCoPrCo5 5、(SmPr)Co(SmPr)Co5 5。 典型牌号：典型牌号：SmCoSmCo5 5。C

43、aCuCaCu5 5型六方结构。型六方结构。磁性能特点：磁性能特点：适中的饱和磁化强度（适中的饱和磁化强度（M Ms s0.97T0.97T），），极高的磁晶各向异性（极高的磁晶各向异性（K K1 117.2MJ/m17.2MJ/m3 3）。）。其他磁性参量（经高场取向和等静压处理）：其他磁性参量（经高场取向和等静压处理）：B Br r1.01.01.07T1.07T，( (BH BH ) )maxmax1.991.992.332.3310103 3kJ/mkJ/m3 3，B BH Hc c0.780.780.850.8510106 6A/mA/m（B B0 0，即矫顽力），即矫顽力），M M

44、H Hc c1.271.271.591.5910106 6A/mA/m（M M0 0，内禀矫顽力、本质矫顽力）。，内禀矫顽力、本质矫顽力）。缺点：缺点：SmSm、PrPr、CoCo昂贵，导致合金高的价格。昂贵，导致合金高的价格。改进措施：改进措施：元素取代。以廉价的混合稀土（元素取代。以廉价的混合稀土（MmMm）全部或部分取代）全部或部分取代SmSm、 PrPr；以；以FeFe、CrCr、MnMn、CuCu等部分取代等部分取代CoCo。 例如：例如：MmCoMmCo5 5、(CeSm)(Cu,Fe,Co)(CeSm)(Cu,Fe,Co)5 5、SmSm0.50.5MmMm0.50.5CoCo5

45、 5。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料（2 2）R R2 2TMTM1717型合金型合金 典型牌号：典型牌号：SmSm2 2CoCo1717。六方结构。六方结构。 磁性能特点：磁性能特点：较高的饱和磁化强度较高的饱和磁化强度 ( (M Ms s1.20T)1.20T)，较低的磁晶各向异性较低的磁晶各向异性 ( (K K1 13.3MJ/m3.3MJ/m3 3) )，较低的矫顽力较低的矫顽力H Hc c，剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r和饱和磁感应强度和饱和磁感应强度B Bs s高于高于RCoRCo5 5型合金。型合金。 改性措施：改性措施：元素取代。元素取代。 例如：例如：

46、SmSm2 2(Co,Cu,Fe,Zn)(Co,Cu,Fe,Zn)1717，磁性能优于，磁性能优于RCoRCo5 5型合金，可部分替代型合金，可部分替代 RCoRCo5 5型合金。型合金。 （3 3）稀土钴系永磁合金应用）稀土钴系永磁合金应用稀土钴永磁合金是目前磁能积和矫顽力最高的硬磁材料。稀土钴永磁合金是目前磁能积和矫顽力最高的硬磁材料。适用于电子钟表、微型继电器、微型直流马达和发电机、助听器、适用于电子钟表、微型继电器、微型直流马达和发电机、助听器、行波管、质子直线加速器等装置中的硬磁器件。行波管、质子直线加速器等装置中的硬磁器件。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料 2 2、

47、稀土铁系永磁合金、稀土铁系永磁合金（1 1）NdNd-Fe-B-Fe-B系合金系合金优点：优点： 不含不含SmSm、CoCo等贵重元素，价格低。等贵重元素，价格低。 磁性能优异。磁性能优异。( (BHBH ) )maxmax400kJ/m400kJ/m3 3，B Br r1.48T1.48T。 加工性能较好。加工性能较好。 密度小。密度小。较稀土钴低较稀土钴低13%13%，有利于实现磁性元件轻量化、薄型化。，有利于实现磁性元件轻量化、薄型化。 缺点：缺点： 耐腐蚀性差。耐腐蚀性差。 居里温度低。居里温度低。T Tc c312312 C C，而，而RCoRCo5 5型合金的居里温度高达型合金的居

48、里温度高达724724 C C。 磁感应强度温度系数大。磁感应强度温度系数大。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料 改性措施：改性措施： 加入一定量的镍，或镀保护层，可提高耐腐蚀性。加入一定量的镍，或镀保护层，可提高耐腐蚀性。 以以CoCo和和AlAl取代部分取代部分FeFe，或用少量重稀土部分取代，或用少量重稀土部分取代NdNd，可明显降低，可明显降低 合金的磁性温度系数，提高居里温度。合金的磁性温度系数，提高居里温度。 例如：例如：NdNd1515FeFe62.562.5B B5.55.5AlAl的居里温度可达的居里温度可达500500 C C。 在在DyDy、CoCo的共同作

49、用下，加入的共同作用下，加入AlAl、NbNb、GaGa可以提高合金的内禀矫可以提高合金的内禀矫 顽力；加入顽力；加入MoMo可以提高矫顽力，改善合金的温度稳定性。可以提高矫顽力，改善合金的温度稳定性。 应用：应用： 汽车电动机、微特电机、自动化装置、磁盘驱动器、汽车电动机、微特电机、自动化装置、磁盘驱动器、MP3MP3播放器、播放器、 家用电器等的硬磁元件。家用电器等的硬磁元件。 电声器件中的传声器、高频扬声器和立体声耳机的磁铁。电声器件中的传声器、高频扬声器和立体声耳机的磁铁。 用于磁流体密封器、磁水器、测量仪器、磁力器、磁传感器。用于磁流体密封器、磁水器、测量仪器、磁力器、磁传感器。 核

50、磁共振成像仪中的磁体。核磁共振成像仪中的磁体。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料 （2 2）Sm-Fe-NSm-Fe-N系合金系合金 Sm-Fe-NSm-Fe-N系合金是第四代系合金是第四代R-Fe-NR-Fe-N系和系和R-Fe-CR-Fe-C系稀土永磁合金的典型代系稀土永磁合金的典型代表，综合磁性能优良，发展前途光明。表，综合磁性能优良，发展前途光明。 特点：特点：磁性能略低于磁性能略低于NdNd-Fe-B-Fe-B，但居里温度较高。，但居里温度较高。 因因SmSm-Fe-N-Fe-N系列化合物系列化合物600600 C C以上发生不可逆分解，故只能用以上发生不可逆分解，故只

51、能用 粘接法制备，应用受到限制。粘接法制备，应用受到限制。 应用：应用：尚未商品化。尚未商品化。 改进措施：改进措施： 调整化学成分调整化学成分 因因SmSm元素稀缺，价格昂贵，可考虑通过添加价格低、储量丰富元素稀缺，价格昂贵，可考虑通过添加价格低、储量丰富的稀土元素，如的稀土元素，如NdNd、CeCe、Y Y等来部分取代等来部分取代SmSm。 探索新的制备方法或改进现有制备方法。探索新的制备方法或改进现有制备方法。 制备方法对磁性能的影响很大。制备方法对磁性能的影响很大。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料l 可加工的永磁合金可加工的永磁合金 淬火态具有良好的塑性变形能力，可加工

52、成各种片材、棒材、丝材、淬火态具有良好的塑性变形能力，可加工成各种片材、棒材、丝材、管材等；管材等；淬火塑性变形和时效（回火）硬化可使合金获得矫顽力。淬火塑性变形和时效（回火）硬化可使合金获得矫顽力。1 1、 铁基合金铁基合金主要种类：主要种类：Fe-Co-MoFe-Co-Mo系、系、Fe-Co-WFe-Co-W系。系。 硬磁性能的获得：硬磁性能的获得： -Fe-Fe基体弥散析出金属化合物基体弥散析出金属化合物FeFem mX Xn n（硬磁相）。（硬磁相）。 应用：应用：磁滞马达、形状复杂的小型磁铁、电话接收机磁体。磁滞马达、形状复杂的小型磁铁、电话接收机磁体。2 2、 / / 相变型铁基合

53、金相变型铁基合金主要种类：主要种类：Fe-MnFe-Mn-Ti-Ti系、系、Fe-Co-VFe-Co-V系。系。 硬磁性能的获得：硬磁性能的获得：利用利用 相变获得高矫顽力。相变获得高矫顽力。 应用：应用：Fe-MnFe-Mn-Ti-Ti用于指南针、仪表零件；用于指南针、仪表零件；Fe-Co-VFe-Co-V用于微型电机和录音机磁性零件。用于微型电机和录音机磁性零件。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料 3 3、CuCu基合金基合金主要种类：主要种类：Cu-Ni-FeCu-Ni-Fe系，典型成分：系，典型成分：60%Cu-20%Ni-Fe60%Cu-20%Ni-Fe。 Cu-Ni-

54、CoCu-Ni-Co系，典型成分：系，典型成分：50%Cu-20%Ni-2.5%Co-Fe50%Cu-20%Ni-2.5%Co-Fe。 硬磁性能的获得：硬磁性能的获得：热处理和冷加工。热处理和冷加工。 应用：应用：测速计和转速计中的磁性元件。测速计和转速计中的磁性元件。4 4、Fe-Co-CrFe-Co-Cr永磁合金永磁合金主要成份：主要成份：272728%Cr28%Cr，232326%Co26%Co，余为，余为FeFe。性能特点：性能特点：冷热塑性变形性能良好；冷热塑性变形性能良好；磁性能已经达到磁性能已经达到AlNiCoAlNiCo5 5合金的水平；合金的水平；B Br r1.01.01.

55、3T1.3T，H Hc c484880kA/m80kA/m，( (BHBH ) )maxmax323256kJ/m56kJ/m3 3。原材料成本比原材料成本比AlNiCoAlNiCo5 5低低202030%30%；目前已部分取代目前已部分取代AlNiCoAlNiCo系永磁合金及其他延性永磁合金。系永磁合金及其他延性永磁合金。硬磁性能对热处理等较为敏感，难以获得最佳的硬磁性能。硬磁性能对热处理等较为敏感，难以获得最佳的硬磁性能。应用：应用：电话器、转速表、扬声器、陀螺仪中的磁性零件。电话器、转速表、扬声器、陀螺仪中的磁性零件。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料l 硬磁铁氧体硬磁铁氧

56、体 硬磁铁氧体呈亚铁磁性，属六方结构，磁各向异性高，制造容易、抗硬磁铁氧体呈亚铁磁性，属六方结构，磁各向异性高，制造容易、抗老化能力强，性能稳定。老化能力强，性能稳定。 1 1、硬磁铁氧体的种类、硬磁铁氧体的种类 一般形式：一般形式：MOMO6Fe6Fe2 2O O3 3。 典型材料：典型材料：钡铁氧体钡铁氧体(BaO(BaO6Fe6Fe2 2O O3 3) )、锶铁氧体、锶铁氧体(SrO(SrO6Fe6Fe2 2O O3 3) ) 制备方法：制备方法：以以FeFe2 2O O3 3、BaCOBaCO3 3和和SrCOSrCO3 3为原料，经混合、预烧、球磨、压为原料，经混合、预烧、球磨、压

57、制成型、烧结而制成。制成型、烧结而制成。 性能特点：性能特点：B Bs s较低（与金属硬磁材料相比），较低（与金属硬磁材料相比），H Hc c高，高，T Tc c低，低， 高高。2 2、硬磁铁氧体的主要应用：、硬磁铁氧体的主要应用： 取代铝镍钴永磁合金制造电机器件（如发电机、电动机、继电器）取代铝镍钴永磁合金制造电机器件（如发电机、电动机、继电器）和电子器件（如扬声器、电话机）。和电子器件（如扬声器、电话机）。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料磁记录的典型应用：磁记录的典型应用：u录音技术中的应用录音技术中的应用 最早应用的领域。现在，录音技术正在向数字式方向发展，以进最早应用的

58、领域。现在，录音技术正在向数字式方向发展，以进一步提高信噪比和其他性能。一步提高信噪比和其他性能。u计算机技术中的应用计算机技术中的应用 磁盘存储器和磁带存储器容量大、成本低。磁盘存储器和磁带存储器容量大、成本低。u录像技术中的应用录像技术中的应用 录像磁带可以快速显示、剪接加工与编辑，且可以重复使用。录像磁带可以快速显示、剪接加工与编辑，且可以重复使用。u科学研究中的应用科学研究中的应用 多速模拟记录装置可以将记录下来的信号放大或缩小，从而使数多速模拟记录装置可以将记录下来的信号放大或缩小，从而使数据处理更为方便灵活。据处理更为方便灵活。u日常生活中的应用日常生活中的应用 磁性卡片可用于存取

59、款、图书保存以及乘坐交通工具的票证等。磁性卡片可用于存取款、图书保存以及乘坐交通工具的票证等。 第三节磁记录材料第三节磁记录材料 第三章 磁性材料3.3 3.3 磁记录材料磁记录材料磁记录材料的发展：磁记录材料的发展：磁记录技术有磁记录技术有100100多年的历史。多年的历史。18981898年，丹麦人浦尔生（年，丹麦人浦尔生（PolsenPolsen）发明了世界上第一台录音电话）发明了世界上第一台录音电话机。机。这台录音机是在圆柱上缠绕一根钢丝，钢丝在一个头的两极片之间这台录音机是在圆柱上缠绕一根钢丝，钢丝在一个头的两极片之间移动。使用这个头记录，也用来放音，它能够从传声器（话筒）记录移动。

60、使用这个头记录，也用来放音，它能够从传声器（话筒）记录电流并使所录的信息用耳机收听。电流并使所录的信息用耳机收听。19001900年，巴黎博览会上展出了浦尔生的录音电话机。年，巴黎博览会上展出了浦尔生的录音电话机。19411941年，粉末涂覆磁带记录技术问世，磁记录技术得到了空前的发年，粉末涂覆磁带记录技术问世，磁记录技术得到了空前的发展。展。2020世纪世纪7070年代以来，开拓出许多新型磁记录材料及磁头材料，使磁年代以来，开拓出许多新型磁记录材料及磁头材料，使磁记录技术得到了更大的发展。记录技术得到了更大的发展。第三章 磁性材料3.3 3.3 磁记录材料磁记录材料一、磁记录技术与原理一、磁