1、磁性材料基本要求一、熟練掌握基本概念:(1) 磁矩：磁偶極子等效的平面回路的電流和回路面積的乘積，問冃s,方向由右手定則確定, 單位am2o(2) 磁化強度(m)：定義單位體積磁性材料內磁矩的矢量和稱為磁化強度，用m表示，si 單位為 a/m。cgs 單位：emu/cm3o 換算關系：1 x 103 a/m = emu/cm3o磁場強度(h)：單位強度的磁場對應于lwb強度的磁極受到1牛頓的力。si單位是anfi。 cgs單位是奧斯特(oe)o換算關系：1 a/m =4n/103 oeo(4) 磁化曲線：磁體從退磁狀態開始到磁化飽和的過程中，磁感應強度b、磁化強度m與磁 場強度h之間的非線性關

2、系曲線。(5) 退磁曲線：磁滯回線在第二象限的部分稱為退磁曲線。(6) 退磁場：當一個有限大小的樣品被外磁場磁化時，在它兩端出現的自由磁極將產生一個與 磁化強度方向相反的磁場。該磁場被稱為退磁場。退磁場的強度與磁體的形狀及磁極的強 度有關存在：hd=-nmo(7) 飽和磁感應強度bs(飽和磁通密度)：磁性體被磁化到飽和狀態時的磁感應強度。si單位 是特斯拉t或wb ni2； cgs單位是高斯(gauss)。換算關系:1t = 104go(8) 磁導率：定義為磁感應強度與磁場強度之比u=b / h,表示磁性材料傳導和通過磁力線 的能力.單位為亨利/米(hnfi)(9) 起始磁導率：磁性體在磁中性

3、狀態下磁導率的極限值。a(10) 磁化率定義為磁化強度與磁場強度之比：x=m/h(11) 居里溫度：即鐵磁性材料(或亞磁性材料)由鐵磁狀態(或亞鐵磁狀態)轉變為順磁狀 態的臨界溫度，在此溫度上，自發磁化強度為零。(12) 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。(13) 磁致伸縮效應：磁性材料由于磁化狀態的改變，其長度和體積都要發生微小的變化，這 種現象稱為磁致伸縮或磁致伸縮效應。(14) 磁疇：在未加外磁場時鐵磁體內部已經自發磁化到飽和狀態(每一個磁矩取向一致)的 小區域。(15) 磁疇壁：相鄰兩磁疇之間磁矩按一

4、定規律逐步改變方向的過渡層。(16) 技術磁化：在外磁場作用下，鐵磁體從完全退磁狀態磁化至飽和的內部變化過程。(17) 內稟矯頑力(mhc)：從磁性體的飽和磁化狀態，沿飽和磁滯回線單調改變磁場強度h,使 磁化強度m減小到0的磁場強度。通常有：|mhc|>|bhc|o(18)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。磁能積是表征永磁材料中能量大小的物理量。si單位：kj/m3, cgs單位：mgoeo 換算關系：1 mgoe=(10? / 4 刃 kj/m3.(19)在磁性材料的技術磁參量中，ms,tc,入s,k等內稟磁參量對組織

5、結構不敏感，它們主要 取決于材料的化學成分。外稟磁參量:he、mr或尸、磁導率、損耗、磁能積等對材料結 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。(20)磁滯損耗:磁滯回線所包圍的面積相當于磁化一周所產生的能量損耗。(21) 動態磁滯回線：鐵磁體在周期性變化的交變磁場中時，其磁化強度也周期性地反復變化, 構成動態磁滯回線。它與靜態磁滯回線有相似之處，也有差別：在相同的磁場強度范圍內, 動態磁滯回線比靜態磁滯回線的面積大一些。因在靜態磁場下，只有磁滯損耗；而在交變 磁場下，除了磁滯損耗外還有渦流損耗和剩余損耗。(22) 磁譜：磁譜是指鐵磁體在交變磁場中的復數磁導率的實部

6、和虛部u"隨頻率變化的關 系曲線。(23) 截止頻率fr：在材料的磁譜曲線上，復數磁導率的實部j下降到初始值的一半或虛部卩" 達到極大值時所對應的頻率稱為該材料的截止頻率。材料的截止頻率fr與起始磁導率u i 有密切的關系。般而言，材料的起始磁導率ui越低，其截止頻率fr越高。(24) 品質因數q:q表示軟磁材料在交變磁化時，能量的貯存和能量的損耗之比。q值是復數磁導率的實部和虛部之比。因此有：q=/(25) 損耗因子tan6:損耗角的正切tan 5稱為材料的損耗因子。損耗因子可以定義為復數磁導 率的虛部與實部購比值，其物理意義為鐵磁材料在交變磁化過程中能量的損耗與貯存之

7、比。tan 5 =1/q(26) 低自旋態：在強晶場下，當電子軌道分裂能隙大于電子成對能(4>ep)時，洪德法則不再成立。電子由最低能級開始填充，如果電子填充到與上一個能級之間的能隙大于電子成對能時，電子將以相反的自旋填充到最低能級軌道并成對，因而最低能級的電子軌道同時 有兩個自旋相反的電子占據，而能量高的電子軌道沒有電子占據。這種電子組態稱為低自旋態。(27) 高自旋態：在弱晶場下，當電子軌道分裂能小于電子成對能3<ep)時，洪德法則成立。電子由最低能級開始填充，一直到最高能級，過半滿后，電子以相反的自旋填充到最低能級。這種電子組態稱為高自旋態。(28) 軌道角動量凍結：在晶場的

8、作用下3d過渡金屬的磁性離子的原子磁矩僅等于電子的自旋磁矩，而電子的軌道磁矩沒有貢獻。此現象稱為軌道角動量凍結。常見的鐵氧體，按晶格類型分為三種：(1)尖晶石型鐵氧體；(2)石榴石型鐵氧體；(3)磁 鉛石型鐵氧體第三章.材料的磁學性能基本參量分子電流理論磁荷（等效）理論相互關系磁矩：pm = is磁偶極矩：jm = mll = “(a磁化強度：歷-工幾磁極化強度：幾-工幾j = “（）vv磁場強度：h磁感應強度：bb = ju0(h+m)磁化率：x=m/h磁導率：g=b/h“二如（1 +力）二，基本關系;片=“0（方+叼）；“ =“0(1 + 力)三，單位換算si：鳥二“（）（方+a?）cgs

9、： b=“()方 +4timb:t; h : a/m ; m:a/mb :g(gauss); h :oe; m : emu/cm（特斯拉）或 wb/m2b: 1t=1o4 g;h: lxlo3 a/m=4兀 oe;m: lxlo3 a/m= emu/cm3;按矯頑力分類：軟磁材料：hc<100a/m（1.25 oe）；硬（永）磁材料：hc>1000a/m（12.50e）半硬磁材料：he :1001000a/m（1.2512.50e）o例1.牌號為1j46的冷軋鐵銀軟磁薄帶的飽和磁化強度為ms= 11.9x10s a m1,則飽和磁極化強度人為t （特斯拉），沿薄膜法向的退磁場弘為a

10、m",最大矯頑力hc = 20 a/m,相當于鳳=oe （奧斯特）。（注：go = 47rxlo'7hmomagnetic termsymbolsi unitcgs unitconversion factormagnetic inductionbtesla (t)gauss (g)1t = 1o4gmagnetic fieldha/moersted (oe)1 a/m =4n/103 oemagnetizationma/memu/cm31 a/m = 10'3 emu/cm3mass magnetizationbam2/kgemu/g1 am2/kg = 1 emu/

11、gmagnetic momentmam2emu1 am2 = 103emuvolume susceptibilitykdimensionlessdimensionless4冗(si) = 1 (cgs)mass susceptibilityxm3/kgemu/oe-g1 m3/kg =103/47cemu/oe-gpermeability of free spacemoh/mdimensionless47rxl o'7 h/m = 1 (cgs)a= amperecm= centimeteremu= electromagnetic unitg= gramkg= kilogramm= m

12、eterh= henrysi制：b = po (h+m)； b的單位是t或wb/m2 ； m和h的單位是a/m。在高斯(gauss)單位制中：b二h + 4m； 的單位是高斯g； h的單位是奧斯特(oe)； m 的單位是 emu/cm3,即 emu/cco基本換算：b: 1 t = 104 g； h: 1 kam-1 二 4oe； 10e 二 79. 5775 a/m；10-2 mgoe；m: 1 kam 1 = emu cm3； 1 am2/kg = 1 emu/g； (bh)max: 1 kjm3 = 4基本物理量：普朗克常數h = 6. 626x 10'34j-s；玻爾茲曼常數k

13、= 1.38x 10-23 j/k； u0=4 ji xloh-m1； c = 3x108 m/s；電子電荷量 e = 1.6乂10如庫侖；電子質量 m. = 9. 10938188 x 10 31 公斤；波爾磁子 ub 二 eh/ (4 jt me) =9. 273x 10 24 a m2o三、原子磁矩基態原子的電子結構占據殼層的規律:洪特法則:(1).在泡利原理許可的條件下，總自旋量子數s取最大值s=ssz；(2) .在滿足以上條件下，總軌道角動量量子數l取最大值l=smz；(3) 總角動量量子數j有兩種取法：電子填充未半滿時，j= i l-s | ,電子數等于或超過一半時，j 二 l+s

14、。例1： p3+離子(未滿殼層4f2)：(1) 總自旋量子數&電子填充未達半滿時，基態下兩個電子相互平行，總自旋量子數5=l sz=2x (1/2) =1；(2) 總軌道角動量量子數l：這兩個電子優先占據mz = 3, 2兩個軌道，總軌道角動量量子數 l=5 ；(3)總角動量量子數j：由于殼層未半滿，總角動量量子數j=l-s=4 ；（4）離子磁矩（有效磁矩）uj：根據= g j 7 j2 +ub=358s，其中蘭德.丿（丿+1） + s（s + 1） l （l + l） 因子： g./=l +2丿（丿+1）= 4/5o4尸電子的自旋和軌道角動量排列示意圖： m： 3210123s：ft

15、j = l-sl=5s=1例2： dy卄的離子（未滿殼層為4f卩）（1）總自旋量子數s：電子填充超過半滿時， 旋向上電子決定，總自旋量子數s=lsz=5x（2）總軌道角動量量子數l：電子填充超過半滿時，總軌道角動量l是由自旋向下的二個基態下自旋角動量s是由未成對的另外五個自 （1/2） =5/2；軌道決定，總軌道角動量量子數乙=lmz = 3 + 2 = 5；（3）總角動量量子數j：由于殼層超過半滿，總角動量量子數：j=£+5=15/2o；（4）離子磁矩（有效磁矩）uj：根據“丿=g j j （j +1）“b=1063b，其中蘭德因子:gj =1 +丿 q/ + 1） + s（s+1

16、） 厶（厶+ 1）2丿（丿+ 1）= 4/3ody3+離子4f9電子的自旋和軌道角動量排列示意圖：m： 3210-123s： t t f f t t fs = 5/2i il=emz= 3 + 2 = 5例3：試計算fe廿（或fe"）的基態磁矩為5 （4pb）o （有幾個未成對電子，就有幾個u b）o （提示：過渡元素的原子或離子組成物質時，軌道角動量凍結，因而不考慮l （l=0）o解：fe3+電子組態：3d5,m： 2101-2s： t t f f tl = 0s = 5/2； j = l+ s = s = 5/2；基態的光譜項鐵/2；2js（s + l）“ =5916“3 =59

17、16“3fe+2 3d6s = 2m： 210-1-2s： f f f f t“丿=gj j丿（丿+1）“b =4899“b。2-2表（a） m移金屬元索 w才力 03dw 子配九ms） = 2ja（a + i） : xey<t召有効舷子數 w «* . » * o» 012345678910茸e 荘卄二 nf n二 卄二二 匸二-4 匸二 -二二 二三s = 2$< 丄/z1 j3/z2i>/z2 6/z1 l/zl = s m<0t3t2v233t0j = l±s03/223/205/249/245/20 pefr（s）-亠1

18、 7322.8283.8734.8995.9164.8993.8732.8261.732基底狀態£%fa5doj5d44fe/i'f.2dv1somem"1）-154 v1g487-57_過0_1bo-335_850sc”ti“v “cr*.c嚴fej*fe1+co“ni"cu”zn"彳才:/ti”v*tis*mn4*mn2*mnj+co5* 3d4的j為零，但有4mb磁矩，伏i為3d電子軌道角動量被凍結017213/225/z37/235/223/211/2005一66百 3o336653005/249/245/207/2615/2815/26

19、7/202.543.583.622.680.845 一7.949.7210.6310.589.597.554.54晞4/s8/113/52/?一2 -3/24/3 -5“6/5-7/6-8/7-15/716/5oq/t155/7-79詢wf-4-5728m581/4416/5125/28 63742v2as/iz?/251/207/6s wji廠+ six9rdga（an-*）0640360290260240230-290-380_520820-1290 - 2940 一xiutu0h,%tf50,huasltht %0ce?tpr1sm>?盼gdstth今ho?4edttm?* wtl

20、u1-.（汩）（eu"）.一.-.-. -一9“匚_ r- -二卄卄卄二 二卄卄卄二 二卄卄卄 二m 一 二-h-二44 二二二 1 二二441 二二一 二 二 4 二二 二二匸_ 14 44 一二 二匸一二- - - -lcm"1 =1. 24x1 o'4 ev2»l八面體絡合物中d電子的排布當紙汀時，即強場的情況下，電子盡可能占據 低能的t2g軌道。注意：d1, d2, d3, d8, d9和川0無高低自旋之分,僅d4, d5d6和（f有。!1t'ip-tltttltl1flifltlit1 flfl 1fl 1f jifl jfl丄444d1

21、 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10但是當aovp時，即弱場的情況下，電子盡可能分占 五個軌道。(2)四面體絡合物中d電子的排布在相同的條件下，力紐道在四面俸場作用下的今裂 滋旦是八面俸作用下的創久 迭脾今裂滋是小于咸對 滋的。而四曲條絡合揚丈多是巒自荻給合湯。d電子的具體排布情況如下：tttftf!f!t'tif“ tltttt1ttflflivalfl亠4tt4u-4pd1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10尖晶石的結構特點尖晶石：mgal2o4 分子通式：x2+y23+o4 單胞分子式： xr+y/cv 立方晶系，面心點陣空間群：oh7(f

22、3dm)每一晶胞容納：24 (8+16)個陽離子,32個陰離子，相當于8個分子。兩種間隙：8個四面體間隙a；ab1o4 spuiel the red cubes are also contained m the back half of the unit cdl正型尖品石鐵氧體：(x2+)yj+c)4反型尖晶石鐵氧(y3+)x2+y3+o4混合型分布鐵氧體:(x§2+y"3+)x“2+y“§3+16個八面體間隙b。wfe3o4為例，按它的陽原子位置不同可以表示為:(fe+3 )|四面體位置(fe+3fe+2)ft 04八面體位置fe+3 3d5 s=-兒=5溝2f

23、e+2 3d6 s = 2 兒=4血按鐵磁排列，分子磁距應為(5+4) +5 = 14血,按反鐵磁排列，分子磁距為(5+4) -5=4 皿 實驗測定為4.1 |1b所以，如假定a、b位置上的原子磁矩反平行排列,即可很好地解釋磁矩實驗值o當厶=0時，j=s, g尸2,旳=2js(s + l)b均來源于自旋運動。 當s=0時,j=l, gj=l, n=hl+)u均來源于軌道運動。六.鐵氧體分子磁距的計算尖晶石結構：feam/mafe,©mofe2o3m = 10(1 - a) +(2a 一 l)mm占位傾向:<a位b位zn,cd,ga+3,ln+3ge+45fe+3,fe,cu,c

24、o,ti+4,ni,cr+3裘3.3 若干單一錢氯仕的佝和硝妬的丈測值和簡雖的 9 v * * * w 一 一 反平行假設的計算值的比較xfcio425xexpgeffgelt sxmnfeao4 0 九u2.00fe,+fe1o444.12.064.12cofcq33.72.74,1nifeq5cufjot1l32.15los(i7ioj5feo.5)fci02:082:6fecfcj/joj/oof3.333.15一mgfeao4 -01.12.05a審 即 一f.o”這里引的尼 w. ehenry與mj. boehm所測的數據樣話, 一含<

25、1.7%的尺芒：復合鐵氧體的分子磁距(znafe,j xfe1+ 1o4m = mb 一加a = 10q + (1-q)%xmncomg00.6 a1000.8 1.0znbe2o4zn罔子有強烈的 占有a位傾向， 把a位中的fe+3 擠到b位，石榴石的結構立方晶系,體心立方點陣,空間群：oi°(ia3d) 每個晶胞含有 個分子式：a3fe5o12fe離子占據24個(a),g-乏圖中多面體的共同頂點j 石榴石型鐵氧體：a3fe5o12：(fe3+3)fe2+3a3+3o1224d 位;1'16a位；24c位六種超交換作用:a-a, d-d, c-c, a-d, c-d, a-

26、cm=imd-ma-mcl=l3mfe-2mfe-3mrl四面體位；八面體位；12面體位;分子磁距：m = |(24ma - 8mfe) = 3ma - 5« 2：7 七世七鷲逮豐湮agtr于躍世蛍生a xjsgdtbdyhoeraidyblu4.7215.76.313.811.6l.q匸q4.16sa0"26/25/24/23/2* 2/2 f <»1/20laqq3$66ct301 . - 151613io4121)a-s i5162225oc221675磁鉛石型鐵氧體：m2+b123-o192：m2+： ba/sr/pb； b123+： al/ga/c

27、r/fe六角氧化物的三元組成：fe2o3/bao/meo： m/w/x/y/z/u型me=mg/mn/fe/co/ni/zn/cu分子磁距（m型）：m=ims4+mb1l=4mfe+3(c) ajfisis石鐵im? a j.q%99 m至與型旳慳w51廈饑a仃t理論值實驗值banlbeuqis2019.90.48srmsrfteisgii2029.2 -9.48 pbmpbfexaoid2019.60.43baw昭巒翻購2827.69.52bax昭嗚十獨費9盤4847.59.2§以上三表取自馮端等凝聚態物理上卷p523a立方晶系的磁晶各向異性能fk z k(afal + ajaf)

28、 單位體積的磁晶各向異性能密度。心屆分別為磁晶各向異性常數，求幾 個特征方向的各向異性能，(一般設：k()=0)110 : %=0,100 : oci = ha2=0,ot3=0 斤=0b.六角晶系的磁晶各向異性能六角晶系的特點是在c面有六次對稱軸，(p與(p+2兀n/6 (n=0> 1、2.)的方向，體系的能量是相同的。用替 代oc, a2, 0c3 ,計算磁晶各向異性能更方便。fk = k（）+ k、sin2 0 + k2 sin4 0 +k3'sin6 3 + k3sin6 ocos6（p通常取到四次方項就足夠了以二心sime + asifey單位體積的磁晶各 向異性能密度

29、。六角品系情況:刁i = k« sin 0 + ku2 sin 0a. c軸為易磁化軸hk伽k)2k“sin&cos& _ 2k“cos&“qm$ sin&l do)$ sin e$得到:b. c面為易磁化面時:二-2（心+2心）c.易磁化為錐面吋hk(2k/kq(心+2kq“o陸立方晶系磁晶各向異性能為方便討論也可表示為fk (aa2 + 2a3 + a3a)ap a2, ot3川 0, <p耒表示, = sin&cos/< a2 =sin0sin(pq =cos&fk = k、(sin4 ocos? ©sir?

30、 (p + sin2 6cos2 &)a. <100>易軸使用上式可以推出%mseex = -2心2 工 cos%i<j六角：fk =+ kg】運 +磁晶各向異性等效場hk：hk =m)m$sin&( q&)lo.單位體積的磁晶各向 異性能密度。影響磁化狀態的相關能量f = fex （交換作用能）+fk （磁晶各向異性能）+fo （應力能）+fh （外磁場能）+fd （退磁能）+cm一. 交換能：二. 磁晶各向異性能立方：以=島血2卩+心2血9三磁晶各向異性常數的測量方法四. 磁晶各向異性的機理五磁晶各向異性常數的溫度依賴性與磁致伸縮現象相關的磁彈性能

31、和應力能立方： =人oo(q：0+ a：pt + a；0； -彳)+ 3人 u(4勺0102 + a“30|03 +。3。20302)各向同性，測量方向 和磁化方向夾角為9a oo - an =幾 況_3右2q 1、=_ 幾(cos 0 )i 23磁彈性能: 應力能：f。=+ a；卩;-*)一3人(7(0020102 + 0030103 + &3勺0302)各向同性(立方):fa=-aacos20a 2zhk(100)xo11>isb.<110> 易軸：磁化強度的有利轉動晶面分別是(100)和(110)面(1 )在(100)面上,ms轉動求4口.df, k.-mshk

32、 = - = -r得到(2)在0)面上,ms轉出y角,用轉矩求弘dfk一hqmsh* sin / = =(-2sin2/ + 3sin4/)dy8k(-sin 2/+ 4 sin 4/+ 3 sin 6/)644 <110>hkh嚴(笛+*心)/“膽c. <111>為易軸:注意：磁晶各向異性場僅是一種等效場,其含義是當磁化強度偏離易磁化方向時好像會受到沿易磁化方向的一個磁場的作用，使它恢復到易磁化方向。因此，即使對于同一晶軸，當在不同的晶面內接近晶軸時，磁晶各向異性場的大小是不同的。四、晶場作用(1)晶場中軌道角動量的凍結：在晶場的作用下3d過渡金屬的磁性離子的原子磁矩

33、僅等于電子自旋磁矩，而電子的軌道磁矩沒有貢獻。此現象稱為軌道角動量凍結。(2)分裂后d軌道中電子的排布一高自旋態和低自旋態在八面體中，d3型離子,按洪特規則，其/電子只能分占三個簡并的低能軌道，即只 一種方式。而羽一7型離子，有兩種可能：當ep>a時，因電子成對需要能量高，故d電子 將盡量分占軌道而具有最多自旋平行的成單電子的狀態，即高自旋態；反之當ep v 時，則 因躍遷進入血軌道需要能量較高，d電子將盡量占據低能級軌道并成對，而具有較少的成 單電子，即低自旋態。高自旋態即是較小的弱場排列，不夠穩定，成單電子多而磁矩高，具順磁性。低自旋態即 是較大的強場排列，較穩定，成單電子少而磁矩低

34、。（3）姜泰勒（jahn-teller）效應銅尖晶石鐵氧體在高溫下是立方晶體，而在室溫下不再是立方晶體而畸變為正方晶體，這種 晶體畸變現象，稱為jahn-teller效應。一般發生在尖晶石型的化合物和鈣鈦礦型化合物（ab2o4和rt03類型的化合物）。畸變程度：在高能的建軌道上出現簡并態（eg軌道電子排布不平均），產生大畸變。在低能的t2g軌道上出現簡并態（t2g軌道電子排布不平均），產生小畸變。在所有軌道電子排布都平均則無畸變。姜泰勒穩定化能：在姜-泰勒效應中，幾何構型的畸變導致基態的能級能量降低，從而使體系獲得額外的穩定化 能（能量降低值），稱為姜-泰勒穩定化能。五、軟磁材料（-）對軟磁材

35、料基本性能的要求:a.初始磁導率pi和最大磁導率pnwx要高；b矯頑力he要小;c.飽和磁感應強度ms要高；d功率損耗p要低；e.高的穩定性。（二）、提高軟磁材料起始磁導率的途徑有：（a）.提高飽和磁化強度。因材料的起始磁導率與ms的平方成正比，提高ms的大小有利 于提高起始磁導率；（b）.降低磁晶各向異性常數k1和磁致伸縮系數肚：從配方和工藝上選用k1和肚很小的鐵 氧體作為基本成分。（c）.改善材料的顯微結構：選擇原料純度高、活性好、適當的熱處理條件，可以使燒成的材 科結構均勻、雜質和氣孔較少。晶粒增大，晶界對疇壁位移的阻滯作用減小，gi升高。磁疇 織構是使磁疇沿磁場方向取向，從而提高pi值

36、。（d）.降低內應力：由磁化過程的磁致伸縮引起的內應力，它與ks成正比，選擇低肚材料。 燒結后冷卻速度太快，會造成晶格畸變，產生內應力?？梢圆捎玫蜏赝嘶鹣饪住㈦s質、 晶格缺陷等因素在材料內部產生應力。通過原材料的優選以及工藝過程的嚴格拉制來消除。（三）、非晶態軟祓材料的優勢:非晶態軟磁材料的特點：（1）由于不存在阻礙疇壁移動的位錯和晶界，因而具有高磁導率和 低矯頑力，軟磁綜合性能遠優于鐵氧體軟磁；（2）因電阻率比同種晶態材料高，渦流損耗小,適用與高頻場合；(3)機械強度和硬度較高，抗化學腐蝕能力強。(4)體系自由能較高，加 熱時有晶化傾向。(5)在性價比和市場占有率上還不及對鐵氧體。在高

37、技術領域的應用中它 將大顯身手。非晶態磁性材料的制備方法：(1)氣相沉積法；(2)液相急冷法(快速冷凝技術)；(3)高能 離子注入法(噴丸法)。(四) 、軟磁材料的分類、及各自的磁性能和應用場合: 軟磁材料可以分為以下幾大類:(1)合金。如硅鋼(fesi)、坡莫合金(fe-ni)仙臺斯特合金(fe-si-al)等。金屬軟磁材料的 飽和磁化強度高于鐵氧體，因此廣泛應用于發電機、變壓器、馬達等電力、電子、通信等領 域。但它低電阻率的特性導致趨肪效應，渦流損耗限制了其在高頻段的應用。(2)軟磁鐵氧體。這方面主要有：mnzn系、nizn系、mgzn系等。mnzn鐵氧休 是具有尖晶石結構的mmnfe2o

38、4nznfe2o4與少量fesch組成的單相固溶體。軟磁鐵氧體的性能常因應用而異，但通常希望高磁導率、低損耗。多用于變壓器、線天線、磁頭、開關等。(3) 非晶態、納米晶軟磁材料。由于不存在阻礙疇壁移動的位錯和晶界，因而具有高磁導率 和低矯頑力，軟磁綜合性能遠優于鐵氧體軟磁。另外，因電阻率較高，渦流損耗小，機械強 度和硬度較高，抗化學腐蝕能力強。但在性價比和市場占有率上還不及對鐵氧體。在高技術 領域的應用中它將大顯身手。起始磁導率是軟磁材料的重要參數。它與材料的飽和磁化強度ms的平方成正比，與材料的 k1和入§成反比，與材料中的內應力o,和雜質濃度b成反比。其中，ms、k1和入s是材

39、料的基本磁特性參數，是決定磁導率的主要因素，基本上不隨加工條件和應用情況變化。而 。和b的大小及其對磁導率的影響會隨加工條件和實際情況而變化。重點掌握: 金屬軟磁材料：電工純鐵、硅鋼、坡莫合金的主要化學成分、磁性能、及熱處理工藝。鐵氧體軟磁：mnzn鐵氧體、nizn鐵氧體、mgzn鐵氧體的軟磁特性。非晶態軟磁材料：fe基、co基非晶；finementft-lkm納米晶的結構、制備工藝與磁性。六、永磁材料(一) 、對永磁材料的基本性能要求:(1) .矯頑力he要高；(2) 剩余磁感應強度br要高;最i大磁能積(hb)max要高;(4) 從實際應用用角度考慮，材料穩定性要高。(二) 、提高永磁材料

40、的矯頑力he的途徑有:(1)可將材料做成單疇集合體;(2).選擇高磁晶各向異性(高k1值)的材料;(3) .適當增大非磁性摻雜含量并控制其形狀(最好是片狀摻雜)和彌散度(使摻雜尺寸和疇壁寬度相近)；(4) .選擇高磁致伸縮材料，增加材料中內應力的起伏。(三) 、提高永磁材料的剩磁mr的途徑有:1定向結晶：采用熱流控制的定向凝固技術，在柱狀晶晶粒長大方向誘導易磁化軸。2.塑性變形：多晶體金屆材料經拔絲、軋扳、擠壓、壓縮等塑性加工變形，由于晶粒轉動, 使晶粒產生加工組織或加工織構，從而誘導磁各向異性。3磁場成型：在永磁體加工成型過程中，通過施加外部磁場.使磁性顆粒的易磁化軸沿磁場 方向取向，以較高

41、永磁體的剩磁bro4.磁場熱處理：將材料放在外部磁場中進行熱處理，可以控制熱處理過程中鐵磁性相顆粒的 析出形態，并使磁矩沿磁場方向擇優取向。(四) 、永磁材料的分類、及各自的磁性能和應用場合: 永磁材料可以分為以下幾大類:(1)金屬永磁材料：主要包括鋁鎳鉆(alnico)系和鐵錚鉆(fe-cr-co)m兩類永磁合金；最 大磁能積(bh)回可達40 kj/m3o 60年代前，鋁葆鉆磁鋼在永磁材料中占主導地位。(2)鐵氧體永磁材料：這是一類以fezos為主要組元的復合氧化物強磁材料，最常見的有:頓鐵氧體(bao-6fe2o3)和鋰鐵氧體(sro 6fe2o3)e磁性能居中，最大磁能積(bh) ma

42、x 可達32 kj/m3,抗退磁性能優良，不存在氧化問題。性價比高，目前產值約占永磁材料總產值的40%。電阻率高，特別適合在高頻和微波領域應用。(3)稀土系永磁材料，這是一類以稀土族元素和鐵族元素為主要成分的金屬間化合物，包括鉆基的smco5系和sm2coi7系列，以及鐵基的nd-fe-b系永磁材料。smco5永磁體：具有很高的磁晶各向異性常數，kl=15-19x103 kj/m3, ms=890 ka/mo其 理論磁能積達244.9 kj/m3o做成磁體以后，smco5永磁體的磁能積達147.3 kj/m3,剩磁 br=0.8-0.95to居里溫度為740度，工作溫度范圍:-50150度。s

43、m2col7永磁體：具有高tc=926度，sm2(coo.3feo.7)i7合金的p()ms=l63 t,其理論最大磁能積高達525.4 kj/m3,實際值238.8 kj/m3o但矯頑力偏低。nd-fe-b永磁體：g0ms=1.57t, tc=585 k,室溫各向異性常數k1 = 4.2 mj/m3,各向異性 場g0ha = 6.7 t,磁能積可高達460 kj/m3o其理論磁能積達509.3 kj/m3o(五) 、稀土元素的原子結構、稀土永磁的發展歷程:(d.稀土原子的電子結構：稀土元素未滿電子殼層為4f,由于受到5s, 5p,電子層的屏 蔽，受晶體電場的影響小，其軌道磁矩末被“凍結”，因

44、而原子磁矩大。由于軌道磁矩的存在, 自旋磁矩與軌道磁矩間的耦合作用很強，表現在稀土永磁合金的磁晶各向異性能和磁彈性能 很大，即k和人很大。同時，稀土永磁合金的晶體結構為六角晶系和四方晶系，因此具有強 烈的單軸各向異性，這是稀土永磁獲得高矯頑力的基礎。(2)稀土永磁的發展歷程：60年代開發的以smcos為代表的第一代稀土永磁材料和70年 代開發的以sm2col7為代表的第二代稀土木磁材料都具有良好的永磁性能，其最大磁能積 (bh)max分別達到147.3 kj/m3和238.8 kj/m3,但是這些磁體都含有金屬鉆和儲量較少的稀 土元素衫，存在原材料的供應和價格問題，使其發展受到影響。1983年

45、佐川真人等對rfex 三元合金進行了廣泛的實驗研究，發現了具有單軸各向異性的金屬間化合物nd2fel4b(四方 晶結構)，并制成了(bh)max達446.4 kj/m3的高磁能積nd-fe-b磁體。這種高磁能積的 nd-fe-b磁體被稱為第三代稀土永磁材料。與前兩代稀土永磁不同，nd-fe-b磁體為鐵基稀 土永磁，不用昂貴和稀缺的金屬鉆，而是錢在稀土中含量也比衫豐富510倍，因而原料豐富, 價格相對低廉，更重要的是，它以創記錄的磁能積為一系列技術創新開辟了道路。重點掌握:1.鋁鎳鉆磁鋼：成分、加工工藝過程、spinodal分解相變過程；簡述柱狀晶alnico8合金的磁性能指標。硬化原理。2.稀

46、土永磁的結構、永磁性能指標、制備工藝流程。3. 了解其它磁性功能材料(磁記錄材料、磁電阻材料、磁制冷材料、磁致伸縮材料生物材料 等)、及自旋電子學的進展。elsevierua%w.eiseier.oom/locate/scriptamatavailable online at www.sciencedirect8msciverse scie ncedirectscripta materialia 67 (2012) 524-529viewpoint paperpermanent magnets: plugging the gapj.m.d. coeyschool of physics cuui

47、 crann. trinity college. dublin 2. irelcuuiavailable online 3 may 2012elsevieravailable online at www.sciencedirect.8msciverse sciencedirectscripta materialia 67 (2012) 530 535viewpoint paperstrategy for high-coercivity nd-fe-b magnetsk. hono* and 11. scpchri-aminnational institute for htaterials sc

48、ience, tsukuha 3054)047. japancrest. japan science and technology agency, japanavailable online 4 july 2012crossmarkavailable online at sciverse scie ncedirectelsevieracta matcrialia 61 (2013) 4920 4927materialiawww.elsevier.coni/locate/actamathigh-coercivity nd fe- b thick films without heavy rare earth additionsn.m. dempseya*, t.g. woodcock h, ii. sepchri-aminc, y. zhangaj, h. kennedy3,d. givord a, k. honoc, o. gutflcisch d4 institut neel. cnrsiujf. 25 avenue lies martyrs. bp 166. 38042 grenoble. franceh 1fw dresden, histitute for metallic materials. p.o. box 270116. d4)l 171 dres