1、.功能材料功能材料及其應用及其應用功能材料及其應用.第1章 金屬功能材料.1.1 高溫合金1.2 阻尼合金1.3 彈性合金1.4 膨脹合金1.5 貯氫合金1.6 非晶合金1.7 磁性材料.171 固體的磁性1. 磁性的微觀本質-原子磁性 原子的磁矩由三部分組成： 電子的軌道磁矩；電子的自旋磁矩；原子核的磁矩。.原子核的磁矩很小，約為電子磁矩的，一般可以忽略，電子軌道磁矩為：式中 e 是電子電荷，h 是普朗克常數，m 是電子靜止質量，c 是光速，l 是以 h/2 為單位的軌道角動量。B = 0.92710-22 J/T，稱為玻爾磁子。.電子的自旋磁矩為： 式中 s 是以 h/2 為單位的電子自旋

2、角動量。 總電子磁矩為 + B。當原子中某一電子殼層排滿時，該殼層的電子磁矩矢量和等于零。殼層未滿時電子磁矩的總和不等于零，原子對外就顯示磁性，這就是物質磁性的本質。.2. 磁性的宏觀特性 (1) 磁化強度和磁極化強度 定義為單位體積內的磁矩為磁化強度, 式中 V 是宏觀體積元，Pm 是該體積元內的環電流磁矩的矢量和。. 把磁分子看做磁偶極子，無外場時，偶極子牌無序狀態，材料不顯示磁性。在外場下，由于磁偶極子有序排列，出現極化，定義磁極化強度為單位體積內磁偶極矩矢量和. 按電流環與磁偶極子等效應原理，一個磁矩為Pm的電流環，可以看成偶極矩為 jm = 0Pm的磁偶極子。故J = 0M, 0 =

3、 410-7 H/m，稱真空磁導率。. (2) 磁化率和磁導率 磁化強度 M 是外磁場 H 和溫度的函數，如材料各向異性，當 M/H 時，可表示為 M = h 稱為磁化率，其大小表示材料磁化的難易程度，抗磁體的 為負值的10-6，順磁性體為正的10-310-6,鐵磁體的磁化率很大，在10105。.不同材料的磁化曲線，如圖1-47。. 工程上不用磁化率，而用磁導率 。磁導率是磁感應強度與磁場強度的比值：. (3) 磁化曲線和磁滯回線 磁化強度 M 隨著外磁場變化的曲線，反映材料在外磁場下的磁化規律，以M對 H作圖獲得磁化曲線。.圖圖1-48是鐵磁材料的磁化強度曲線。隨外磁場從 0 變化到 Hs，

4、磁化強度沿 P 變到 Ms (a點)，當外磁場 H 降低時，磁化強度不沿原路下降，而是降低得更緩慢，這種現象稱為“磁滯”。. 當 H = 0 時，磁化強度，由 a 到 b，不達到 0，而保留 M (剩磁化強度)，必須加到一反向磁場 -Hc (磁矯頑力)，才使 M 達到 0，繼續加反向磁場到 -Hs，磁化強度達-Ms (d點)。加正 H 從 d 經 e、f 到 a。繼續循環沿a b c d e f a這條曲線就是磁滯回線。. 不同材料，不同處理工藝，將顯示不同的磁滯回線。矯頑力 Hc 小，磁化率 大的稱為軟磁材料。 矯頑力Hc大，磁化率矯 小的材料，稱為硬磁材料。. 圖圖1-49是金屬、鐵氧體材

5、料的磁滯回線的比較。某些材料的磁滯回線趨于矩形，稱為“矩磁材料”。. (4) 弱磁性 包括抗磁性和順磁性。電子殼層已經全滿的原子，無磁矩，但當施加外磁場時，這種總磁矩為零的原子也會顯示出磁矩，稱為抗磁性。如惰性氣體氦、氖、氬、氪、氙；離子Na+、K +、 Rb +、 Mg +、 F -、 Cl - ；金屬銅、銀、金。. 順磁性的特征是物質的原子具有恒定的外磁場無關的磁矩，在無外加磁場時，由于熱運動，這些恒定的原子磁矩無特定的取向。 只有加大外磁場時，磁化強度才開始產生并逐漸增長。如果磁場不很強，以致無磁體的磁矩在中的能量 (-H)。順磁體的磁化強度 M H。順磁磁化率 按居里定律隨溫度變化，

6、C/T，C 稱居里常數。.大多數順磁體服從于更為復雜的居里-外斯定律：C 和 是常數。對有鐵磁性轉變的材料， = -c， c 為居里溫度，在居里溫度以上屬于順磁性，在居里溫度以下，屬于鐵磁性。. (5) 鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性 1) 鐵磁性鐵磁體在一定溫度以下，表現出磁化率很大，隨著磁場的增加而出現非線性關系，在磁場強度周期變化的磁化過程中，產生閉合的磁滯回線。.鐵磁體的原子磁矩在無外磁場時，由于自身力量的作用而互相平等排列，取同一方向呈現飽和磁化的狀態，稱為自發磁化。這種自發磁化分成很多的小區域(稱為磁疇)，在磁疇內是飽和磁化的，各磁疇間則是雜亂取向的。整塊材料在無外磁場時并不顯示磁性。

7、一般強度的磁場作用下鐵磁體并不增加磁疇內部的磁化強度，只是改變磁疇的大小或取向。疇chu 2) 反鐵磁性原子磁矩反平行排列，稱為反鐵磁性。反鐵磁性的基本特點如下：其磁化率的大小近乎于強順磁體，屬弱磁性。在高溫下 -T 服從居里-外斯定律:反鐵磁體的居里溫度當 T = n 時， 為最大，比熱容和熱膨脹系數出現反常高峰。. 3) 亞鐵磁性從反鐵磁結構出發，利用元素的替代，可以制成一種保持原來的反平行磁矩，但二個亞點陣磁矩不等，稱為亞鐵磁。. (6) 磁各向異性沿晶體各個方向磁化性能各不相同，磁化所需的磁場小的方向稱易磁化方向，稱易軸；難磁化方向稱難軸。鐵的易軸是100，難軸是111鎳的易軸是111

8、，難軸是100鈷的易軸是0001，難軸是0110. (7) 磁致伸縮鐵磁體、反鐵磁體、亞鐵磁體，由于磁化狀態的改變，其長度和體積都要發生微變化，體積變化很小，長度變化較大，稱為磁致伸縮。圖1-50表示幾種金屬磁性材料的磁致伸縮 ( l/l ) 與磁場關系。.磁致伸縮值隨磁場增加而增加，最后達到飽和，這時的磁致伸縮稱飽和磁致伸縮。晶體不同晶軸方向上的磁致伸縮也不同，有方向性。從圖可見，鐵是隨磁場強度而伸長，鎳是縮短的。. (8) 磁疇鐵磁材料內部形成許多自發磁化達到飽和的小區域，稱為磁疇。磁疇間的過渡層，稱疇壁（疇界）。.171 固體的磁性172 永磁材料1. 永磁合金的特征和發展 磁化過程接近

9、可逆的稱為軟磁材料；磁化過程有大的磁滯，稱為硬磁材料或永磁材料。.硬磁材料除有大的磁滯回線面積和高矯頑力、高的磁感應強度 Br 和矯頑力Hc 、恒定的磁性外，還需要一個磁能積指標(BH)max， (BH)max越大，性能越好。(BH)max可在材料的去磁曲線上以作圖法得到。.從圖1-51左邊的去磁曲線上得到BH的乘積，再由邊BH作橫軸，B作縱軸，得到(BH)max。永磁材料有高磁能積，KS-鋼約 10 kJ/m3，Nb2Fe14B已達到約400 kJ/m3的水平。.2. 永磁合金的種類 (1) 淬火馬氏體磁鋼碳鋼、鎢鋼、鉻鋼、鈷鋼、鋁鋼，通過淬火獲得馬氏體組織來獲得永磁特性。它們在矯頑力和磁能

10、積都比較低(見表1-42)。.碳鋼磁性能過低已很少使用，而鎢鋼、鉻鋼、鈷鋼仍在部分使用。鋁鋼因不含貴重金屬鎳和鈷，成本較低，可在一些要求不太高的儀表中使用。. (2) 沉淀硬化型磁鋼以Fe-Ni-Al和Fe-Ni-Al-Cu為基的高磁能積、高矯頑力的合金，在高溫下合金呈單相 a 相，當冷卻到兩相區時，在一定的冷卻速度下，利用 a 相析出磁性相使得矯頑力增加。這類合金硬而脆。只能進行磨加工，澆鑄、粉末燒結，分三類：.Fe-Cu系，可用于彈簧繼電器等方面。Fe-Co系，其中尚需添加少量的金、鈦、硼、鈮等第三種元素。可用于半固定裝置的存儲元件中。Al-Ni-Co系，有矩形磁滯回線，用在磁滯馬達中。.

11、柱狀結晶的Alnico5，采用了高溫鑄型定向澆注和區域熔煉法，其磁性能獲得了很大的提高。表1-43為Al-Ni-Co系列化學成分和磁性能。. (3) 時效硬化型磁鋼這類磁鋼粹火狀態具有可塑性，可以進行各種機械加工。合金的矯頑力是通過淬火、塑性變形和時效（回火）硬化以后得到，可分如下四種：1) a-鐵基合金 包括Co-Mo、Fe-W-Co和Fe-Mo-Co ，其磁能積大約0.08105J/m3 左右，一般用于電話接收機上。.2) Fe-Mn-Ti和Fe-Co-V合金 Fe-Mn-Ti合金的性能相當于低鈷鋼，但它不需要貴重的鈷。經冷軋和回火后可進行切削加工，彎曲和沖壓等加工，一般用來制造指南針、儀

12、表零件等。.Fe-Co-V合金是可加工永磁合金中性能較高的一種，磁能積可達(0.240.33)105J/m3。鑄造后不必淬火，為提高磁性，在回火前必須經過冷變形，而且含釩量超高，形跡度越大，所獲得的磁性也越好。可用于制造微型電機和錄音機磁性零件。.3) 銅基合金 包括Cu-Ni-Fe和Cu-Ni-Co兩種。其磁能積在0.060.15105 J/m3。可用于制作轉速表指示器磁滯圓盤。.4) Fe-Co-Cr合金 該系列的基本成分：wCr= 2033%, wCo= 325%其余為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，以及一些低鈷 (質量分數w = 210%) 的Fe-Co-Cr合金。. Fe-Co-Cr永磁合金制作步驟為熔煉燒鑄固溶處理(13001350C)淬火(水或冰水)磁場時效(等溫處理或控速冷卻)或變形時效(不加磁場)，也可以用粉末冶金法生產。 Fe-Co-Cr合金塑性好，可以進行各種加工，可以軋成0.1mm厚的板材，拉成0.5mm直徑的細絲、沖壓成各種開關的產品，特別適合做有孔、帶槽等形狀復雜的磁體，或細薄長小的磁體。再加上磁性能已達到Almico5水平，而原材料成本可比Alnico5

14、低2030%。. Fe-Co-Cr合金由于有這些優點，故它目前已取代了部分Alnico、Fe-Ni-Cu、Fe-Co-V等永磁材料。 可以用于電話受話器、轉速表、音叉表、揚聲器、空間濾波器、陀螺儀等方面。其磁性能可達 Br = 1.3T, Hc = 77.96 kA/m, (BH)max = (0.640.8)105 J/m3。.(4) 有序硬化型合金 這類磁鋼包括Ag-Mn-Al、Co-Pt、Fe-Pt、Mn-Al合金。 合金在高溫時牌無序狀態，經過淬火和回火，從無序相中析出彌散狀態的有序相，從而提高矯頑力，其磁性能見表表1-44。. 這些合金一般用來制造磁性彈簧、小型儀表元件、小型磁力已達

15、的磁系統等。另外，Co-Pt合金有強烈的而蝕性，可用于化學工業的測量及調節腐蝕性液體的儀表中。. Mn-Al-C永磁合金，其基本成分為wMn = 70%, wAl = 29.5%, wC = 0.5%。在常壓下以感應爐冶煉，并使碳在1400C下充分固溶后，澆注于殼型模或金屬模中。鑄件在10001100C下固溶處理1h左右，然后冷到600C以下，再在700C左右擠壓(鍛軋，擠壓的軸向為易磁化方向)，從而得到各向異性的Mn-Al-C合金。. Mn-Al-C合金的優點有： 磁性能比較高，其矯頑力Hc比所有的Alnico合金高，而與鍶鐵氧體相似；其磁能積比永磁鐵氧體高，接近柱狀晶體Alnico8合金。

16、 不需復雜的磁場熱處理工藝。 不含鎳、鈷等短缺金屬，價格便宜。 密度小(5.1g/cm3左右)，機械強度大，耐酸性好，組織穩定。. (5) 單疇粉末永磁合金 這類材料由Mn-Bi合金、球形微鐵粉和Fe-Co粉以及針狀微鐵粉等一定條件下壓制而成。 微粉末的顆粒為單疇大小0.011m，壓制成形后，基本上保持單疇狀態。磁能積主要取決于單疇粉的形狀各向異性。Mn-Bi合金的磁能積可達0.43105J/m3，球狀微鐵粉達0.28105J/m3，針狀微鐵粉達0.4105J/m3。. (6) 稀土永磁合金 1967年，出現了SmCo5永磁合金，即1-5型合金，最大磁能積達到1.6105 J/m3 。接著出現

17、了以Sm(Co, Cu, Fe, Zr)68為代表的第二代稀土永磁合金，即2-17型合金，其磁能積高達2.4105J/m3，而其居里溫度也比1-5型合金高200C左右。. 1983年，最大磁能積為2.8105J/m3 的釹鐵硼稀土永磁合金問世，不僅磁性優越，由于鈮的資源比釤豐富，且不含鈷或小含鈷，成本較低，為稀土永磁的發展打下了堅實的基礎。. 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體最大磁能積(BH)max大；飽和磁化強度Ms高。在使用溫度范圍內確保高飽和磁化強度，即居里溫度高，至少應在室溫以上；具有高內稟矯頑力 iHe，即要求磁晶各向異性

18、常數(Ku)大。. 2) Nb-Fe-B稀土永磁合金 釤、鈷的使用資源缺乏，1983年，通過粉末冶金技術制備燒結NdFeB磁體和用熔體快淬技術制備的NdFeB薄帶，這就是第三代稀土永磁合金Nd2Fe14B。由于其磁性能優異、鈮、鐵資源豐富，迅速地改變了永磁材料生產和應用的格局。同時，在磁體和磁粉制作工藝上出現了燒結、快淬、熱壓、熱變形、HDDR法(氫化-分解-脫氫-重組)、鑄造等多種方法。. 金屬間人物Nd2Fe14B晶體是四方結構，空間群屬P42/mnm，晶格常數為 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的飽和磁化強度最高，達1.6T。晶體的對稱性差和c軸是易磁化軸，使Nd2Fe14B具有較高的磁晶各向異性。由公式:可算出 Nd2Fe14B的最大磁能積理論值為5.09105 J/m3。.Nb-Fe-B稀土永磁合金是磁性能最高的永磁體，且組成元素資源豐富，成本低。但 Nd2Fe14B的居里溫度較低(312C)，磁熱穩定性差，最高使用溫度僅為150C。合金化可使熱穩定性得到改善，如用鈷取代部分鐵，可提高居里溫度，使磁感可逆溫度系數降低，但矯頑力也隨之降低。.Nb-Fe-B稀土永磁合金是磁性能最高的永磁體，且組成元素資源豐富，成本低。但 Nd2Fe14B的居里溫度較低(312C)，磁熱穩定

20、性差，最高使用溫度僅為150C。合金化可使熱穩定性得到改善，如用鈷取代部分鐵，可提高居里溫度，使磁感可逆溫度系數降低，但矯頑力也隨之降低。.用鏑取代部分釹，可提高各向異性場和矯頑力，降低矯頑力溫度系數，但是剩磁和磁能積也會降低。復合添加鈷、鏑，則有較好的綜合效果。加入少量鎵或鈮，也可有效地提高矯頑力和熱穩定性。NdFeB的另一缺點是易氧化，而蝕性差，故磁體需鍍層保護。. (7) 鐵氧體永磁材料 永磁鐵氧體是屬于非金屬，最常用的屬M型晶體結構，化學式為MFe12O19，M為鋇、鍶、鉛及其組合物。永磁鐵氧體較容易得到單疇顆粒粉末，因此MHc比較容易提高。盡管如此，磁鐵氧體性能還沒有達到最好。 如鋇

21、永磁鐵氧體材料，剩余磁感應強度B最高只能達到0.45T (4500Gs)，已接近理論值。而MHc通常只能達到318kA/m (4000 Oe)左右。.MHc和工藝有密切關系。由于制造工藝簡單、成本低、矯頑力比Alnico合金高、化學穩定性好、老化小等特點，因此，有很大的商用價值。 表1-48是日本TDK公司系列產品性能。. (8) 塑料永磁材料 塑料永磁材料就是把強磁性料粉均勻地分散在塑料或橡膠中，制成復合永磁材料。它同時具有永磁體和塑料的特性，與一般塑料一樣，可進行注入成形、壓縮成形、擠壓成形、壓延成形，可制作形狀復雜的零件。.各向同性橡膠永磁鐵和各向同性塑料永磁體早被用于電冰箱的密封圈、標

22、牌、教學字幕、電視機偏轉線圈的校正及玩具等。這些器件最大磁能積為(0.020.04)105 J/m3的范圍。目前，采用磁場成形工藝的各向異性塑料永磁體，其性能為: Br = 0.20.7T, BHe = 159636 kA/m, (BH)max = (0.080.64)105 J/m3。.3. 永磁材料的應用鋁鎳鈷永磁材料（Alnico Magnets）傳感器、儀器儀表、電子、機電、醫療、教學、汽車、航空、軍事技術、精密儀器、精密電表、高級電聲電訊器件、陀螺儀、微波器件、通訊、磁電開關、傳感器、醫療儀器、手動工具、高音喇叭。 .釹鐵硼永磁材料（NdFeB Magnets） 1）電聲領域：揚聲器

23、、受話器、傳聲器、報警器、舞臺音響、汽車音響等。2）電子電器：永磁機構真空斷路器、磁保持繼電器、電度表、水表、計聲器、干簧管、傳感器等。.3）電機領域：MRI,VCM,CD傳感器、手機、電池驅動工具、EB、EAV、EV 、CDROM、DVDROM、揚聲器、耳機,話筒等音響器件、發電機、永磁直驅風力發電機、電動機、伺服電機、微形電機、馬達、振動馬達、混合動力汽車、電動汽車電機、工業電機等。.4）機械設備：永磁自卸式除鐵器、管道式除鐵器、干式除鐵器、濕式除鐵器、懸掛式除鐵器、磁棒、方型磁棒、矩形磁棒、永磁環保節油器、永磁環保凈化器、電磁流量計、磁分離器、干選磁選機、濕選磁選機、滾筒式磁選機、雙滾磁

24、選機、移動式磁選機、磁性起重器、磁性打撈器、磁性除蠟器、磁性吸吊器、磁力機械等。.5）醫療保健：核磁共振儀、醫療器械、磁療保健品、磁化節油器、用水脫垢器、酒廠用的陳化器等。6）其它行業：磁化防蠟器、管道除垢器、磁夾具、自動麻將機、磁性鎖具、門窗磁、箱包磁、皮具磁、玩具磁、工具磁、磁性紐扣、工藝禮品包裝等。.釤鈷永磁材料（SmCo Magnets） 電機、儀表、傳感器、雷達、磁傳動、探測器、微特、永磁儀表、磁療設備、核磁共振、行波管、移動通訊產品及其它高科技領域。1、燒結釹鐵硼：主要應用于航空、航天、汽車、電子、電聲、通訊、儀器儀表、醫療設備及其他需用永久磁場的裝備和設備中，特別適用于研制高性能

25、、小型化、節能化設備的換代產品。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、粘接釹鐵硼：主要應用于電腦周邊產品、辦公自動化產品、數字家電及汽車工業中的各種微特電機。比如HDD、CD-R、CD-RW主軸馬達，拾信馬達，同步馬達及各種PW步進馬達。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、燒結鐵氧體：主要應用于汽車電機（雨刮，搖窗，啟動，暖風，冷凝，燃油泵及坐椅電機）、揚聲器、音響、喇叭、剃須刀、健身器材磁控車、發電機、直流電機等。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、橡膠磁：主要應用于小型馬達、玩具、文具、冰箱、廣告、宣傳品及各種磁吸類產品中。 Rubber Magnetic:mainly used in small motors, toys, stationery, refrigerator, advertising, promotional materials and a variety of magnetic products in the.5、塑磁：主要應用于永磁直流電機、步進電機、儀表電機、打

29、印機及復印機磁棍等。Plastic Magnetic:mainly used in permanent magnet DC motor, stepper motor, instrument motor, such as printers and copiers magnetic stick.6、釤鈷：主要應用于馬達、儀表、傳感器、探測器、發動機、雷達及其他高科技領域。SmCo:mainly used in motors, meters, sensors, detectors, engine, radar and other high-tech fields.7、鋁鎳鈷：主要應用于儀器儀表、微電

30、機、電聲器件、微波器件、磁傳動裝置。Alnico: mainly used in instrumentation, micro-motors, electro-acoustic devices, microwave devices, magnetic transmission. .用到磁鐵無非是用到它的兩方面：一是產生磁場，二是能吸附鐵鈷鎳等金屬。1.各類電動機：永磁起動機，雨刮器電機，玻璃升降電機，天窗電機，后視鏡電機，電動座椅電機，空調風扇電機，冷卻風扇電機，電動助力泵電機，空氣懸架電機，音響系統電機，自動大燈電機等等，里面都要用到磁鐵產生磁場。.2.各種傳感器：轉速傳感器，輪速傳感器等要

31、用磁鐵來作為產生感應電。3.發動機和變速箱油底殼的排油螺塞上也有磁鐵，用來吸附鐵屑。4.各種儲物盒，自動吸合門等依靠磁鐵吸附關閉的地方也會用磁鐵來產生吸力。.另外，如果你所說的磁鐵就是揚聲器里面的永磁體的話，那么電磁鐵，電磁閥，繼電器，包括電喇叭，應該不在這個問題的范圍。因為它們本身不含永磁體，通電以后才會產生磁性。 .171 固體的磁性172 永磁材料173 軟磁材料.軟磁材料的定義：所謂軟磁材料，特指那些矯頑力小、容易磁化和退磁的磁性材料。 所謂軟，指這些材料容易磁化，在磁性上表現“軟”。 當磁化發生在 Hc 不大于1000A/m，這樣的材料稱為軟磁體。典型的軟磁材料，可以用最小的外磁場實

32、現最大的磁化強度。飽和磁感應強度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對應的物理狀態是材料內部的磁化矢量整齊排列。 剩余磁感應強度Br：是磁滯回線上的特征參數，H回到0時的B值。 矩形比：Br Bs 矯頑力Hc：是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質、應力等）。 磁導率：是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值，與器件工作狀態密切相關。 初始磁導率i、最大磁導率m、微分磁導率d、振幅磁導率a、有效磁導率e、脈沖磁導率p。 居里溫度Tc：鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發磁化消失，轉變為順磁性，該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。 損耗P：磁滯

33、損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe f2 t2 / ， 降低.磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc；降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度 t 及提高材料的電阻率 。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關系為： 總功率耗散（mW）/表面積（cm2）.軟磁材料（soft magnetic material） 具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料。軟磁材料易于磁化，也易于退磁，廣泛用于電工設備和電子設備中。應用最多的軟磁材料是鐵硅合金(硅鋼片)以及各種軟磁鐵氧體等。. 1. 軟磁合金 對強或中午磁場下工作的磁性部件，要求磁件材料應具有高的飽和磁感強度

34、。絕大部分在弱磁場下工作，要求其具有磁導率。 (1) 電工純鐵 是一種含碳量極低、含鐵質量分數為99.95%以上的軟鋼。它的起始磁導率 i = 300500 0，最大磁導率 = 600012000 0。矯頑力 Hc = 39.895.5A/m。.用來制造電磁鐵鐵心和磁極的工業純鐵，在中強磁場中，由159398至150109A/m，具高的磁導率，特別具有高的飽和磁感應強度。與些相反，磁屏蔽應該在弱磁場中具有高的磁導率。 不同處理的電工純鐵的磁性能見表1-49。. (2) 硅鋼片 硅鋼是含硅量在3左右、其它主要是鐵的硅鐵合金。 硅鋼片大量用于中低頻變壓器和電機鐵芯，尤其是工頻變壓器。 硅鋼的特點是

35、具有常用軟磁材料中最高的飽和磁感應強度(2.0T以上)，其作為變壓器鐵芯使用時，可在很高的工作點工作(如工作磁感值1.5T)。 硅鋼在常用的軟磁材料中鐵損也是最大的，為防止鐵芯因損耗太大而發熱，它的使用頻率一般在20KHz以下。. 硅鋼通常是薄片狀的，是為了在制造變壓器鐵芯時減小鐵芯的渦流損失。 目前硅鋼片主要分熱軋和冷軋兩大類。.熱軋硅鋼: 是把硅鋼板坯在850度以上加熱后軋制，然后再進行退火。由于軋制溫度高，所軋制出來的硅鋼片都是各向同性的。這種各向同性的硅鋼也叫做無取向硅鋼。 無取向硅鋼大量應用在電機中的定子或轉子。因為要制造電機定子和轉子，就要在大的硅鋼片上沖壓出圓形的零件。這時總是希

36、望硅鋼片沿圓周方向磁性一致，所以要用無取向硅鋼。. 為獲得更好的磁性能，發明了冷軋硅鋼片，即在較低溫度下軋制，再退火。冷軋取向硅鋼片是其中的代表。 冷軋取向硅鋼片首先對板坯進行冷軋，使得材料內部產生很多結構缺陷。在隨后的退火過程中，材料發生結構上的變化(稱為再結晶)，這種變化會使硅鋼片在某方向上磁性能非常好，即磁性能和方向有關，故稱為取向硅鋼。 在最終使用時，讓鐵芯中的磁力線沿磁性能最好的方向通過，這樣可以最大限度地發揮硅鋼片的磁性能潛力。. 例如，變壓器中，鐵芯材料的磁力線是沿一個方向通過，如果把硅鋼片適當裁剪，再卷繞成鐵芯，使鐵芯周長方向恰好是硅鋼片磁性能最好的方向，那么鐵芯的導磁率就會很

37、高，容易磁化，能量損耗小，最終提高了變壓器效率。.我國對硅鋼片的編號是：熱軋硅鋼片D（如D31指含硅3.1的熱軋硅鋼）；冷軋硅鋼片DT；高磁感取向硅鋼片Q和QG。. (3) 鐵鋁合金 鐵鋁合金是以鐵和鋁為主要元素組成的軟磁合金。 wAl Zr4+Sn4+Ti4.(6) 石榴石單晶一般用于電調濾波器、振蕩源等。.(7) 毫米波用的鐵氧體對于工作在鐵磁共振點或附近的微波器件，要求外加恒磁場也增加。如共振式隔離器工作頻率為60GHz時，則外加恒磁場必須大于1.6106A/m。這樣大的恒磁場，現有的永磁材料不能得到，必須利用鐵氧體本身的內場（各向異性場）大的特點。.(8) 磁鉛石型鐵氧體其可分為M、W

38、、X、Y、Z、V型六大類。M型是單軸各向異性，W型有單軸各向異性和平面各向異性二種，其余都是平面各向異性。. 磁鉛石型鐵氧體材料有很高的各向異性場，它可達幾百萬安培每米（幾萬奧斯特）。因此，在很高頻率下，使這種材料共振，僅需很低的外恒磁場，就能磁化到飽和狀態，如M型的BaFe12-2xMexO12(Me = CoTi、NiTi、ZnTi), W型的BaO2(Ni1-xCox)O7.8Fe2O3。. 2. 鐵氧體微波吸收性材料(1) 鐵氧體吸收材料 目前常用的鐵氧體吸收材料有鋰鋅鐵氧體、鋰鎘鐵氧體、鎳鎘鐵氧體及陶瓷鐵氧體等。其中，陶瓷鐵氧體為最佳涂料，其涂層薄、重量輕、性能穩定，在鋁板上興0.0

39、8mm厚的陶瓷鐵氧體可吸收68% 10GHz雷達電磁波的能量。.(2) 鐵氧體吸收材料的特點 對鎳鎂鋅和鎂銅鋅鐵氧體的研究表明，每種鐵氧體對某一頻率的電磁波的匹配吸收都對應一定的吸收層厚度，且每種鐵氧體都有兩個匹配吸收頻率fm1、fm2對應兩個匹配吸收厚度m1、m2。第一匹配厚度在對應的頻率范圍幾乎取定值，第二匹配吸收厚度對頻率依賴關系較強。.(3) 寬頻帶復合鐵氧體吸收材料 為提高鐵氧體吸收材料對電磁波的吸收效率，可采用多層復合吸收體。第1層是阻抗變換器，其組成是鐵氧體粉和高分子樹脂按2：3比例混合而成。第2層是吸收，是由平均粒度為1m販鐵氧體粉，金屬短纖維和高分子樹脂按7：3：2的比均勻混

40、合而成。第3層是金屬板襯底。.(4) 微波吸收材料的應用用來制作微波暗室、屏蔽整機或部件，防止微波輻射干擾和能量泄漏。制作全匹配負載。在雷達天線反射體邊緣涂上吸收材料可以壓低副瓣，能抗干擾。對于接收而言，可降低假目標的反射干擾。在機場、碼頭、航標、電視臺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擾的效果。.將微波吸收材料涂在各種飛行器（飛機、導彈等）、艦艇、坦克等武器裝備的表面，可以吸收對方偵察電波、衰減反射信號，直到隱蔽作用。.171 固體的磁性172 永磁材料173 軟磁材料174 磁微波鐵氧體器件和微波吸收175 磁記錄用的磁性材料及磁泡.光、電、化學、機械等，均可作為存儲

41、方式，而磁記錄、磁存儲廣泛運用于廣播、電視機、地球物理探測空間技術、計算機技術、遙測等領域。.1. 磁頭磁頭是通過磁性原理讀取磁性介質上數據的部件。常見的磁頭包括硬盤磁頭，磁帶錄音機磁頭等。硬盤磁頭，是硬盤讀取數據的關鍵部件，它的主要作用就是將存儲在硬盤盤片上的磁信息轉化為電信號向外傳輸，它的工作原理是利用特殊材料的電阻值會隨著磁場變化的原理來讀寫盤片上的數據，磁頭的好壞決定著硬盤盤片的存儲密度。.硬盤的磁頭是用線圈纏繞在磁芯上制成的，最初的磁頭是讀寫合一的，通過電流變化去感應信號的幅度。 對于大多數計算機來說，在與硬盤交換數據的過程中，讀操作遠遠快于寫操作，而且讀/寫是兩種不同特性的操作，這

42、樣就促使硬盤廠商開發一種讀/寫分離磁頭。.磁頭種類:1) 薄膜感應（TFI）磁頭 在1990年至1995年間，硬盤采用TFI讀/寫技術。TFI磁頭實際上是繞線的磁芯。盤片在繞線的磁芯下通過時會在磁頭上產生感應電壓。TFI讀磁頭之所以會達到它的能力極限，是因為在提高磁靈敏度的同時，它的寫能力卻減弱了。.磁頭種類:2) 各向異性磁阻（AMR）磁頭 在1991年，IBM提出了它基于磁阻（MR）技術的讀磁頭技術各項異性磁，磁頭在和旋轉的碟片相接觸過程中，通過感應碟片上磁場的變化來讀取數據。. 1990年中期，希捷公司推出了使用AMR磁頭的硬盤。AMR磁頭使用TFI磁頭來完成寫操作，但用薄條的磁性材料來

43、作為讀元件。在有磁場存在的情況下，薄條的電阻會隨磁場而變化，進而產生很強的信號。硬盤譯解由于磁場極性變化而引起的薄條電阻變化，提高了讀靈敏度。 AMR磁頭提高了面密度，減少了元器件數量。由于AMR薄膜的電阻變化量有一定的限度，AMR技術最大可以支持3.3GB/平方英寸的記錄密度，其靈敏度存在極限。.磁頭種類:3) GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻） GMR磁頭繼承了TFI磁頭和AMR磁頭中采用的讀/寫技術。但它的讀磁頭對于磁盤上的磁性變化更靈敏。GMR磁頭是由4層導電材料和磁性材料薄膜構成的：一個傳感層、一個非導電中介層、一個磁性的栓層和一個交換層。GMR傳感器的

44、靈敏度比AMR磁頭大3倍，所以能夠提高盤片的密度和性能。 .硬盤的磁頭數取決于硬盤中的碟片數，盤片正反兩面都存儲著數據，所以一個盤片對應兩個磁頭才能正常工作。比如總容量80GB的硬盤，采用單碟容量80GB的盤片，那只有一張盤片，該盤片正反面都有數據，則對應兩個磁頭；而同樣總容量120GB的硬盤，采用二張盤片，則只有三個磁頭，其中一張盤片的一面沒有磁頭。.2. 磁鼓、磁盤、磁帶磁鼓是攝像機的關鍵部件，并且磁鼓性能的好壞直接影響到記錄后的影像的質量。磁鼓是利用鋁鼓筒表面涂覆的磁性材料來存儲數據的。鼓筒旋轉速度很高，因此存取速度快。 .計算機的外部存儲器中采用了類似磁帶的裝置，比較常用的一種叫磁盤，

45、將圓形的磁性盤片裝在一個方的密封盒子里，以防止磁盤表面劃傷，導致數據丟失。只有低格才對磁盤有很大的傷害，其它的讀寫是不要緊的。. 磁帶是一種用于記錄聲音、圖像、數字或其他信號的載有磁層的帶狀材料，是產量最大和用途最廣的一種磁記錄材料。 通常是在塑料薄膜帶基（支持體）上涂覆一層顆粒狀磁性材料（如針狀-Fe2O3磁粉或金屬磁粉）或蒸發沉積上一層磁性氧化物或合金薄膜而成。最早曾使用紙和賽璐珞等作帶基，現在主要用強度高、穩定性好和不易變形的聚酯薄膜。.3. 磁心磁心是指由各種氧化鐵混合物組成的一種燒結磁性金屬氧化物，和音圈、盆體等是揚聲器的重要組成部分，其廣泛應用于各種電子設備的線圈和變壓器中。 .4

46、. 磁膜存儲器在磁場中沉積的磁膜形式作為計算機矩陣型存儲元件具有許多優點（尤其形狀速度在毫微秒級，比鐵氧體磁心短100倍），用于數字計算機的磁膜主要有含wNi = 60%, wFe = 20%的坡莫合金，形狀有加點或排開，厚度約為100nm，通常用蒸發鍍膜法制備。.5. 磁光記錄材料是利用熱磁效應來實現在磁性材料上進行信息的存入和擦洗。它兼有磁記錄和光記錄兩者的優點，它與磁記錄比較，具有如下優點：記錄密度高(108bit/cm2)。它的數據壽命可達十年以上，比磁盤、磁帶都長。可并列處理，隨機存取，因為光的輿是在空間進行的，故可以并行處理或二元信息。.6. 磁泡當外加磁場增加到某一程度時，磁性晶

47、體的一些磁疇便縮成圓柱狀，其磁化強度與磁場方向相反，在外磁場作用下可以移動，像一群浮在模面上得水泡，稱為磁泡。.磁性材料薄膜在外磁場作用下產生的圓柱形穩定磁化區域，其磁化方向垂直于薄膜材料的平面。磁性晶體一般是由許多被稱為磁疇的小區域構成。在每個磁疇內部，原子的磁矩由于交換作用成平行排列狀態，即表現為自發磁化。在某些磁性石榴石單晶薄膜中，垂直于膜面的方向是易磁化方向, 且滿足條件 ku 2Ms2, 其中ku是單軸磁晶各向異性常數(見磁各向異性)，Ms是飽和磁化強度, 即磁疇的磁化在易磁化方向時能量最低。 用偏光顯微鏡垂直于膜面觀察，可以清楚地看到膜中磁疇的形狀。 在退磁狀態下呈彎彎曲曲的條狀磁

48、疇。大約一半的磁疇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場HB, 逐漸增加磁場強度。外磁場使磁化方向向上的磁疇逐漸擴張，使磁化方向向下的磁疇逐漸縮小。當外磁場增加到某一定程度時，磁化方向向下的磁疇便縮成圓柱狀。這些圓柱狀的磁疇在用偏光顯微鏡垂直于膜面方向觀察時呈圓形，運動起來很像一群浮在水面上的小水泡,故被稱為磁泡。. 這類磁性石榴石單晶薄膜的例子之一是在無色透明無磁性的釓鎵石榴石(Gd3Ga5O12)，簡稱 GGO)單晶基片上(晶體的111方向垂直于膜面)，用同構異質液相外延方法生長的一層數微米厚的成分為(YSmLuCa)3(GeFe)5O12)的薄膜。.171 固體的磁性172 永磁材料173 軟磁材料174 磁微波鐵氧體器件和微波吸收175 磁記錄用的磁性材料及磁泡176 磁性材料的特殊用途.1. 磁性液體 又稱磁流體、鐵磁流體或磁液，它具有液體的流動性和固體磁性材料的磁性。是由直徑為納米量級（10納米以下）的磁性固體顆粒、基載液（也叫媒體）以及界面活性劑三者混合而成的一種穩