材料的物理化学电

1、.功能材料功能材料及其应用及其应用功能材料及其应用.第1章 金属功能材料.1.1 高温合金1.2 阻尼合金1.3 弹性合金1.4 膨胀合金1.5 贮氢合金1.6 非晶合金1.7 磁性材料.171 固体的磁性1. 磁性的微观本质-原子磁性 原子的磁矩由三部分组成： 电子的轨道磁矩；电子的自旋磁矩；原子核的磁矩。.原子核的磁矩很小，约为电子磁矩的，一般可以忽略，电子轨道磁矩为：式中 e 是电子电荷，h 是普朗克常数，m 是电子静止质量，c 是光速，l 是以 h/2 为单位的轨道角动量。B = 0.92710-22 J/T，称为玻尔磁子。.电子的自旋磁矩为： 式中 s 是以 h/2 为单位的电子自旋

2、角动量。 总电子磁矩为 + B。当原子中某一电子壳层排满时，该壳层的电子磁矩矢量和等于零。壳层未满时电子磁矩的总和不等于零，原子对外就显示磁性，这就是物质磁性的本质。.2. 磁性的宏观特性 (1) 磁化强度和磁极化强度 定义为单位体积内的磁矩为磁化强度, 式中 V 是宏观体积元，Pm 是该体积元内的环电流磁矩的矢量和。. 把磁分子看做磁偶极子，无外场时，偶极子牌无序状态，材料不显示磁性。在外场下，由于磁偶极子有序排列，出现极化，定义磁极化强度为单位体积内磁偶极矩矢量和. 按电流环与磁偶极子等效应原理，一个磁矩为Pm的电流环，可以看成偶极矩为 jm = 0Pm的磁偶极子。故J = 0M, 0 =

3、 410-7 H/m，称真空磁导率。. (2) 磁化率和磁导率 磁化强度 M 是外磁场 H 和温度的函数，如材料各向异性，当 M/H 时，可表示为 M = h 称为磁化率，其大小表示材料磁化的难易程度，抗磁体的 为负值的10-6，顺磁性体为正的10-310-6,铁磁体的磁化率很大，在10105。.不同材料的磁化曲线，如图1-47。. 工程上不用磁化率，而用磁导率 。磁导率是磁感应强度与磁场强度的比值：. (3) 磁化曲线和磁滞回线 磁化强度 M 随着外磁场变化的曲线，反映材料在外磁场下的磁化规律，以M对 H作图获得磁化曲线。.图图1-48是铁磁材料的磁化强度曲线。随外磁场从 0 变化到 Hs，

4、磁化强度沿 P 变到 Ms (a点)，当外磁场 H 降低时，磁化强度不沿原路下降，而是降低得更缓慢，这种现象称为“磁滞”。. 当 H = 0 时，磁化强度，由 a 到 b，不达到 0，而保留 M (剩磁化强度)，必须加到一反向磁场 -Hc (磁矫顽力)，才使 M 达到 0，继续加反向磁场到 -Hs，磁化强度达-Ms (d点)。加正 H 从 d 经 e、f 到 a。继续循环沿a b c d e f a这条曲线就是磁滞回线。. 不同材料，不同处理工艺，将显示不同的磁滞回线。矫顽力 Hc 小，磁化率 大的称为软磁材料。 矫顽力Hc大，磁化率矫 小的材料，称为硬磁材料。. 图图1-49是金属、铁氧体材

5、料的磁滞回线的比较。某些材料的磁滞回线趋于矩形，称为“矩磁材料”。. (4) 弱磁性 包括抗磁性和顺磁性。电子壳层已经全满的原子，无磁矩，但当施加外磁场时，这种总磁矩为零的原子也会显示出磁矩，称为抗磁性。如惰性气体氦、氖、氩、氪、氙；离子Na+、K +、 Rb +、 Mg +、 F -、 Cl - ；金属铜、银、金。. 顺磁性的特征是物质的原子具有恒定的外磁场无关的磁矩，在无外加磁场时，由于热运动，这些恒定的原子磁矩无特定的取向。 只有加大外磁场时，磁化强度才开始产生并逐渐增长。如果磁场不很强，以致无磁体的磁矩在中的能量 (-H)。顺磁体的磁化强度 M H。顺磁磁化率 按居里定律随温度变化，

6、C/T，C 称居里常数。.大多数顺磁体服从于更为复杂的居里-外斯定律：C 和 是常数。对有铁磁性转变的材料， = -c， c 为居里温度，在居里温度以上属于顺磁性，在居里温度以下，属于铁磁性。. (5) 铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性 1) 铁磁性铁磁体在一定温度以下，表现出磁化率很大，随着磁场的增加而出现非线性关系，在磁场强度周期变化的磁化过程中，产生闭合的磁滞回线。.铁磁体的原子磁矩在无外磁场时，由于自身力量的作用而互相平等排列，取同一方向呈现饱和磁化的状态，称为自发磁化。这种自发磁化分成很多的小区域(称为磁畴)，在磁畴内是饱和磁化的，各磁畴间则是杂乱取向的。整块材料在无外磁场时并不显示磁性。

7、一般强度的磁场作用下铁磁体并不增加磁畴内部的磁化强度，只是改变磁畴的大小或取向。畴chu 2) 反铁磁性原子磁矩反平行排列，称为反铁磁性。反铁磁性的基本特点如下：其磁化率的大小近乎于强顺磁体，属弱磁性。在高温下 -T 服从居里-外斯定律:反铁磁体的居里温度当 T = n 时， 为最大，比热容和热膨胀系数出现反常高峰。. 3) 亚铁磁性从反铁磁结构出发，利用元素的替代，可以制成一种保持原来的反平行磁矩，但二个亚点阵磁矩不等，称为亚铁磁。. (6) 磁各向异性沿晶体各个方向磁化性能各不相同，磁化所需的磁场小的方向称易磁化方向，称易轴；难磁化方向称难轴。铁的易轴是100，难轴是111镍的易轴是111

8、，难轴是100钴的易轴是0001，难轴是0110. (7) 磁致伸缩铁磁体、反铁磁体、亚铁磁体，由于磁化状态的改变，其长度和体积都要发生微变化，体积变化很小，长度变化较大，称为磁致伸缩。图1-50表示几种金属磁性材料的磁致伸缩 ( l/l ) 与磁场关系。.磁致伸缩值随磁场增加而增加，最后达到饱和，这时的磁致伸缩称饱和磁致伸缩。晶体不同晶轴方向上的磁致伸缩也不同，有方向性。从图可见，铁是随磁场强度而伸长，镍是缩短的。. (8) 磁畴铁磁材料内部形成许多自发磁化达到饱和的小区域，称为磁畴。磁畴间的过渡层，称畴壁（畴界）。.171 固体的磁性172 永磁材料1. 永磁合金的特征和发展 磁化过程接近

9、可逆的称为软磁材料；磁化过程有大的磁滞，称为硬磁材料或永磁材料。.硬磁材料除有大的磁滞回线面积和高矫顽力、高的磁感应强度 Br 和矫顽力Hc 、恒定的磁性外，还需要一个磁能积指标(BH)max， (BH)max越大，性能越好。(BH)max可在材料的去磁曲线上以作图法得到。.从图1-51左边的去磁曲线上得到BH的乘积，再由边BH作横轴，B作纵轴，得到(BH)max。永磁材料有高磁能积，KS-钢约 10 kJ/m3，Nb2Fe14B已达到约400 kJ/m3的水平。.2. 永磁合金的种类 (1) 淬火马氏体磁钢碳钢、钨钢、铬钢、钴钢、铝钢，通过淬火获得马氏体组织来获得永磁特性。它们在矫顽力和磁能

10、积都比较低(见表1-42)。.碳钢磁性能过低已很少使用，而钨钢、铬钢、钴钢仍在部分使用。铝钢因不含贵重金属镍和钴，成本较低，可在一些要求不太高的仪表中使用。. (2) 沉淀硬化型磁钢以Fe-Ni-Al和Fe-Ni-Al-Cu为基的高磁能积、高矫顽力的合金，在高温下合金呈单相 a 相，当冷却到两相区时，在一定的冷却速度下，利用 a 相析出磁性相使得矫顽力增加。这类合金硬而脆。只能进行磨加工，浇铸、粉末烧结，分三类：.Fe-Cu系，可用于弹簧继电器等方面。Fe-Co系，其中尚需添加少量的金、钛、硼、铌等第三种元素。可用于半固定装置的存储元件中。Al-Ni-Co系，有矩形磁滞回线，用在磁滞马达中。.

11、柱状结晶的Alnico5，采用了高温铸型定向浇注和区域熔炼法，其磁性能获得了很大的提高。表1-43为Al-Ni-Co系列化学成分和磁性能。. (3) 时效硬化型磁钢这类磁钢粹火状态具有可塑性，可以进行各种机械加工。合金的矫顽力是通过淬火、塑性变形和时效（回火）硬化以后得到，可分如下四种：1) a-铁基合金 包括Co-Mo、Fe-W-Co和Fe-Mo-Co ，其磁能积大约0.08105J/m3 左右，一般用于电话接收机上。.2) Fe-Mn-Ti和Fe-Co-V合金 Fe-Mn-Ti合金的性能相当于低钴钢，但它不需要贵重的钴。经冷轧和回火后可进行切削加工，弯曲和冲压等加工，一般用来制造指南针、仪

12、表零件等。.Fe-Co-V合金是可加工永磁合金中性能较高的一种，磁能积可达(0.240.33)105J/m3。铸造后不必淬火，为提高磁性，在回火前必须经过冷变形，而且含钒量超高，形迹度越大，所获得的磁性也越好。可用于制造微型电机和录音机磁性零件。.3) 铜基合金 包括Cu-Ni-Fe和Cu-Ni-Co两种。其磁能积在0.060.15105 J/m3。可用于制作转速表指示器磁滞圆盘。.4) Fe-Co-Cr合金 该系列的基本成分：wCr= 2033%, wCo= 325%其余为Fe。添加元素有Mo、Co 、V、Nb、Ti、W、Cu等。主要的系列有 Fe-Co-Cr-Mo、 Fe-Co-Cr-Si

13、、 Fe-Co-Cr-V、 Fe-Co-Cr-Nb-Al、 Fe-Co-Cr-Ti、 Fe-Co-Cr-V-Ti，以及一些低钴 (质量分数w = 210%) 的Fe-Co-Cr合金。. Fe-Co-Cr永磁合金制作步骤为熔炼烧铸固溶处理(13001350C)淬火(水或冰水)磁场时效(等温处理或控速冷却)或变形时效(不加磁场)，也可以用粉末冶金法生产。 Fe-Co-Cr合金塑性好，可以进行各种加工，可以轧成0.1mm厚的板材，拉成0.5mm直径的细丝、冲压成各种开关的产品，特别适合做有孔、带槽等形状复杂的磁体，或细薄长小的磁体。再加上磁性能已达到Almico5水平，而原材料成本可比Alnico5

14、低2030%。. Fe-Co-Cr合金由于有这些优点，故它目前已取代了部分Alnico、Fe-Ni-Cu、Fe-Co-V等永磁材料。 可以用于电话受话器、转速表、音叉表、扬声器、空间滤波器、陀螺仪等方面。其磁性能可达 Br = 1.3T, Hc = 77.96 kA/m, (BH)max = (0.640.8)105 J/m3。.(4) 有序硬化型合金 这类磁钢包括Ag-Mn-Al、Co-Pt、Fe-Pt、Mn-Al合金。 合金在高温时牌无序状态，经过淬火和回火，从无序相中析出弥散状态的有序相，从而提高矫顽力，其磁性能见表表1-44。. 这些合金一般用来制造磁性弹簧、小型仪表元件、小型磁力已达

15、的磁系统等。另外，Co-Pt合金有强烈的而蚀性，可用于化学工业的测量及调节腐蚀性液体的仪表中。. Mn-Al-C永磁合金，其基本成分为wMn = 70%, wAl = 29.5%, wC = 0.5%。在常压下以感应炉冶炼，并使碳在1400C下充分固溶后，浇注于壳型模或金属模中。铸件在10001100C下固溶处理1h左右，然后冷到600C以下，再在700C左右挤压(锻轧，挤压的轴向为易磁化方向)，从而得到各向异性的Mn-Al-C合金。. Mn-Al-C合金的优点有： 磁性能比较高，其矫顽力Hc比所有的Alnico合金高，而与锶铁氧体相似；其磁能积比永磁铁氧体高，接近柱状晶体Alnico8合金。

16、 不需复杂的磁场热处理工艺。 不含镍、钴等短缺金属，价格便宜。 密度小(5.1g/cm3左右)，机械强度大，耐酸性好，组织稳定。. (5) 单畴粉末永磁合金 这类材料由Mn-Bi合金、球形微铁粉和Fe-Co粉以及针状微铁粉等一定条件下压制而成。 微粉末的颗粒为单畴大小0.011m，压制成形后，基本上保持单畴状态。磁能积主要取决于单畴粉的形状各向异性。Mn-Bi合金的磁能积可达0.43105J/m3，球状微铁粉达0.28105J/m3，针状微铁粉达0.4105J/m3。. (6) 稀土永磁合金 1967年，出现了SmCo5永磁合金，即1-5型合金，最大磁能积达到1.6105 J/m3 。接着出现

17、了以Sm(Co, Cu, Fe, Zr)68为代表的第二代稀土永磁合金，即2-17型合金，其磁能积高达2.4105J/m3，而其居里温度也比1-5型合金高200C左右。. 1983年，最大磁能积为2.8105J/m3 的钕铁硼稀土永磁合金问世，不仅磁性优越，由于铌的资源比钐丰富，且不含钴或小含钴，成本较低，为稀土永磁的发展打下了坚实的基础。. 1) 稀土-Co永磁合金包括RCo5和R2Co17。R代表稀土。永磁材料最重要的磁特性是永磁体最大磁能积(BH)max大；饱和磁化强度Ms高。在使用温度范围内确保高饱和磁化强度，即居里温度高，至少应在室温以上；具有高内禀矫顽力 iHe，即要求磁晶各向异性

18、常数(Ku)大。. 2) Nb-Fe-B稀土永磁合金 钐、钴的使用资源缺乏，1983年，通过粉末冶金技术制备烧结NdFeB磁体和用熔体快淬技术制备的NdFeB薄带，这就是第三代稀土永磁合金Nd2Fe14B。由于其磁性能优异、铌、铁资源丰富，迅速地改变了永磁材料生产和应用的格局。同时，在磁体和磁粉制作工艺上出现了烧结、快淬、热压、热变形、HDDR法(氢化-分解-脱氢-重组)、铸造等多种方法。. 金属间人物Nd2Fe14B晶体是四方结构，空间群属P42/mnm，晶格常数为 a = 0.882 nm, c = 1.224 nm。表1-47列出了一些R2Fe14B化合物的基本磁特性。.可以看出，Nd2

19、Fe14B的饱和磁化强度最高，达1.6T。晶体的对称性差和c轴是易磁化轴，使Nd2Fe14B具有较高的磁晶各向异性。由公式:可算出 Nd2Fe14B的最大磁能积理论值为5.09105 J/m3。.Nb-Fe-B稀土永磁合金是磁性能最高的永磁体，且组成元素资源丰富，成本低。但 Nd2Fe14B的居里温度较低(312C)，磁热稳定性差，最高使用温度仅为150C。合金化可使热稳定性得到改善，如用钴取代部分铁，可提高居里温度，使磁感可逆温度系数降低，但矫顽力也随之降低。.Nb-Fe-B稀土永磁合金是磁性能最高的永磁体，且组成元素资源丰富，成本低。但 Nd2Fe14B的居里温度较低(312C)，磁热稳定

20、性差，最高使用温度仅为150C。合金化可使热稳定性得到改善，如用钴取代部分铁，可提高居里温度，使磁感可逆温度系数降低，但矫顽力也随之降低。.用镝取代部分钕，可提高各向异性场和矫顽力，降低矫顽力温度系数，但是剩磁和磁能积也会降低。复合添加钴、镝，则有较好的综合效果。加入少量镓或铌，也可有效地提高矫顽力和热稳定性。NdFeB的另一缺点是易氧化，而蚀性差，故磁体需镀层保护。. (7) 铁氧体永磁材料 永磁铁氧体是属于非金属，最常用的属M型晶体结构，化学式为MFe12O19，M为钡、锶、铅及其组合物。永磁铁氧体较容易得到单畴颗粒粉末，因此MHc比较容易提高。尽管如此，磁铁氧体性能还没有达到最好。 如钡

21、永磁铁氧体材料，剩余磁感应强度B最高只能达到0.45T (4500Gs)，已接近理论值。而MHc通常只能达到318kA/m (4000 Oe)左右。.MHc和工艺有密切关系。由于制造工艺简单、成本低、矫顽力比Alnico合金高、化学稳定性好、老化小等特点，因此，有很大的商用价值。 表1-48是日本TDK公司系列产品性能。. (8) 塑料永磁材料 塑料永磁材料就是把强磁性料粉均匀地分散在塑料或橡胶中，制成复合永磁材料。它同时具有永磁体和塑料的特性，与一般塑料一样，可进行注入成形、压缩成形、挤压成形、压延成形，可制作形状复杂的零件。.各向同性橡胶永磁铁和各向同性塑料永磁体早被用于电冰箱的密封圈、标

22、牌、教学字幕、电视机偏转线圈的校正及玩具等。这些器件最大磁能积为(0.020.04)105 J/m3的范围。目前，采用磁场成形工艺的各向异性塑料永磁体，其性能为: Br = 0.20.7T, BHe = 159636 kA/m, (BH)max = (0.080.64)105 J/m3。.3. 永磁材料的应用铝镍钴永磁材料（Alnico Magnets）传感器、仪器仪表、电子、机电、医疗、教学、汽车、航空、军事技术、精密仪器、精密电表、高级电声电讯器件、陀螺仪、微波器件、通讯、磁电开关、传感器、医疗仪器、手动工具、高音喇叭。 .钕铁硼永磁材料（NdFeB Magnets） 1）电声领域：扬声器

23、、受话器、传声器、报警器、舞台音响、汽车音响等。2）电子电器：永磁机构真空断路器、磁保持继电器、电度表、水表、计声器、干簧管、传感器等。.3）电机领域：MRI,VCM,CD传感器、手机、电池驱动工具、EB、EAV、EV 、CDROM、DVDROM、扬声器、耳机,话筒等音响器件、发电机、永磁直驱风力发电机、电动机、伺服电机、微形电机、马达、振动马达、混合动力汽车、电动汽车电机、工业电机等。.4）机械设备：永磁自卸式除铁器、管道式除铁器、干式除铁器、湿式除铁器、悬挂式除铁器、磁棒、方型磁棒、矩形磁棒、永磁环保节油器、永磁环保净化器、电磁流量计、磁分离器、干选磁选机、湿选磁选机、滚筒式磁选机、双滚磁

24、选机、移动式磁选机、磁性起重器、磁性打捞器、磁性除蜡器、磁性吸吊器、磁力机械等。.5）医疗保健：核磁共振仪、医疗器械、磁疗保健品、磁化节油器、用水脱垢器、酒厂用的陈化器等。6）其它行业：磁化防蜡器、管道除垢器、磁夹具、自动麻将机、磁性锁具、门窗磁、箱包磁、皮具磁、玩具磁、工具磁、磁性纽扣、工艺礼品包装等。.钐钴永磁材料（SmCo Magnets） 电机、仪表、传感器、雷达、磁传动、探测器、微特、永磁仪表、磁疗设备、核磁共振、行波管、移动通讯产品及其它高科技领域。1、烧结钕铁硼：主要应用于航空、航天、汽车、电子、电声、通讯、仪器仪表、医疗设备及其他需用永久磁场的装备和设备中，特别适用于研制高性能

25、、小型化、节能化设备的换代产品。NdFeB:mainly used in aviation, aerospace, automotive, electronics, electro-acoustic, communications, instrumentation, medical equipment and other required equipment and facilities of permanent magnetic field, especially for developing high-performance, miniaturization, energy conserv

26、ation equipment replacement. .2、粘接钕铁硼：主要应用于电脑周边产品、办公自动化产品、数字家电及汽车工业中的各种微特电机。比如HDD、CD-R、CD-RW主轴马达，拾信马达，同步马达及各种PW步进马达。Bonding NdFeB: mainly used in computer peripheral products, office automation products, digital home appliances and automotive industry in a variety of micro motor. Such as HDD, CD-R,

27、CD-RW spindle motor, pick up the letter motor, synchronous motor and stepper motors of various PW.3、烧结铁氧体：主要应用于汽车电机（雨刮，摇窗，启动，暖风，冷凝，燃油泵及坐椅电机）、扬声器、音响、喇叭、剃须刀、健身器材磁控车、发电机、直流电机等。Sintered Ferrite: mainly used in automobile motors (wiper, window, start, heater, condenser, fuel pump and seat motor), speaker

28、, speakers, razors, fitness equipment, magnetic car, generator , DC machine.4、橡胶磁：主要应用于小型马达、玩具、文具、冰箱、广告、宣传品及各种磁吸类产品中。 Rubber Magnetic:mainly used in small motors, toys, stationery, refrigerator, advertising, promotional materials and a variety of magnetic products in the.5、塑磁：主要应用于永磁直流电机、步进电机、仪表电机、打

29、印机及复印机磁棍等。Plastic Magnetic:mainly used in permanent magnet DC motor, stepper motor, instrument motor, such as printers and copiers magnetic stick.6、钐钴：主要应用于马达、仪表、传感器、探测器、发动机、雷达及其他高科技领域。SmCo:mainly used in motors, meters, sensors, detectors, engine, radar and other high-tech fields.7、铝镍钴：主要应用于仪器仪表、微电

30、机、电声器件、微波器件、磁传动装置。Alnico: mainly used in instrumentation, micro-motors, electro-acoustic devices, microwave devices, magnetic transmission. .用到磁铁无非是用到它的两方面：一是产生磁场，二是能吸附铁钴镍等金属。1.各类电动机：永磁起动机，雨刮器电机，玻璃升降电机，天窗电机，后视镜电机，电动座椅电机，空调风扇电机，冷却风扇电机，电动助力泵电机，空气悬架电机，音响系统电机，自动大灯电机等等，里面都要用到磁铁产生磁场。.2.各种传感器：转速传感器，轮速传感器等要

31、用磁铁来作为产生感应电。3.发动机和变速箱油底壳的排油螺塞上也有磁铁，用来吸附铁屑。4.各种储物盒，自动吸合门等依靠磁铁吸附关闭的地方也会用磁铁来产生吸力。.另外，如果你所说的磁铁就是扬声器里面的永磁体的话，那么电磁铁，电磁阀，继电器，包括电喇叭，应该不在这个问题的范围。因为它们本身不含永磁体，通电以后才会产生磁性。 .171 固体的磁性172 永磁材料173 软磁材料.软磁材料的定义：所谓软磁材料，特指那些矫顽力小、容易磁化和退磁的磁性材料。 所谓软，指这些材料容易磁化，在磁性上表现“软”。 当磁化发生在 Hc 不大于1000A/m，这样的材料称为软磁体。典型的软磁材料，可以用最小的外磁场实

32、现最大的磁化强度。饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br Bs 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率i、最大磁导率m、微分磁导率d、振幅磁导率a、有效磁导率e、脉冲磁导率p。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗P：磁滞

33、损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe f2 t2 / ， 降低.磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度 t 及提高材料的电阻率 。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mW）/表面积（cm2）.软磁材料（soft magnetic material） 具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等。. 1. 软磁合金 对强或中午磁场下工作的磁性部件，要求磁件材料应具有高的饱和磁感强度

34、。绝大部分在弱磁场下工作，要求其具有磁导率。 (1) 电工纯铁 是一种含碳量极低、含铁质量分数为99.95%以上的软钢。它的起始磁导率 i = 300500 0，最大磁导率 = 600012000 0。矫顽力 Hc = 39.895.5A/m。.用来制造电磁铁铁心和磁极的工业纯铁，在中强磁场中，由159398至150109A/m，具高的磁导率，特别具有高的饱和磁感应强度。与些相反，磁屏蔽应该在弱磁场中具有高的磁导率。 不同处理的电工纯铁的磁性能见表1-49。. (2) 硅钢片 硅钢是含硅量在3左右、其它主要是铁的硅铁合金。 硅钢片大量用于中低频变压器和电机铁芯，尤其是工频变压器。 硅钢的特点是

35、具有常用软磁材料中最高的饱和磁感应强度(2.0T以上)，其作为变压器铁芯使用时，可在很高的工作点工作(如工作磁感值1.5T)。 硅钢在常用的软磁材料中铁损也是最大的，为防止铁芯因损耗太大而发热，它的使用频率一般在20KHz以下。. 硅钢通常是薄片状的，是为了在制造变压器铁芯时减小铁芯的涡流损失。 目前硅钢片主要分热轧和冷轧两大类。.热轧硅钢: 是把硅钢板坯在850度以上加热后轧制，然后再进行退火。由于轧制温度高，所轧制出来的硅钢片都是各向同性的。这种各向同性的硅钢也叫做无取向硅钢。 无取向硅钢大量应用在电机中的定子或转子。因为要制造电机定子和转子，就要在大的硅钢片上冲压出圆形的零件。这时总是希

36、望硅钢片沿圆周方向磁性一致，所以要用无取向硅钢。. 为获得更好的磁性能，发明了冷轧硅钢片，即在较低温度下轧制，再退火。冷轧取向硅钢片是其中的代表。 冷轧取向硅钢片首先对板坯进行冷轧，使得材料内部产生很多结构缺陷。在随后的退火过程中，材料发生结构上的变化(称为再结晶)，这种变化会使硅钢片在某方向上磁性能非常好，即磁性能和方向有关，故称为取向硅钢。 在最终使用时，让铁芯中的磁力线沿磁性能最好的方向通过，这样可以最大限度地发挥硅钢片的磁性能潜力。. 例如，变压器中，铁芯材料的磁力线是沿一个方向通过，如果把硅钢片适当裁剪，再卷绕成铁芯，使铁芯周长方向恰好是硅钢片磁性能最好的方向，那么铁芯的导磁率就会很

37、高，容易磁化，能量损耗小，最终提高了变压器效率。.我国对硅钢片的编号是：热轧硅钢片D（如D31指含硅3.1的热轧硅钢）；冷轧硅钢片DT；高磁感取向硅钢片Q和QG。. (3) 铁铝合金 铁铝合金是以铁和铝为主要元素组成的软磁合金。 wAl Zr4+Sn4+Ti4.(6) 石榴石单晶一般用于电调滤波器、振荡源等。.(7) 毫米波用的铁氧体对于工作在铁磁共振点或附近的微波器件，要求外加恒磁场也增加。如共振式隔离器工作频率为60GHz时，则外加恒磁场必须大于1.6106A/m。这样大的恒磁场，现有的永磁材料不能得到，必须利用铁氧体本身的内场（各向异性场）大的特点。.(8) 磁铅石型铁氧体其可分为M、W

38、、X、Y、Z、V型六大类。M型是单轴各向异性，W型有单轴各向异性和平面各向异性二种，其余都是平面各向异性。. 磁铅石型铁氧体材料有很高的各向异性场，它可达几百万安培每米（几万奥斯特）。因此，在很高频率下，使这种材料共振，仅需很低的外恒磁场，就能磁化到饱和状态，如M型的BaFe12-2xMexO12(Me = CoTi、NiTi、ZnTi), W型的BaO2(Ni1-xCox)O7.8Fe2O3。. 2. 铁氧体微波吸收性材料(1) 铁氧体吸收材料 目前常用的铁氧体吸收材料有锂锌铁氧体、锂镉铁氧体、镍镉铁氧体及陶瓷铁氧体等。其中，陶瓷铁氧体为最佳涂料，其涂层薄、重量轻、性能稳定，在铝板上兴0.0

39、8mm厚的陶瓷铁氧体可吸收68% 10GHz雷达电磁波的能量。.(2) 铁氧体吸收材料的特点 对镍镁锌和镁铜锌铁氧体的研究表明，每种铁氧体对某一频率的电磁波的匹配吸收都对应一定的吸收层厚度，且每种铁氧体都有两个匹配吸收频率fm1、fm2对应两个匹配吸收厚度m1、m2。第一匹配厚度在对应的频率范围几乎取定值，第二匹配吸收厚度对频率依赖关系较强。.(3) 宽频带复合铁氧体吸收材料 为提高铁氧体吸收材料对电磁波的吸收效率，可采用多层复合吸收体。第1层是阻抗变换器，其组成是铁氧体粉和高分子树脂按2：3比例混合而成。第2层是吸收，是由平均粒度为1m贩铁氧体粉，金属短纤维和高分子树脂按7：3：2的比均匀混

40、合而成。第3层是金属板衬底。.(4) 微波吸收材料的应用用来制作微波暗室、屏蔽整机或部件，防止微波辐射干扰和能量泄漏。制作全匹配负载。在雷达天线反射体边缘涂上吸收材料可以压低副瓣，能抗干扰。对于接收而言，可降低假目标的反射干扰。在机场、码头、航标、电视台和接收站附近的高大建筑上涂以吸收材料，可以起到消除反射干扰的效果。.将微波吸收材料涂在各种飞行器（飞机、导弹等）、舰艇、坦克等武器装备的表面，可以吸收对方侦察电波、衰减反射信号，直到隐蔽作用。.171 固体的磁性172 永磁材料173 软磁材料174 磁微波铁氧体器件和微波吸收175 磁记录用的磁性材料及磁泡.光、电、化学、机械等，均可作为存储

41、方式，而磁记录、磁存储广泛运用于广播、电视机、地球物理探测空间技术、计算机技术、遥测等领域。.1. 磁头磁头是通过磁性原理读取磁性介质上数据的部件。常见的磁头包括硬盘磁头，磁带录音机磁头等。硬盘磁头，是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输，它的工作原理是利用特殊材料的电阻值会随着磁场变化的原理来读写盘片上的数据，磁头的好坏决定着硬盘盘片的存储密度。.硬盘的磁头是用线圈缠绕在磁芯上制成的，最初的磁头是读写合一的，通过电流变化去感应信号的幅度。 对于大多数计算机来说，在与硬盘交换数据的过程中，读操作远远快于写操作，而且读/写是两种不同特性的操作，这

42、样就促使硬盘厂商开发一种读/写分离磁头。.磁头种类:1) 薄膜感应（TFI）磁头 在1990年至1995年间，硬盘采用TFI读/写技术。TFI磁头实际上是绕线的磁芯。盘片在绕线的磁芯下通过时会在磁头上产生感应电压。TFI读磁头之所以会达到它的能力极限，是因为在提高磁灵敏度的同时，它的写能力却减弱了。.磁头种类:2) 各向异性磁阻（AMR）磁头 在1991年，IBM提出了它基于磁阻（MR）技术的读磁头技术各项异性磁，磁头在和旋转的碟片相接触过程中，通过感应碟片上磁场的变化来读取数据。. 1990年中期，希捷公司推出了使用AMR磁头的硬盘。AMR磁头使用TFI磁头来完成写操作，但用薄条的磁性材料来

43、作为读元件。在有磁场存在的情况下，薄条的电阻会随磁场而变化，进而产生很强的信号。硬盘译解由于磁场极性变化而引起的薄条电阻变化，提高了读灵敏度。 AMR磁头提高了面密度，减少了元器件数量。由于AMR薄膜的电阻变化量有一定的限度，AMR技术最大可以支持3.3GB/平方英寸的记录密度，其灵敏度存在极限。.磁头种类:3) GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻） GMR磁头继承了TFI磁头和AMR磁头中采用的读/写技术。但它的读磁头对于磁盘上的磁性变化更灵敏。GMR磁头是由4层导电材料和磁性材料薄膜构成的：一个传感层、一个非导电中介层、一个磁性的栓层和一个交换层。GMR传感器的

44、灵敏度比AMR磁头大3倍，所以能够提高盘片的密度和性能。 .硬盘的磁头数取决于硬盘中的碟片数，盘片正反两面都存储着数据，所以一个盘片对应两个磁头才能正常工作。比如总容量80GB的硬盘，采用单碟容量80GB的盘片，那只有一张盘片，该盘片正反面都有数据，则对应两个磁头；而同样总容量120GB的硬盘，采用二张盘片，则只有三个磁头，其中一张盘片的一面没有磁头。.2. 磁鼓、磁盘、磁带磁鼓是摄像机的关键部件，并且磁鼓性能的好坏直接影响到记录后的影像的质量。磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。鼓筒旋转速度很高，因此存取速度快。 .计算机的外部存储器中采用了类似磁带的装置，比较常用的一种叫磁盘，

45、将圆形的磁性盘片装在一个方的密封盒子里，以防止磁盘表面划伤，导致数据丢失。只有低格才对磁盘有很大的伤害，其它的读写是不要紧的。. 磁带是一种用于记录声音、图像、数字或其他信号的载有磁层的带状材料，是产量最大和用途最广的一种磁记录材料。 通常是在塑料薄膜带基（支持体）上涂覆一层颗粒状磁性材料（如针状-Fe2O3磁粉或金属磁粉）或蒸发沉积上一层磁性氧化物或合金薄膜而成。最早曾使用纸和赛璐珞等作带基，现在主要用强度高、稳定性好和不易变形的聚酯薄膜。.3. 磁心磁心是指由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物，和音圈、盆体等是扬声器的重要组成部分，其广泛应用于各种电子设备的线圈和变压器中。 .4

46、. 磁膜存储器在磁场中沉积的磁膜形式作为计算机矩阵型存储元件具有许多优点（尤其形状速度在毫微秒级，比铁氧体磁心短100倍），用于数字计算机的磁膜主要有含wNi = 60%, wFe = 20%的坡莫合金，形状有加点或排开，厚度约为100nm，通常用蒸发镀膜法制备。.5. 磁光记录材料是利用热磁效应来实现在磁性材料上进行信息的存入和擦洗。它兼有磁记录和光记录两者的优点，它与磁记录比较，具有如下优点：记录密度高(108bit/cm2)。它的数据寿命可达十年以上，比磁盘、磁带都长。可并列处理，随机存取，因为光的舆是在空间进行的，故可以并行处理或二元信息。.6. 磁泡当外加磁场增加到某一程度时，磁性晶

47、体的一些磁畴便缩成圆柱状，其磁化强度与磁场方向相反，在外磁场作用下可以移动，像一群浮在模面上得水泡，称为磁泡。.磁性材料薄膜在外磁场作用下产生的圆柱形稳定磁化区域，其磁化方向垂直于薄膜材料的平面。磁性晶体一般是由许多被称为磁畴的小区域构成。在每个磁畴内部，原子的磁矩由于交换作用成平行排列状态，即表现为自发磁化。在某些磁性石榴石单晶薄膜中，垂直于膜面的方向是易磁化方向, 且满足条件 ku 2Ms2, 其中ku是单轴磁晶各向异性常数(见磁各向异性)，Ms是饱和磁化强度, 即磁畴的磁化在易磁化方向时能量最低。 用偏光显微镜垂直于膜面观察，可以清楚地看到膜中磁畴的形状。 在退磁状态下呈弯弯曲曲的条状磁

48、畴。大约一半的磁畴磁化方向垂直于膜面向上，另一半垂直于膜面向下。垂直于膜面方向加一向上的外磁场HB, 逐渐增加磁场强度。外磁场使磁化方向向上的磁畴逐渐扩张，使磁化方向向下的磁畴逐渐缩小。当外磁场增加到某一定程度时，磁化方向向下的磁畴便缩成圆柱状。这些圆柱状的磁畴在用偏光显微镜垂直于膜面方向观察时呈圆形，运动起来很像一群浮在水面上的小水泡,故被称为磁泡。. 这类磁性石榴石单晶薄膜的例子之一是在无色透明无磁性的钆镓石榴石(Gd3Ga5O12)，简称 GGO)单晶基片上(晶体的111方向垂直于膜面)，用同构异质液相外延方法生长的一层数微米厚的成分为(YSmLuCa)3(GeFe)5O12)的薄膜。.171 固体的磁性172 永磁材料173 软磁材料174 磁微波铁氧体器件和微波吸收175 磁记录用的磁性材料及磁泡176 磁性材料的特殊用途.1. 磁性液体 又称磁流体、铁磁流体或磁液，它具有液体的流动性和固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级（10纳米以下）的磁性固体颗粒、基载液（也叫媒体）以及界面活性剂三者混合而成的一种稳