材料科學(xué)磁性材料及其應(yīng)用課件

1、磁性材料的分類主要應(yīng)用的強(qiáng)磁材料其他功能磁性材料磁記錄材料磁性材料永磁材料軟磁材料磁致伸縮材料磁致電阻材料磁效應(yīng)：物質(zhì)的磁性和磁場會影響到物質(zhì)其他物理性質(zhì)的變化，同時，物質(zhì)其他性質(zhì)的變化也會引起物質(zhì)磁性的變化。磁學(xué)性質(zhì) 磁力效應(yīng) 磁聲效應(yīng) 磁熱效應(yīng) 磁電效應(yīng) 磁光效應(yīng) 其他磁效應(yīng) 力學(xué)性質(zhì) 聲學(xué)性質(zhì) 熱學(xué)性質(zhì) 電學(xué)性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì) 其他物理性質(zhì) 一、軟磁材料 起始磁導(dǎo)率高 矯頑力HC 小 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度MS 高 磁損耗小 穩(wěn)定性好 與MS平方成正比；與K1和S成反比；與內(nèi)應(yīng)力和雜質(zhì)濃度成反比 降低HC的方法與提高i的方法相一致 調(diào)節(jié)配方 在磁場作用下，這類材料非常容易磁化，而取消磁場后又很容易去

2、磁。1、性能特點(diǎn)2、改善軟磁材料磁性能的途徑 高的磁導(dǎo)率和小的矯頑力要求材料的結(jié)構(gòu)盡量均勻，沒有缺陷，在磁學(xué)上各向同性。 若要在交變磁場中用作軟磁材料，鐵磁體應(yīng)有較大的電阻率，這可以通過材料的合金化來做到，如鐵-硅合金、鐵-鎳合金等。 改善材料的顯微結(jié)構(gòu)，降低雜質(zhì)和氣孔的含量，增大晶粒尺寸。 降低內(nèi)應(yīng)力 HM磁滯回線示意圖3、軟磁材料的分類及其應(yīng)用軟磁材料 金屬軟磁 鐵氧體軟磁 非晶及納米晶軟磁 電工純鐵 硅鋼 坡莫合金 其它軟磁合金（Fe-Al、Fe-Si-Al、Fe-Co） MnZn，NiZn，MgZn等尖晶石型鐵氧體 Co2Y，Co2Z等平面六角型鐵氧體 3d過渡金屬（T）非金屬系 3d

3、過渡金屬（T）金屬系 過渡金屬（T）稀土類金屬（R）系 軟磁材料主要用于動力工程、高性能電子學(xué)、通信技術(shù)、航空及空間技術(shù)等，來制造磁導(dǎo)體，增加磁路的磁通量，降低磁阻。二、永磁材料 永磁材料又稱硬磁材料，是用于制造各種永久磁鐵的磁性材料。1、性能特點(diǎn) 剩磁高 矯頑力大 最大磁能積大 矯頑力大 最為重要HC，Br等參量H磁滯回線示意圖M最大磁能積 (BH)max 0(BH)maxBB0BH0HS NS NS N 永磁體在退磁曲線上穩(wěn)定下來的一點(diǎn)B和H的乘積的2倍，它代表永磁體能量的大小，稱為磁能積。2、改善永磁材料磁性能的途徑 定向結(jié)晶 塑性變形 磁場成型 磁場處理 使晶粒長大方向和易磁化軸方向一

4、致形成擇優(yōu)取向和織構(gòu)使易磁化軸沿磁場取向熱處理過程中析出的磁性顆粒沿磁場取向 細(xì)化晶粒 在材料中出現(xiàn)有效的釘扎點(diǎn)，形成晶格缺陷3、永磁材料的分類及其應(yīng)用永磁材料金屬永磁材料鐵氧體永磁材料稀土永磁材料 淬火硬化型磁鋼 析出硬化型磁鋼 時效硬化型永磁 有序硬化型永磁 六角晶系鉛石型鐵氧體 MO-xFe2O3(MBa、Sr、Ca、Pb) 1:5型SmCo5磁體 2:17型Sm2TM17磁體 R2Fe14B型Nd-Fe-B磁體磁控管電機(jī)三、磁致伸縮材料 磁致伸縮材料：是指隨磁化狀態(tài)變化而自身尺寸相應(yīng)改變的一類磁性材料。磁致伸縮？磁致伸縮的三種表面形式？磁致伸縮系數(shù)？ 鐵磁及亞鐵磁材料的磁致應(yīng)變的范圍從

5、鐵基非晶的10-5到稀土金屬的10-2。稀土-鐵贗二元系，如TbFe2、SmFe2具有巨大的磁致伸縮效應(yīng)，其值為10-3量級，稱為巨磁致伸縮效應(yīng)。 1、稀土金屬3、非晶薄膜合金 2、稀土-過渡金屬間化合物 4、稀土氧化物 5、錒系金屬化合物 磁致伸縮量大，但居里溫度低解決了稀土距離溫度低的問題優(yōu)良的軟磁性，低磁場下磁致伸縮性能優(yōu)良在低溫下，有很大的磁致伸縮在低溫下，有很大的磁致伸縮，但居里溫度低超磁致伸縮機(jī)制磁致伸縮量4f電子云原始晶胞磁致伸縮后的晶胞方向RFe2晶胞發(fā)生方向磁致伸縮后的變形 鐵磁體的磁致伸縮已在技術(shù)上得到利用，例如具有高磁致伸縮系數(shù)的材料已被用來做超聲波換能器（接受和產(chǎn)生超聲

6、波）、傳感器、延遲線和存儲器等。磁致伸縮用于聲納磁致伸縮液位儀磁致伸縮液位儀工作原理伺服機(jī)構(gòu)在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用磁致伸縮可用于制備稱重、測力、扭矩傳感器等四、磁記錄材料 我們已經(jīng)進(jìn)入信息社會？“知識大爆炸”？記憶靠人腦？磁記錄：是使用記錄磁頭在磁記錄介質(zhì)內(nèi)寫入磁化強(qiáng)度圖紋作為信息存儲，用同一或另外記錄磁頭可從磁化強(qiáng)度圖紋讀出所儲存的信息。（b）（a）（c）抹音磁頭錄音磁頭放音磁頭驅(qū)動器磁記錄的基本過程1、磁頭與磁頭材料 磁頭是指能對磁介質(zhì)進(jìn)行信息記錄、再生及讀取功能的器件。體型磁頭薄膜磁頭磁電阻磁頭磁性合金：坡莫合金、仙臺斯特合金、Fe-Al合金和Fe-Al-B合金 ；鐵氧體磁頭：Mn-Zn鐵

7、氧體和Ni-Zn鐵氧體 MIG磁頭：鐵氧體磁芯間隙中沉積一層軟磁合金薄膜 工作縫隙小、磁場分布陡河磁跡寬度窄，故可提高記錄速度和讀出分辨率 利用磁電阻效應(yīng)制成電磁感應(yīng)原理鐵氧體磁頭材料：鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體 合金磁頭材料：含鉬坡莫合金和仙臺斯特合金 磁電阻磁頭材料：坡莫合金多層膜磁頭材料：Fe-C/Ni-Fe ；Fe-Al-N/Si-N；Fe-Nb-Zr/Fe-Nb-Zr-N；Co-Nb-Zr/Co-Nb-Zr-N 等微晶薄膜磁頭材料： Fe-Ta-C，F(xiàn)e-Ta-N等 非晶態(tài)磁頭材料： Co-(Zr，Hf，Nb，Ta，Ti) 二元系合金薄膜和Co-Fe-B類金屬非晶態(tài)薄膜 磁頭材料 2、磁

8、記錄介質(zhì)及介質(zhì)材料 顆粒狀涂布介質(zhì)結(jié)構(gòu) 涂布型磁帶主要由帶基和附著其上的磁性涂覆層構(gòu)成。 Al2O3微顆粒帶基記錄層有機(jī)粘接劑及潤滑劑磁性粉Al2O3粉/鐵丹粉/碳粉涂布型磁帶結(jié)構(gòu)示例涂布型磁盤結(jié)構(gòu)示例基板記錄層有機(jī)粘接劑磁性粉Al2O3補(bǔ)強(qiáng)劑常用磁盤分硬盤和軟盤兩大類：硬盤是在厚度為12mm的鋁合金盤基上附著磁記錄層。軟盤是在可撓性PET盤基上附著磁記錄層。-Fe2O3：矯頑力范圍為2032kA/m 包覆Co的-Fe2O3：矯頑力范圍為5570kA/m CrO2：矯頑力范圍為3550kA/m 金屬磁粉磁：硬化強(qiáng)度和矯頑力比氧化物高，但易腐蝕純鐵的，MS1700kA/m氮化鐵：矯頑力可達(dá)51k

9、A/m 鋇鐵氧體：矯頑力范圍為100900kA/m 磁性粉薄膜介質(zhì)基底附加層磁性層保護(hù)層薄膜記錄介質(zhì)的一般結(jié)構(gòu)薄膜記錄介質(zhì)由基底、附加層、磁性層和保護(hù)層組成。在磁層和附加層之間也可增加一層緩沖層。保護(hù)層可以是單層的，也可以是多層的。在保護(hù)層上還可以增加一層潤滑層 高密度存儲要求：磁記錄介質(zhì)：高剩磁，高矯頑力，矩形比接近1；保持相對穩(wěn)定的磁化狀態(tài)有效地再生記錄信號磁 頭：高磁通密度，高磁導(dǎo)率磁光記錄材料？五、磁性液體 磁性液體：由納米級的磁性顆粒，通過界面活性劑高度地分散、懸浮在載液中，形成穩(wěn)定的膠體體系。磁性顆粒表面活性劑載液超細(xì)磁性顆粒：Fe3O4、-Fe2O3、Fe、Co、Ni、Fe-Co

10、-Ni合金、-Fe3N及-Fe4N等 表面活性劑：羧基、胺基、羥基、醛基、硫基等 載液：水、礦物油、酯類、有機(jī)硅油、氟醚油及水銀等 固態(tài)磁體（a）和磁性液體（b）的磁化曲線MH（b）MH（a）無磁場時，磁液顯示超順磁性；有磁場時，磁性顆粒同向排列，磁液顯示磁性磁化曲線：無剩磁、無矯頑力磁化特性：界面特性磁性液體的表面在外加磁場的作用下會產(chǎn)生變形。當(dāng)外加磁場垂直于磁性液體的表面時，磁性液體的表面出現(xiàn)無數(shù)的“針形磁花”?！搬樞未呕ā钡姆较蚺c磁力線的方向相同。此時，磁場力、磁性液體的表面張力和重力平衡。磁液密封特點(diǎn)：不泄漏，可耐高真空；耐高速旋轉(zhuǎn)；無機(jī)械磨損，壽命長；發(fā)熱量小磁液揚(yáng)聲器磁性液體：對音圈的運(yùn)動起一定的阻尼作用，并能使音圈自動定位，同時音圈所產(chǎn)生的熱量可以通過磁性液體耗散 。磁液選礦磁液的表觀密度隨外磁場的變化而改變，可用來篩選比重不同的非磁性礦物。 通常采用水基磁性液體，可重復(fù)使用。六、磁致冷材料 磁致冷基本原理：利用自旋系統(tǒng)磁熵變的制冷方式，即借助磁致冷材料（磁工質(zhì)）的磁熱效應(yīng)，在磁化時向外界排放熱量，退磁時從外界吸收熱量，從而達(dá)到制冷目的。與傳統(tǒng)的壓縮氣體制冷方式相比，磁制冷具有明顯的競爭優(yōu)勢： 無環(huán)境污染和破壞，