《电子材料》试题及答案第10章软磁材料

第10章软磁材料

一、填空题：

1.设尖晶石铁氧体的分子式为AXnABynBCZnCo4其中A、B、C、为金

属元素，x、y、Z为相应的金属离子数，nA、nB、nC为相应的金属离

子化学价。则该多元铁氧体的离子数总合与化学价总合应满足：—

x+y+z=3、,x+nA+yxnB+ZXnC=8

2.尖晶石铁氧体在单位晶胞中，A位置共有64个,B位置共有32

个，但实际占有金离子的A位置只有8个,B位置只有16个,

其余空着，这些空位对配方不准造成的成分偏离正分并对掺杂

有利。

3.铁氧体材料按其晶体结构分为尖晶石铁氧体、石榴石铁氧体和

磁铅石（或六角晶系）铁氧体。

4.绝大多数铁氧体其导电特性属于半导体类型，其电阻率随温度

的升高按指数规律下降。

5.一般来讲，铁氧体材料其磁饱和磁化强度远ɪ于金属软磁材料，

其应用频率远直于金属软磁材料；金属软磁材料低电阻率的特性导

致趋肤效应,涡流损耗限制了其在高频段的应用。

二、名词解释

1.单位晶胞

晶胞（UnitCelI）能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化

学-结构特征的平行六面体单元。其中既能够保持晶体结构的对称性

而体积又最基本特称“单位晶胞”。

2.铁磁共振线宽

在ULH图上，当μ”下降至最大值的一半时对应的磁场强度称为铁磁

共振线宽，用AH表示。

三、辨析题

1.现有两种磁性材料：FeNi合金和LiFeCr尖晶石铁氧体，分别测得

它们的M-T曲线如下图所示，请问：

（1）图中的（1）和（2）分别是属于哪一个材料？

（2）它们有哪些不同之处？

（3）图中的A、B、C分别是什么温度？

（4）如在昼夜温差大的环境下使用，我们该选择哪一材料来开

发磁性器件（假设不计成本）？若用于开发高频器件，我

们应该选择哪种器件？

答：（1）1为FeNi合金；2为LiFeCr尖晶石铁氧体；

（2）不同之处有：

•FeNi合金为金属型的磁性材料，具有较低的电阻率；

•LiFeCr尖晶石铁氧体为氧化物型磁性材料，具有很高的电

阻率；

•FeNi合金的饱和磁化强度要高于LiFeer尖晶石铁氧体；

•FeNi合金的温度稳定性要好于LiFeCr尖晶石铁氧体；

•制备工艺而言，LiFeCr尖晶石铁氧体要简单些；

•FeNi合金的居里温度要高于LiFeCr尖晶石铁氧体；

•LiFeCr尖晶石铁氧体存在一个补偿温度；

•LiFeCr尖晶石铁氧体的制备成本要低些；

（3）B和C为居里温度，A为补偿温度；（4）昼夜温差大的环

境下选用FeNi合金；开发高频器件，选用

LiFeCr尖晶石铁氧体；

四、问答题

1.在研究尖晶石铁氧体材料时，我们经常要提及氧参数，请问什么是

氧参数？

答：描述尖晶石铁氧体单位晶胞中氧离子真实位置的一个参数，是指

氧离子与小立方（又名子晶格）中最远一个面的距离。

2.如何降低软磁铁氧体在高、低场应用条件下的磁滞损耗？

答：磁滞损耗是指软磁材料在交变场中存在不可逆磁化而形成磁滞回

线所引起的被材料吸收掉的功率。在低场下主要是防止不可逆磁化过

程的产生。主要从以下两方面考虑：①与提高磁导率的方法一致，但

要注意不可逆磁化的出现；②但主要采用不提高磁导率不一样的方

法，如：晶粒细小、完整、均匀；晶界相对较厚，气孔少。在高场下

加速不可逆磁化的发生，使磁滞回线面积①配方原则：kl→O,Is→0

原料要求纯,活性好，与提高磁导率的方法一致（高N材料）；②工艺原

则：高密度,较大晶粒，均匀，完整，无异相掺杂，内应力小；晶界薄

而整

齐,气孔少;与高BS材料基本一致。

五、计算分析题

1、已知一种Ni-Zn铁氧体软磁材料，其配方为：Fe2θ3=50mol%,

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

请计算及分析：

①制备IOKg材料需各种原料分别为多少？

②写出该材料的化学分子式与占位结构分布式；

③说明0)2+含量变化对其截止频率有何影响？注：分子量：

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

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

IKg材料需Fe2O3⅛Π×(0∙5×159.7∕118.56)=0.673(Kg);需

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

为:lx(0.05x75/118.56)=0.032(Kg);需ZnO

⅛d×(0.2×81.4∕118.56)=0.137(Kg);

②设化学式为：ZnαNiβCθγFeδO4贝!jα+β+γ+δ=3

(1)a：β:γ:δ=20:25：5：IOO(2)

又设Fe2+的含量为X

a×2+β×2+γ×2+x×2+(δ-x)×3=8(3)联立

(1)(2)(3)式，得

a=0.4;β=0.5;γ=0.1;δ=2；X=O故该材料的化学式为：

Zno.4Nio.5Coo.1FeιO4

占位结构结构分布式为：(Zn2+(uFe3+o.6)[Ni2+0.5C02+0.iFe3+1.4)O2-

4

③随CO?+含量的增加其截止频率会增加，主要由于磁晶各向

异性增在所造成的。

一、名词解释

1.旋磁性

铁磁材料在恒磁场和交变磁场联合作用下，某方向的交变磁感应不但

与同方向的交变磁场有关，而且与垂直方向的交变磁场有关，交变磁

感应强度与交变磁场强度之间的联系由一张量磁导率表征，这种性质

称为旋磁性。

2.铁磁共振线宽

旋磁张量磁导率的对角分量虚部极大值的一半所对应的两个磁场之差

称为铁磁共振线宽。

3.拉莫尔进动

磁矩在外磁场的作用下，绕磁场所做的旋转进动。

4.一致进动自旋模式

各个自旋的进动频率、振幅、相位完全一致的自旋体系称为一致进动

自旋模式。

5.非一致进动自旋模式

各个自旋的进动频率、或振幅、或相位不同的自旋体系称为非一致进

动自旋模式。

二、问答计算题

1.请描述铁磁共振的物理图像。

当只有稳恒磁场H作用时，磁矩M绕H方向进动，进动频率为

ωθ=γH,进动由于受到阻尼作用张角逐渐减小。当M在恒磁场H

和与之垂直的交变磁场h作用下，交变磁场会对做拉莫尔的M给予

能量补充，使M以交变场的频率ω继续进动下去做受迫运动。当

3=30时，发生能量的共振吸收，进动维持在一定的张角，发生铁

磁共振。2.旋磁铁氧体材料可以分为哪几类？六角晶系旋磁铁氧体

的优点有哪些？

按晶体结构可分为石榴石、尖晶石和六角晶系三大类，每类又包括多

晶、单晶和薄膜等。

3.请画出铁磁共振线宽在张量磁导率的对角分量虚部曲线中的示意

图。

一、填空题：

1.目前金属纳米晶磁性材料已得到广泛的应用，其中三种牌号的纳米

晶磁性材料为：FINEMET>NANOPERM和HITPERM0

2.非晶磁性合金又称磁性金属玻璃；有3种类型：过渡金属-类金属合

金（TM）、稀土-过渡金属合金（RT）和过渡金属-Zr或Hf（饴）合金（T-Zr

I⅞T-Hf）0

二、问答题

1.非晶磁性材料的性能特点有哪些？

答：1）TM非晶合金可形成一系列性能优良的软磁材料；直流损耗较

小；2）由于原子无序造成的电子散射，有很高的电阻率（IOo-200

Wm.cm）,适合高频应用，具有低的涡流损耗；3）没有宏观的磁晶各

向异性（残留的各向异性主要是由内应力产生）；4）没有微观结构的不连

续（晶界或沉淀物）可供磁畴壁的钉扎；5）非晶材料具有特别好的机械

性能，如高强度、高硬度和高延展性；6）抗化学腐蚀能力极好，几乎

不受酸、碱所腐蚀；7）抗g射线及中子等辐射能力强，在火箭、宇

航、核反应等技术领域中很适用；

2.简述晶粒大小对常规磁性材料和纳米晶磁性材料矫顽力的影响规

律，并说明为什么。

答：对于常规磁性材料而言，晶粒直径越小，矫顽力越大，一般成Hc

°c1/D的关系（D为晶粒直径）。这是因为晶粒越小，相同体积内的材

料含有的晶界数目越多。而晶界是畴壁位移所受阻力来源之一，晶界

越多，畴壁位移过程将受到更多的阻力，从而导致矫顽力增大；对纳

米晶而言，晶粒越小，