磁性材料的磁性及工程應(yīng)用

1、磁性材料的磁性及工程應(yīng)用磁性材料指具有強的磁性及工程應(yīng)用價值的材料。大抵可分為：永久磁性材料、暫時磁性材料及半永久磁性材料三大類。它們廣泛地應(yīng)用於電子、電機、資訊、機械及交通等產(chǎn)業(yè)上。本文簡介磁性的由來、各類磁性材料的特性與功用。磁性材料magneticmateria均系你我遭俯拾即是的材料。較醒目的，如白板上的磁鐵、磁性跳棋下面的磁、指南針、錄音帶、磁頭、軟式磁碟片等等；另外有更大量包裝在某些裝置裹面的磁性材料，如馬達、電視機、變壓器、汽車等等部，不一而足?？梢哉f，磁性材料已與現(xiàn)代人的生活息息相關(guān)。在材料科學(xué)的領(lǐng)域，它回類在電子材料裹面與導(dǎo)電材料、盡緣體、半導(dǎo)體等并列。但具有磁性之材料又涵蓋

2、金屬材料、瓷材料，甚至於高分子材料。它的形態(tài)還包括塊料bluk、粉體particulate及薄膜thinfilm等。因此磁性材料本身為具有多元化角色的材料。以物理學(xué)的觀點來說，任材料都是磁性材料，也就是說，每一種材料都有一定的磁現(xiàn)象。有的在磁場會抵消一小局部磁場強度，呈現(xiàn)反磁性diamagnetism,如銅；有的在磁場有微小的正感應(yīng)，呈現(xiàn)順磁性paramagnetism,如空氣；有的在磁場會感應(yīng)產(chǎn)生很強的磁性量稱為磁化量magnetization),呈現(xiàn)鐵磁性ferromagnetism,又稱強磁性或者亞鐵磁性ferrimagnetism,又稱亞強磁性等種類繁多。在產(chǎn)業(yè)上，只有具強磁性或亞強磁

3、性的材料才能加以利用。但在物理、化學(xué)及醫(yī)學(xué)上，其他類型的磁性也有很大的功用。最有趣的例子是，醫(yī)學(xué)上利用人體器官分子的磁共振，可以迅速作完全身安康檢查，由器官分子的磁性，可以檢測病變之有無，所使用的設(shè)備叫做MRImagneticresonanceimagidg在此，只擬介紹產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值較大的強磁性及亞強磁性材料永久及暫時磁性材料；半永久性者種類及應(yīng)用較少，限於篇幅不談。磁性的由來直到二十世紀(jì)以前，人們包括科學(xué)家對物質(zhì)磁性的了解，不會比我們的老祖宗在數(shù)百、甚至於數(shù)千年前的了解好到那裹往。最近七十多年來，靠著很多受過密科學(xué)練習(xí)的物理家、化學(xué)家及數(shù)學(xué)家不斷的努力，終能逐漸解開它神秘的面紗，一窺其全貌。

4、讓我們循著先哲的路線來了解磁性的起源。由實驗得知，兩磁極間有相吸或相斥之力，稱為磁力。因此由力的丈量，可以得知磁的大小。有力就會有力矩，因磁所起的力矩稱為磁矩magneticmoment。早期科學(xué)家例如法拉第、居里等人嘗試在磁場丈量物質(zhì)所含磁矩之大小及其隨溫度變化的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)的不同反響。一物體所含磁矩之量稱為磁化量。單位磁場所能引起的磁化量稱為磁化率magneticsusceptibility,由磁化率對溫度的定量關(guān)系，吾人便可定義反磁性、順磁性及強磁性等的不同。但以如此？仍然沒有答案。首先，磁矩是什麼呢？假設(shè)將磁鐵一再分割，每一新得之顆粒皆為一新的磁鐵，具有南、北N、S極，分割到

5、最小而仍會保有N、S兩極的即為磁矩。目前，我們電子自旋或公轉(zhuǎn)，就造成此種最小單位比方電流繞線圈活動造成磁場。換句話說，磁矩就是電子運動公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)，未被抵消的凈量，亦即為磁陀magneticspin之凈值。除反磁性物質(zhì)以外，所有其他物質(zhì)在磁場都有或多或少的磁矩，可以定量地量測出來，很顯然地它們都含有磁性的原子分子。那麼強磁性是怎麼來的呢？以同樣含有磁性原子而有的是強磁性，有的卻沒有呢？190日，斯WeissJ重復(fù)居理於189升的實驗，再配合數(shù)學(xué)家藍古文Langeuimi的理論，假設(shè)磁性分子當(dāng)時以為分子是物質(zhì)之最小單位間有相互作用，稱為分子場moleculafield,并大膽推斷非強磁性物質(zhì)之分子

6、場很小，而強磁性物質(zhì)之分子場非常大，大到足以使分子之磁矩同向排列而達飽和。溫度高到居里點編注：鐵磁性物質(zhì)由強磁性變?yōu)轫槾判詴r的溫度，稱為居里點以上時，熱能破壞了分子場的排列作用，使磁性分子混亂，即為順磁性。然那么，以大局部鐵、鉆、鍥等強磁性元素不會吸引別的鐵、鉆、鍥呢？既然它們部已磁化到飽和，應(yīng)可作為很強的永久磁鐵才是啊。斯又提出另一個大膽假設(shè)，那就是物系為降低自由能以達安定化，會進步亂度。強磁性物質(zhì)部自動分成很多小區(qū)域，稱為磁區(qū)magneticdomain。在同一磁區(qū)磁化向是一致的，不同磁區(qū)間的磁化向不同且呈混亂化，故互相抵消，平常感覺不到它有磁性，只有在磁場加以磁化，打破磁區(qū)之混亂狀態(tài)，才

7、能感受到它的強磁性。后人的實驗1931年印證此一預(yù)言見圖一，使斯名垂千古，其大膽假設(shè)、小心求證的治學(xué)態(tài)度更是為人津津樂道的原那么。194孫，斯的門生尼爾Neel繼續(xù)他的研究，發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)原子的磁矩受結(jié)晶格子影響很大，且分子場的作用很強，為負(fù)的，導(dǎo)致相鄰原子列之磁化向相反。假設(shè)大小相等那么完全抵消，呈現(xiàn)反強磁性antiferromagnetism。假設(shè)大小不等，那么呈現(xiàn)亞強磁性；至此，物質(zhì)之磁現(xiàn)象原理已大致揭曉，尼爾因而在197（#榮獲諾貝爾物理獎。磁性材料的磁現(xiàn)象由磁區(qū)之消長來決定。磁區(qū)與磁區(qū)之間的界面稱為磁區(qū)壁domainwall，其磁陀由一個向逐漸轉(zhuǎn)至另一向，它很薄，只有數(shù)十至數(shù)百埃？。磁

8、性材料的磁區(qū)壁假設(shè)能隨外加磁場的變動而隨時移動，該材料即是很輕易被磁化到飽和，也很輕易消磁；反之，假設(shè)想法阻礙磁區(qū)壁的運動，那么被磁化到飽和后該材料便不易被消磁。前者呈現(xiàn)暫時磁性，后者呈現(xiàn)永久磁性。磁性材料學(xué)家的工作即在於：利用固態(tài)物理、材料工程學(xué)、物理冶金學(xué)、機械冶金學(xué)等學(xué)理或技術(shù)，控制磁性材料的成分、顯微構(gòu)造而使其性質(zhì)合於所需。永久磁性材料及其應(yīng)用磁性材料的優(yōu)劣常以磁滯曲線hysteresisloop見圖二,所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)表示之。圖上OBs表磁化曲線，其上於原點的切線斜率稱為初導(dǎo)磁率initialpermeability,N。,割線斜率代表特定的B/H磁感應(yīng)/磁場強度比值，最大者即為最大導(dǎo)磁

9、率以miBs點代表飽和磁感應(yīng)saturationinduction）單位以千高斯kG表示；Br點為殘留磁感應(yīng)；Hc點稱為保磁力或矯頑磁力coerciveforce單位為Oe或kOe,1Oe相當(dāng)於1000/4Tt：A/m。在第二象限之磁滯曲線上任一點都代表一特定之BXH值對B、H投影線所圍面積，其最大者稱為最大磁能積maximumenergyproduct簡寫為BHm,單位G.Oe,以百萬倍表之那么為MGOe。永久磁性材料講究Hc、Br及BHm愈大愈好，尤其BHm,它代表該磁鐵磁化后所貯存在部的能量，BHm值愈大代表它愈能對外作功，就像永不枯竭的電池一樣，假設(shè)Hc夠大數(shù)千Oe以上，店里溫度夠高，

10、它便不易被消退磁。工程上Hc200Oe者，便可稱為永久磁鐵。十九世紀(jì)末至二十世紀(jì)初，可用的永久磁鐵只有淬火碳鋼。碳鋼淬火硬化，Hc即升高，愈硬者Hc愈高，故永久磁性又稱硬磁性；反之退火軟化者呈現(xiàn)暫時磁性，或軟磁性。淬火鋼Hc只有5070Oe,BHm只有0.20.3MGOe。191朝，科學(xué)家在碳鋼添加Cr、W、Co,使Hc增至145250Oe,BHm近於1MGOe,在當(dāng)時是很大的突破。1931年日人三島創(chuàng)造Fe-Ni-Al三元合金磁鐵，Hc高達500OeBHm那么達1.4MGOe,翻開近代永磁材料開展的大門。以Fe-Al-Ni為主，添加Co、Cu、Si、Ti等元素改良而成的Alnico合金，直到

11、1970年以前一直是永久磁鐵的主流。材料科學(xué)家藉合金設(shè)計的法那么，控制其相變化，使產(chǎn)生離相分解反響spinodaldeposition；并在磁場冷卻，令分解所得之相沿磁場向生長而得異性很高的優(yōu)秀磁鐵，Hc達6002000O0BHm為312MGOe問，可藉合金組成分及熱處理而調(diào)整磁性材料的特性。時至本日，雖大量更新式或價廉之永磁已逐漸取而代之，但它極為穩(wěn)定的磁性可應(yīng)用至500c之高溫，使它在某些特定的應(yīng)用如微波通訊上，仍然不易遭淘汰。197/代創(chuàng)造之Fe-Cr-Co永磁合金即采用Alnico之原理設(shè)計出來，其磁性亦與Alnico合金相當(dāng)，筆者曾作過多年研究，圖三即顯示利用磁場熱處理，使Fe28C

12、r-12Co-Ti合金的離相分解沿磁場向排列的情況。分解出來的顆粒均勻直徑約300?勻長度約1200?磁區(qū)壁在其之運動極其困難,故Hc值很高，成為永久磁鐵。19321938問，在日、荷兩地開場開展白磁性氧化物鐵氧體ferrites，為本日永久磁性材料主流之一。鐵氧體的主要成分為Ba0.6Fe2O或Sr0.6Fe2O3屬於六晶系；其Hc41.83.2kOe,Br約2.24.3,BHm約1.04.0MGOe視添加劑及裝程等而異。由於價廉、制取輕易，應(yīng)用很廣，目前月需2,00除噸，約3/4自制。196時，材料科學(xué)家研制成功稀土-鉆化物的永久磁鐵，為永久磁鐵開辟了另一片新天地。近二十年來，稀土永久磁鐵

13、有長足進步。自最早之SmCo*金而Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7.2-8.5即Sm2CO1神合金，到最近的Nd2Fe14B合金1984年起，磁能積從破紀(jì)錄的20MGOeSmCo5至U30MGOeSm2Co1神再至U50MGOeNd-Fe-B合金,呈現(xiàn)奔騰式的進展，這都是回功於材料科學(xué)的研究與開展。國目前在這面的研究與開發(fā)工作已與國際同步，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)制也展開，為很有潛力的高科技產(chǎn)業(yè)。圖四為筆者所研究的Nd-Fe-B合金之高解像電子顯微鏡照片，顯示兩顆Nd2Fe14B晶粒間的粒界有一層體心立bcc相的構(gòu)造，晶粒之平行線紋為c平面之格子像。其他的永磁材料還有很多，例如Cu-Ni-Co合金、Mn-Al-

14、C合金及Pt-Co合金等，還有不下十余種，限於篇幅無法逐一介紹。在永久磁性材料中，有一些是體積很小而成效很大的磁紀(jì)錄材料magneticrecordingmaterial:粉末狀的有TFe2O3CrO2、Fe4N,金屬粉如Fe粉、Fe-Co合金粉等，大量用於錄音帶、錄影帶、磁碟等產(chǎn)業(yè)；另有制成薄膜狀的Fe-Ni、Fe-Ni-P、Fe-Ni-Cr、Fe-Ni-Co等用於硬式磁碟，Co-Cr用於垂直紀(jì)錄，Tb-Fe-Co及Gd-Co等用於可讀寫的磁光紀(jì)錄等。永磁材料如前所述是一貯能裝置，只要設(shè)計得當(dāng)，它便能作功，上述之紀(jì)錄即為一例。其他的應(yīng)用場合包括：喇叭、馬達、發(fā)電機、計器、吸著裝置、磁選機等不

15、勝枚舉。暫時磁性材料及其應(yīng)用暫時磁性材料系在受到磁化例如繞在其外面的線圈通上電流時后呈現(xiàn)很強的磁性，磁化場移除后，馬上消磁的材料。因此，可以用在交流電機上，甚至於高頻及超高頻的應(yīng)用場合。其應(yīng)用上的要導(dǎo)磁率及Bs值愈高愈佳，Hc值愈低愈佳因此BXH代表磁損，愈小以開展的歷程來說，暫時磁性材料即軟磁材料比永磁材料更早，而且成果較豐富。例如純鐵本身即為甚佳之軟磁材料，自十九世紀(jì)末即開場使用，目前的用量仍然很大。191/彳tFe-Ni合金即已由美國貝爾實驗室創(chuàng)造出來，后來稱為高導(dǎo)磁合金permalloy；至M95代其0值見圖二已可高達100,00Q稱為超導(dǎo)磁合金supermalloy。其磁性受鍥含量、

16、軋延及退火式等的影響甚大。矽鋼片首創(chuàng)於190即前后,至193/制成向性矽鋼片以來，它已成為電機用軟磁合金的主流。這些軟性合金因系導(dǎo)體，大多只適合於低頻應(yīng)用的場合。鐵氧體軟磁材料以尖晶晶系為主；一般式為MFe2O4,M為二價離子，如Mn+、Zn+、Ni+、Cu+、Mg+、Co+,甚至於Fe+等，例如目前市面上最常見的(Mn,Zn)Fe2O4、(Ni,Zn).Fe2O4及(Mn,Mg)Fe2O描。因鐵氧體軟磁材料系氧化物，電阻大，適用於高頻100MHz以下的場合。假設(shè)是超高頻，如100MHz500GHz微波圍那么需柘榴系鐵氧磁體一一Y3Fe5O1極其衍生物。1958,杜威齊Duwez創(chuàng)造非品質(zhì)合金

17、amorphousalloy裝置以來，非晶合金又稱為金屬玻璃metallicglasS的磁性及機械性便非常受重視，并於1970-198(#間形成很大的一股研究高潮。美國Allied公司於197件，開場推出商用的非晶薄帶，其Bs高達16kG,Hc極小0.01Oe以下，電阻較矽鋼片高，因此用它制成變壓器，磁損遠低於矽鋼片者，為最被看好的下一世代軟磁性材料。軟磁性材料廣泛應(yīng)用於以下各面：一通訊面一一電感器、濾波器、天線棒等。二電力面一一變壓器、馬達、發(fā)電機、阻流器等。產(chǎn)消費性產(chǎn)品面一一電視機偏向腕及馳返變壓器、阻流線圈等。四磁頭面一一錄音用磁頭高導(dǎo)磁合金、錄影用磁頭Fe-Si-Al合金、電腦用磁頭M

18、n-Zn鐵氧體等。五其他用途如磁遮蔽器、磁放大器、切換磁心及高級電磁鐵等。磁性材料是一多樣化的材料涵蓋金屬及非金屬瓷，薄膜、粉粒及塊料；具應(yīng)用圍廣及機械、電機、電子、資訊、交通、家用用具；其研究的根底又有賴於周態(tài)物理、材料科學(xué)及材料工程。因此，磁性材料是一種吸力很強的材料，它在兼容并蓄中快速茁壯成長。我國的磁性材料產(chǎn)業(yè)已有近二十年的歷史，磁性材料研究那么僅有十余年歷史，固然也小有成績，但與產(chǎn)業(yè)先進比擬，仍落后甚遠，需要政府、企業(yè)界及學(xué)術(shù)界多面配合，投進人力、財力，以提升磁性材料的技術(shù)層次。由於它是多樣化的技術(shù)，其提升也能帶動其他相關(guān)技術(shù)的進步。我們鄰國日本對磁性材料的重視、提倡與投資，堪為我們

19、的借鏡。參考資料I.B.D.Cullity,IntroductiontoMagneticMaterials,Addison-WesleyPub.Co.,1972.2.夠性材料?T業(yè)技術(shù)研究院產(chǎn)業(yè)材料研究所技術(shù)資料198加金重勛任教於清華大學(xué)材料科學(xué)工程系答復(fù)者：babi20boy-見習(xí)魔法師三級3-219:25【摘要】磁性材料指具有強的磁性及工程應(yīng)用價值的材料。大抵可分為：永久磁性材料、暫時磁性材料及半永久磁性材料三大類。它們廣泛地應(yīng)用於電子、電機、資訊、機械及交通等產(chǎn)業(yè)上。本文簡介磁性的由來、各類磁性材料的特性與功用。磁性材料magneticmaterials）系你我遭俯拾即是的材料。較醒目

20、的，如白板上的磁鐵、磁性跳棋下面的磁、指南針、錄音帶、磁頭、軟式磁碟片等等；另外有更大量包裝在某些裝置裹面的磁性材料，如馬達、電視機、變壓器、汽車等等部，不一而足?？梢哉f，磁性材料已與現(xiàn)代人的生活息息相關(guān)。在材料科學(xué)的領(lǐng)域，它回類在電子材料裹面與導(dǎo)電材料、盡緣體、半導(dǎo)體等并列。但具有磁性之材料又涵蓋金屬材料、瓷材料，甚至於高分子材料。它的形態(tài)還包括塊料b1uk、粉體particulate及薄膜thinfilm等。因此磁性材料本身為具有多元化角色的材料。以物理學(xué)的觀點來說，任材料都是磁性材料，也就是說，每一種材料都有一定的磁現(xiàn)象。有的在磁場會抵消一小局部磁場強度，呈現(xiàn)反磁性diamagnetis

21、m),如銅；有的在磁場有微小的正感應(yīng)，呈現(xiàn)順磁性paramagnetisrm,如空氣；有的在磁場會感應(yīng)產(chǎn)生很強的磁性量稱為磁化量magnetization),呈現(xiàn)鐵磁性ferromagnetism,又稱強磁性或者亞鐵磁性ferrimagnetism,又稱亞強磁性等種類繁多。在產(chǎn)業(yè)上，只有具強磁性或亞強磁性的材料才能加以利用。但在物理、化學(xué)及醫(yī)學(xué)上，其他類型的磁性也有很大的功用。最有趣的例子是，醫(yī)學(xué)上利用人體器官分子的磁共振，可以迅速作完全身安康檢查，由器官分子的磁性，可以檢測病變之有無，所使用的設(shè)備叫做MRImagneticresonanceimagidg在此，只擬介紹產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值較大的強磁性

22、及亞強磁性材料永久及暫時磁性材料；半永久性者種類及應(yīng)用較少，限於篇幅不談。磁性的由來直到二十世紀(jì)以前，人們包括科學(xué)家對物質(zhì)磁性的了解，不會比我們的老祖宗在數(shù)百、甚至於數(shù)千年前的了解好到那裹往。最近七十多年來，靠著很多受過密科學(xué)練習(xí)的物理家、化學(xué)家及數(shù)學(xué)家不斷的努力，終能逐漸解開它神秘的面紗，一窺其全貌。讓我們循著先哲的路線來了解磁性的起源。由實驗得知，兩磁極間有相吸或相斥之力，稱為磁力。因此由力的丈量，可以得知磁的大小。有力就會有力矩，因磁所起的力矩稱為磁矩magneticmoment。早期科學(xué)家例如法拉第、居里等人嘗試在磁場丈量物質(zhì)所含磁矩之大小及其隨溫度變化的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)的不同反

23、響。一物體所含磁矩之量稱為磁化量。單位磁場所能引起的磁化量稱為磁化率magneticsusceptibility,由磁化率對溫度的定量關(guān)系，吾人便可定義反磁性、順磁性及強磁性等的不同。但以如此？仍然沒有答案。首先，磁矩是什麼呢？假設(shè)將磁鐵一再分割，每一新得之顆粒皆為一新的磁鐵，具有南、北N、S極，分割到最小而仍會保有N、S兩極的即為磁矩。目前，我們電子自旋或公轉(zhuǎn)，就造成此種最小單位比方電流繞線圈活動造成磁場。換句話說，磁矩就是電子運動公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)，未被抵消的凈量，亦即為磁陀magneticspin之凈值。除反磁性物質(zhì)以外，所有其他物質(zhì)在磁場都有或多或少的磁矩，可以定量地量測出來，很顯然地它們都含

24、有磁性的原子分子。那麼強磁性是怎麼來的呢？以同樣含有磁性原子而有的是強磁性，有的卻沒有呢？190日，斯WeissJ重復(fù)居理於189升的實驗，再配合數(shù)學(xué)家藍古文Langeuini的理論，假設(shè)磁性分子當(dāng)時以為分子是物質(zhì)之最小單位間有相互作用，稱為分子場moleculafield,并大膽推斷非強磁性物質(zhì)之分子場很小，而強磁性物質(zhì)之分子場非常大，大到足以使分子之磁矩同向排列而達飽和。溫度高到居里點編注：鐵磁性物質(zhì)由強磁性變?yōu)轫槾判詴r的溫度，稱為居里點以上時，熱能破壞了分子場的排列作用，使磁性分子混亂，即為順磁性。然那么，以大局部鐵、鉆、鍥等強磁性元素不會吸引別的鐵、鉆、鍥呢？既然它們部已磁化到飽和，應(yīng)

25、可作為很強的永久磁鐵才是啊。斯又提出另一個大膽假設(shè)，那就是物系為降低自由能以達安定化，會進步亂度。強磁性物質(zhì)部自動分成很多小區(qū)域，稱為磁區(qū)magneticdomain。在同一磁區(qū)磁化向是一致的，不同磁區(qū)間的磁化向不同且呈混亂化，故互相抵消，平常感覺不到它有磁性，只有在磁場加以磁化，打破磁區(qū)之混亂狀態(tài)，才能感受到它的強磁性。后人的實驗1931年印證此一預(yù)言見圖一，使斯名垂千古，其大膽假設(shè)、小心求證的治學(xué)態(tài)度更是為人津津樂道的原那么。194孫，斯的門生尼爾Neel繼續(xù)他的研究，發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)原子的磁矩受結(jié)晶格子影響很大，且分子場的作用很強，為負(fù)的，導(dǎo)致相鄰原子列之磁化向相反。假設(shè)大小相等那么完全抵消

26、，呈現(xiàn)反強磁性antiferromagnetism。假設(shè)大小不等，那么呈現(xiàn)亞強磁性；至此，物質(zhì)之磁現(xiàn)象原理已大致揭曉，尼爾因而在197(#榮獲諾貝爾物理獎。磁性材料的磁現(xiàn)象由磁區(qū)之消長來決定。磁區(qū)與磁區(qū)之間的界面稱為磁區(qū)壁domainwall，其磁陀由一個向逐漸轉(zhuǎn)至另一向，它很薄，只有數(shù)十至數(shù)百埃？。磁性材料的磁區(qū)壁假設(shè)能隨外加磁場的變動而隨時移動，該材料即是很輕易被磁化到飽和，也很輕易消磁；反之，假設(shè)想法阻礙磁區(qū)壁的運動，那么被磁化到飽和后該材料便不易被消磁。前者呈現(xiàn)暫時磁性，后者呈現(xiàn)永久磁性。磁性材料學(xué)家的工作即在於：利用固態(tài)物理、材料工程學(xué)、物理冶金學(xué)、機械冶金學(xué)等學(xué)理或技術(shù)，控制磁性材

27、料的成分、顯微構(gòu)造而使其性質(zhì)合於所需。永久磁性材料及其應(yīng)用磁性材料的優(yōu)劣常以磁滯曲線hysteresisloop見圖二,所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)表示之。圖上OBs表磁化曲線，其上於原點的切線斜率稱為初導(dǎo)磁率initialpermeability,noj割線斜率代表特定的B/H磁感應(yīng)/磁場強度比值，最大者即為最大導(dǎo)磁率以miBs點代表飽和磁感應(yīng)saturationinduction）單位以千高斯kG表示；Br點為殘留磁感應(yīng)；Hc點稱為保磁力或矯頑磁力coerciveforce,單位為Oe或kOe,1Oe相當(dāng)於1000/4Tt：A/m。在第二象限之磁滯曲線上任一點都代表一特定之BXH值對B、H投影線所圍面積，

28、其最大者稱為最大磁能積maximumenergyproduct簡寫為BHm,單位G.Oe,以百萬倍表之那么為MGOe。永久磁性材料講究Hc、Br及BHm愈大愈好，尤其BHm,它代表該磁鐵磁化后所貯存在部的能量，BHm值愈大代表它愈能對外作功，就像永不枯竭的電池一樣，假設(shè)Hc夠大數(shù)千Oe以上，店里溫度夠高，它便不易被消退磁。工程上Hc200Oe者，便可稱為永久磁鐵。十九世紀(jì)末至二十世紀(jì)初，可用的永久磁鐵只有淬火碳鋼。碳鋼淬火硬化，Hc即升高，愈硬者Hc愈高，故永久磁性又稱硬磁性；反之退火軟化者呈現(xiàn)暫時磁性，或軟磁性。淬火鋼Hc只有5070Oe,BHm只有0.20.3MGOe。191朝，科學(xué)家在碳

29、鋼添加Cr、W、Co,使Hc增至145250Oe,BHm近於1MGOe,在當(dāng)時是很大的突破。1931年日人三島創(chuàng)造Fe-Ni-Al三元合金磁鐵，Hc高達500OeBHm那么達1.4MGOe,翻開近代永磁材料開展的大門。以Fe-Al-Ni為主，添加Co、Cu、Si、Ti等元素改良而成的Alnico合金，直到1970年以前一直是永久磁鐵的主流。材料科學(xué)家藉合金設(shè)計的法那么，控制其相變化，使產(chǎn)生離相分解反響spinodaldeposition；并在磁場冷卻，令分解所得之相沿磁場向生長而得異性很高的優(yōu)秀磁鐵，Hc達6002000O0BHm為312MGOe問，可藉合金組成分及熱處理而調(diào)整磁性材料的特性。

30、時至本日，雖大量更新式或價廉之永磁已逐漸取而代之，但它極為穩(wěn)定的磁性可應(yīng)用至500c之高溫，使它在某些特定的應(yīng)用如微波通訊上，仍然不易遭淘汰。197/代創(chuàng)造之Fe-Cr-Co永磁合金即采用Alnico之原理設(shè)計出來，其磁性亦與Alnico合金相當(dāng)，筆者曾作過多年研究，圖三即顯示利用磁場熱處理，使Fe28Cr-12Co-Ti合金的離相分解沿磁場向排列的情況。分解出來的顆粒均勻直徑約300?勻長度約1200?磁區(qū)壁在其之運動極其困難,故Hc值很高，成為永久磁鐵。19321938問，在日、荷兩地開場開展白磁性氧化物鐵氧體ferrites，為本日永久磁性材料主流之一。鐵氧體的主要成分為Ba0.6Fe2

31、O或Sr0.6Fe2O3屬於六晶系；其Hc41.83.2kOe,Br約2.24.3,BHm約1.04.0MGOe視添加劑及裝程等而異。由於價廉、制取輕易，應(yīng)用很廣，目前月需2,00除噸，約3/4自制。196時，材料科學(xué)家研制成功稀土-鉆化物的永久磁鐵，為永久磁鐵開辟了另一片新天地。近二十年來，稀土永久磁鐵有長足進步。自最早之SmCo*金而Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7.2-8.5即Sm2CO1神合金，到最近的Nd2Fe14B合金1984年起，磁能積從破紀(jì)錄的20MGOeSmCo5至U30MGOeSm2Co1神再至U50MGOeNd-Fe-B合金,呈現(xiàn)奔騰式的進展，這都是回功於材料科學(xué)的研究與

32、開展。國目前在這面的研究與開發(fā)工作已與國際同步，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)制也展開，為很有潛力的高科技產(chǎn)業(yè)。圖四為筆者所研究的Nd-Fe-B合金之高解像電子顯微鏡照片，顯示兩顆Nd2Fe14B晶粒間的粒界有一層體心立bcc相的構(gòu)造，晶粒之平行線紋為c平面之格子像。其他的永磁材料還有很多，例如Cu-Ni-Co合金、Mn-Al-C合金及Pt-Co合金等，還有不下十余種，限於篇幅無法逐一介紹。在永久磁性材料中，有一些是體積很小而成效很大的磁紀(jì)錄材料magneticrecordingmaterial:粉末狀的有TFe2O3CrO2、Fe4N,金屬粉如Fe粉、Fe-Co合金粉等，大量用於錄音帶、錄影帶、磁碟等產(chǎn)業(yè)；另有制成

33、薄膜狀的Fe-Ni、Fe-Ni-P、Fe-Ni-Cr、Fe-Ni-Co等用於硬式磁碟，Co-Cr用於垂直紀(jì)錄，Tb-Fe-Co及Gd-Co等用於可讀寫的磁光紀(jì)錄等。永磁材料如前所述是一貯能裝置，只要設(shè)計得當(dāng)，它便能作功，上述之紀(jì)錄即為一例。其他的應(yīng)用場合包括：喇叭、馬達、發(fā)電機、計器、吸著裝置、磁選機等不勝枚舉。暫時磁性材料及其應(yīng)用暫時磁性材料系在受到磁化例如繞在其外面的線圈通上電流時后呈現(xiàn)很強的磁性，磁化場移除后，馬上消磁的材料。因此，可以用在交流電機上，甚至於高頻及超高頻的應(yīng)用場合。其應(yīng)用上的要導(dǎo)磁率及Bs值愈高愈佳，Hc值愈低愈佳因此BXH代表磁損，愈小。以開展的歷程來說，暫時磁性材料即

34、軟磁材料比永磁材料更早，而且成果較豐富。例如純鐵本身即為甚佳之軟磁材料，自十九世紀(jì)末即開場使用，目前的用量仍然很大。191/彳tFe-Ni合金即已由美國貝爾實驗室創(chuàng)造出來，后來稱為高導(dǎo)磁合金permalloy；至M95代其0值見圖二已可高達100,00Q稱為超導(dǎo)磁合金supermalloy。其磁性受鍥含量、軋延及退火式等的影響甚大。矽鋼片首創(chuàng)於190即前后,至193/制成向性矽鋼片以來，它已成為電機用軟磁合金的主流。這些軟性合金因系導(dǎo)體，大多只適合於低頻應(yīng)用的場合。鐵氧體軟磁材料以尖晶晶系為主；一般式為MFe2O4,M為二價離子，如Mn+、Zn+、Ni+、Cu+、Mg+、Co+,甚至於Fe+等

35、，例如目前市面上最常見的(Mn,Zn)Fe2O4、(Ni,Zn).Fe2O4及(Mn,Mg)Fe2O描。因鐵氧體軟磁材料系氧化物，電阻大，適用於高頻100MHz以下的場合。假設(shè)是超高頻，如100MHz500GHz微波圍那么需柘榴系鐵氧磁體一一Y3Fe5O1極其衍生物。1958,杜威齊Duwez創(chuàng)造非品質(zhì)合金amorphousalloy裝置以來，非晶合金又稱為金屬玻璃metallicglasS的磁性及機械性便非常受重視，并於197CH198(#間形成很大的一股研究高潮。美國Allied公司於197件，開場推出商用的非晶薄帶，其Bs高達16kG,Hc極小O.OlOe以下，電阻較矽鋼片高，因此用它制

36、成變壓器，磁損遠低於矽鋼片者，為最被看好的下一世代軟磁性材料。軟磁性材料廣泛應(yīng)用於以下各面：一通訊面一一電感器、濾波器、天線棒等。二電力面一一變壓器、馬達、發(fā)電機、阻流器等。產(chǎn)消費性產(chǎn)品面一一電視機偏向腕及馳返變壓器、阻流線圈等。四磁頭面一一錄音用磁頭高導(dǎo)磁合金、錄影用磁頭Fe-Si-Al合金、電腦用磁頭Mn-Zn鐵氧體等。五其他用途如磁遮蔽器、磁放大器、切換磁心及高級電磁鐵等。磁性材料是一多樣化的材料涵蓋金屬及非金屬瓷，薄膜、粉粒及塊料；具應(yīng)用圍廣及機械、電機、電子、資訊、交通、家用用具；其研究的根底又有賴於周態(tài)物理、材料科學(xué)及材料工程。因此，磁性材料是一種吸力很強的材料，它在兼容并蓄中快速

37、茁壯成長。我國的磁性材料產(chǎn)業(yè)已有近二十年的歷史，磁性材料研究那么僅有十余年歷史，固然也小有成績，但與產(chǎn)業(yè)先進比擬，仍落后甚遠，需要政府、企業(yè)界及學(xué)術(shù)界多面配合，投進人力、財力，以提升磁性材料的技術(shù)層次。由於它是多樣化的技術(shù)，其提升也能帶動其他相關(guān)技術(shù)的進步。我們鄰國日本對磁性材料的重視、提倡與投資，堪為我們的借鏡。答復(fù)者：tutu9454-魔法學(xué)徒一級3-219:29磁性材料指具有強的磁性及工程應(yīng)用價值的材料。大抵可分為：永久磁性材料、暫時磁性材料及半永久磁性材料三大類。它們廣泛地應(yīng)用於電子、電機、資訊、機械及交通等產(chǎn)業(yè)上。本文簡介磁性的由來、各類磁性材料的特性與功用。磁性材料magnetic

38、materia均系你我遭俯拾即是的材料。較醒目的，如白板上的磁鐵、磁性跳棋下面的磁、指南針、錄音帶、磁頭、軟式磁碟片等等；另外有更大量包裝在某些裝置裹面的磁性材料，如馬達、電視機、變壓器、汽車等等部，不一而足?？梢哉f，磁性材料已與現(xiàn)代人的生活息息相關(guān)。在材料科學(xué)的領(lǐng)域，它回類在電子材料裹面與導(dǎo)電材料、盡緣體、半導(dǎo)體等并列。但具有磁性之材料又涵蓋金屬材料、瓷材料，甚至於高分子材料。它的形態(tài)還包括塊料bluk、粉體particulate及薄膜thinfilm等。因此磁性材料本身為具有多元化角色的材料。以物理學(xué)的觀點來說，任材料都是磁性材料，也就是說，每一種材料都有一定的磁現(xiàn)象。有的在磁場會抵消一小

39、局部磁場強度，呈現(xiàn)反磁性diamagnetism,如銅；有的在磁場有微小的正感應(yīng)，呈現(xiàn)順磁性paramagnetism,如空氣；有的在磁場會感應(yīng)產(chǎn)生很強的磁性量稱為磁化量magnetization),呈現(xiàn)鐵磁性ferromagnetism,又稱強磁性或者亞鐵磁性ferrimagnetism,又稱亞強磁性等種類繁多。在產(chǎn)業(yè)上，只有具強磁性或亞強磁性的材料才能加以利用。但在物理、化學(xué)及醫(yī)學(xué)上，其他類型的磁性也有很大的功用。最有趣的例子是，醫(yī)學(xué)上利用人體器官分子的磁共振，可以迅速作完全身安康檢查，由器官分子的磁性，可以檢測病變之有無，所使用的設(shè)備叫做MRImagneticresonanceimagi

40、dg在此，只擬介紹產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值較大的強磁性及亞強磁性材料永久及暫時磁性材料；半永久性者種類及應(yīng)用較少，限於篇幅不談。磁性的由來直到二十世紀(jì)以前，人們包括科學(xué)家對物質(zhì)磁性的了解，不會比我們的老祖宗在數(shù)百、甚至於數(shù)千年前的了解好到那裹往。最近七十多年來，靠著很多受過密科學(xué)練習(xí)的物理家、化學(xué)家及數(shù)學(xué)家不斷的努力，終能逐漸解開它神秘的面紗，一窺其全貌。讓我們循著先哲的路線來了解磁性的起源。由實驗得知，兩磁極間有相吸或相斥之力，稱為磁力。因此由力的丈量，可以得知磁的大小。有力就會有力矩，因磁所起的力矩稱為磁矩magneticmoment。早期科學(xué)家例如法拉第、居里等人嘗試在磁場丈量物質(zhì)所含磁矩之大小及其

41、隨溫度變化的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)的不同反響。一物體所含磁矩之量稱為磁化量。單位磁場所能引起的磁化量稱為磁化率magneticsusceptibility,由磁化率對溫度的定量關(guān)系，吾人便可定義反磁性、順磁性及強磁性等的不同。但以如此？仍然沒有答案。首先，磁矩是什麼呢？假設(shè)將磁鐵一再分割，每一新得之顆粒皆為一新的磁鐵，具有南、北N、S極，分割到最小而仍會保有N、S兩極的即為磁矩。目前，我們電子自旋或公轉(zhuǎn)，就造成此種最小單位比方電流繞線圈活動造成磁場。換句話說，磁矩就是電子運動公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)，未被抵消的凈量，亦即為磁陀magneticspin之凈值。除反磁性物質(zhì)以外，所有其他物質(zhì)在磁場都有或多或少的

42、磁矩，可以定量地量測出來，很顯然地它們都含有磁性的原子分子。那麼強磁性是怎麼來的呢？以同樣含有磁性原子而有的是強磁性，有的卻沒有呢？190日，斯WeissJ重復(fù)居理於189升的實驗，再配合數(shù)學(xué)家藍古文Langeuimi的理論，假設(shè)磁性分子當(dāng)時以為分子是物質(zhì)之最小單位間有相互作用，稱為分子場moleculafield,并大膽推斷非強磁性物質(zhì)之分子場很小，而強磁性物質(zhì)之分子場非常大，大到足以使分子之磁矩同向排列而達飽和。溫度高到居里點編注：鐵磁性物質(zhì)由強磁性變?yōu)轫槾判詴r的溫度，稱為居里點以上時，熱能破壞了分子場的排列作用，使磁性分子混亂，即為順磁性。然那么，以大局部鐵、鉆、鍥等強磁性元素不會吸引別

43、的鐵、鉆、鍥呢？既然它們部已磁化到飽和，應(yīng)可作為很強的永久磁鐵才是啊。斯又提出另一個大膽假設(shè)，那就是物系為降低自由能以達安定化，會進步亂度。強磁性物質(zhì)部自動分成很多小區(qū)域，稱為磁區(qū)magneticdomain。在同一磁區(qū)磁化向是一致的，不同磁區(qū)間的磁化向不同且呈混亂化，故互相抵消，平常感覺不到它有磁性，只有在磁場加以磁化，打破磁區(qū)之混亂狀態(tài)，才能感受到它的強磁性。后人的實驗1931年印證此一預(yù)言見圖一，使斯名垂千古，其大膽假設(shè)、小心求證的治學(xué)態(tài)度更是為人津津樂道的原那么。194孫，斯的門生尼爾Neel繼續(xù)他的研究，發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)原子的磁矩受結(jié)晶格子影響很大，且分子場的作用很強，為負(fù)的，導(dǎo)致相鄰原

44、子列之磁化向相反。假設(shè)大小相等那么完全抵消，呈現(xiàn)反強磁性antiferromagnetism。假設(shè)大小不等，那么呈現(xiàn)亞強磁性；至此，物質(zhì)之磁現(xiàn)象原理已大致揭曉，尼爾因而在197(#榮獲諾貝爾物理獎。磁性材料的磁現(xiàn)象由磁區(qū)之消長來決定。磁區(qū)與磁區(qū)之間的界面稱為磁區(qū)壁domainwall，其磁陀由一個向逐漸轉(zhuǎn)至另一向，它很薄，只有數(shù)十至數(shù)百埃？。磁性材料的磁區(qū)壁假設(shè)能隨外加磁場的變動而隨時移動，該材料即是很輕易被磁化到飽和，也很輕易消磁；反之，假設(shè)想法阻礙磁區(qū)壁的運動，那么被磁化到飽和后該材料便不易被消磁。前者呈現(xiàn)暫時磁性，后者呈現(xiàn)永久磁性。磁性材料學(xué)家的工作即在於：利用固態(tài)物理、材料工程學(xué)、物理

45、冶金學(xué)、機械冶金學(xué)等學(xué)理或技術(shù)，控制磁性材料的成分、顯微構(gòu)造而使其性質(zhì)合於所需。永久磁性材料及其應(yīng)用磁性材料的優(yōu)劣常以磁滯曲線hysteresisloop見圖二,所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)表示之。圖上OBs表磁化曲線，其上於原點的切線斜率稱為初導(dǎo)磁率initialpermeability,noj割線斜率代表特定的B/H磁感應(yīng)/磁場強度比值，最大者即為最大導(dǎo)磁率以miBs點代表飽和磁感應(yīng)saturationinduction）單位以千高斯kG表示；Br點為殘留磁感應(yīng)；Hc點稱為保磁力或矯頑磁力coerciveforce,單位為Oe或kOe,1Oe相當(dāng)於1000/4Tt：A/m。在第二象限之磁滯曲線上任一點都代

46、表一特定之BXH值對B、H投影線所圍面積，其最大者稱為最大磁能積maximumenergyproduct簡寫為BHm,單位G.Oe,以百萬倍表之那么為MGOe。永久磁性材料講究Hc、Br及BHm愈大愈好，尤其BHm,它代表該磁鐵磁化后所貯存在部的能量，BHm值愈大代表它愈能對外作功，就像永不枯竭的電池一樣，假設(shè)Hc夠大數(shù)千Oe以上，店里溫度夠高，它便不易被消退磁。工程上Hc200Oe者，便可稱為永久磁鐵。十九世紀(jì)末至二十世紀(jì)初，可用的永久磁鐵只有淬火碳鋼。碳鋼淬火硬化，Hc即升高，愈硬者Hc愈高，故永久磁性又稱硬磁性；反之退火軟化者呈現(xiàn)暫時磁性，或軟磁性。淬火鋼Hc只有5070Oe,BHm只有

47、0.20.3MGOe。191朝，科學(xué)家在碳鋼添加Cr、W、Co,使Hc增至145250Oe,BHm近於1MGOe,在當(dāng)時是很大的突破。1931年日人三島創(chuàng)造Fe-Ni-Al三元合金磁鐵，Hc高達500OeBHm那么達1.4MGOe,翻開近代永磁材料開展的大門。以Fe-Al-Ni為主，添加Co、Cu、Si、Ti等元素改良而成的Alnico合金，直到1970年以前一直是永久磁鐵的主流。材料科學(xué)家藉合金設(shè)計的法那么，控制其相變化，使產(chǎn)生離相分解反響spinodaldeposition；并在磁場冷卻，令分解所得之相沿磁場向生長而得異性很高的優(yōu)秀磁鐵，Hc達6002000OeBHm為312MGOe問，可

48、藉合金組成分及熱處理而調(diào)整磁性材料的特性。時至本日，雖大量更新式或價廉之永磁已逐漸取而代之，但它極為穩(wěn)定的磁性可應(yīng)用至500c之高溫，使它在某些特定的應(yīng)用如微波通訊上，仍然不易遭淘汰。197/代創(chuàng)造之Fe-Cr-Co永磁合金即采用Alnico之原理設(shè)計出來，其磁性亦與Alnico合金相當(dāng)，筆者曾作過多年研究，圖三即顯示利用磁場熱處理，使Fe28Cr-12Co-Ti合金的離相分解沿磁場向排列的情況。分解出來的顆粒均勻直徑約300?勻長度約1200?磁區(qū)壁在其之運動極其困難,故Hc值很高，成為永久磁鐵。19321938問，在日、荷兩地開場開展白磁性氧化物鐵氧體ferrites，為本日永久磁性材料主

49、流之一。鐵氧體的主要成分為Ba0.6Fe2O或Sr0.6Fe2O3屬於六晶系；其Hc41.83.2kOe,Br約2.24.3,BHm約1.04.0MGOe視添加劑及裝程等而異。由於價廉、制取輕易，應(yīng)用很廣，目前月需2,00除噸，約3/4自制。196時，材料科學(xué)家研制成功稀土-鉆化物的永久磁鐵，為永久磁鐵開辟了另一片新天地。近二十年來，稀土永久磁鐵有長足進步。自最早之SmCo*金而Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7.2-8.5即Sm2CO1神合金，到最近的Nd2Fe14B合金1984年起，磁能積從破紀(jì)錄的20MGOeSmCo5至U30MGOeSm2Co1神再至U50MGOeNd-Fe-B合金，呈現(xiàn)

50、奔騰式的進展，這都是回功於材料科學(xué)的研究與開展。國目前在這面的研究與開發(fā)工作已與國際同步，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)制也展開，為很有潛力的高科技產(chǎn)業(yè)。圖四為筆者所研究的Nd-Fe-B合金之高解像電子顯微鏡照片，顯示兩顆Nd2Fe14B晶粒間的粒界有一層體心立bcc相的構(gòu)造，晶粒之平行線紋為c平面之格子像。其他的永磁材料還有很多，例如Cu-Ni-Co合金、Mn-Al-C合金及Pt-Co合金等，還有不下十余種，限於篇幅無法逐一介紹。在永久磁性材料中，有一些是體積很小而成效很大的磁紀(jì)錄材料magneticrecordingmaterial:粉末狀的有TFe2O3CrO2、Fe4N,金屬粉如Fe粉、Fe-Co合金粉等，大

51、量用於錄音帶、錄影帶、磁碟等產(chǎn)業(yè)；另有制成薄膜狀的Fe-Ni、Fe-Ni-P、Fe-Ni-Cr、Fe-Ni-Co等用於硬式磁碟，Co-Cr用於垂直紀(jì)錄，Tb-Fe-Co及Gd-Co等用於可讀寫的磁光紀(jì)錄等。永磁材料如前所述是一貯能裝置，只要設(shè)計得當(dāng)，它便能作功，上述之紀(jì)錄即為一例。其他的應(yīng)用場合包括：喇叭、馬達、發(fā)電機、計器、吸著裝置、磁選機等不勝枚舉。暫時磁性材料及其應(yīng)用暫時磁性材料系在受到磁化例如繞在其外面的線圈通上電流時后呈現(xiàn)很強的磁性，磁化場移除后，馬上消磁的材料。因此，可以用在交流電機上，甚至於高頻及超高頻的應(yīng)用場合。其應(yīng)用上的要導(dǎo)磁率及Bs值愈高愈佳，Hc值愈低愈佳因此BXH代表磁

52、損，愈小。以開展的歷程來說，暫時磁性材料即軟磁材料比永磁材料更早，而且成果較豐富。例如純鐵本身即為甚佳之軟磁材料，自十九世紀(jì)末即開場使用，目前的用量仍然很大。191/彳tFe-Ni合金即已由美國貝爾實驗室創(chuàng)造出來，后來稱為高導(dǎo)磁合金permalloy；至M95代其0值見圖二已可高達100,00Q稱為超導(dǎo)磁合金supermalloy。其磁性受鍥含量、軋延及退火式等的影響甚大。矽鋼片首創(chuàng)於190即前后,至193/制成向性矽鋼片以來，它已成為電機用軟磁合金的主流。這些軟性合金因系導(dǎo)體，大多只適合於低頻應(yīng)用的場合。鐵氧體軟磁材料以尖晶晶系為主；一般式為MFe2O4,M為二價離子，如Mn+、Zn+、Ni

53、+、Cu+、Mg+、Co+,甚至於Fe+等，例如目前市面上最常見的(Mn,Zn)Fe2O4、(Ni,Zn).Fe2O4及(Mn,Mg)Fe2O描。因鐵氧體軟磁材料系氧化物，電阻大，適用於高頻100MHz以下的場合。假設(shè)是超高頻，如100MHz500GHz微波圍那么需柘榴系鐵氧磁體一一Y3Fe5O1極其衍生物。1958,杜威齊Duwez創(chuàng)造非品質(zhì)合金amorphousalloy裝置以來，非晶合金又稱為金屬玻璃metallicglass的磁性及機械性便非常受重視，并於1970-198(#間形成很大的一股研究高潮。美國Allied公司於197件，開場推出商用的非晶薄帶，其Bs高達16kG,Hc極小0

54、.01Oe以下，電阻較矽鋼片高，因此用它制成變壓器，磁損遠低於矽鋼片者，為最被看好的下一世代軟磁性材料。軟磁性材料廣泛應(yīng)用於以下各面：一通訊面一一電感器、濾波器、天線棒等。二電力面一一變壓器、馬達、發(fā)電機、阻流器等。產(chǎn)消費性產(chǎn)品面一一電視機偏向腕及馳返變壓器、阻流線圈等。四磁頭面一一錄音用磁頭高導(dǎo)磁合金、錄影用磁頭Fe-Si-Al合金、電腦用磁頭Mn-Zn鐵氧體等。五其他用途如磁遮蔽器、磁放大器、切換磁心及高級電磁鐵等。磁性材料是一多樣化的材料涵蓋金屬及非金屬瓷，薄膜、粉粒及塊料；具應(yīng)用圍廣及機械、電機、電子、資訊、交通、家用用具；其研究的根底又有賴於周態(tài)物理、材料科學(xué)及材料工程。因此，磁性材

55、料是一種吸力很強的材料，它在兼容并蓄中快速茁壯成長。我國的磁性材料產(chǎn)業(yè)已有近二十年的歷史，磁性材料研究那么僅有十余年歷史，固然也小有成績，但與產(chǎn)業(yè)先進比擬，仍落后甚遠，需要政府、企業(yè)界及學(xué)術(shù)界多面配合，投進人力、財力，以提升磁性材料的技術(shù)層次。由於它是多樣化的技術(shù)，其提升也能帶動其他相關(guān)技術(shù)的進步。我們鄰國日本對磁性材料的重視、提倡與投資，堪為我們的借鏡。參考資料I.B.D.Cullity,IntroductiontoMagneticMaterials,Addison-WesleyPub.Co.,1972.2.夠性材料?T業(yè)技術(shù)研究院產(chǎn)業(yè)材料研究所技術(shù)資料198加金重勛任教於清華大學(xué)材料科學(xué)工

56、程系答復(fù)者：babi20boy-見習(xí)魔法師三級3-219:25【摘要】磁性材料指具有強的磁性及工程應(yīng)用價值的材料。大抵可分為：永久磁性材料、暫時磁性材料及半永久磁性材料三大類。它們廣泛地應(yīng)用於電子、電機、資訊、機械及交通等產(chǎn)業(yè)上。本文簡介磁性的由來、各類磁性材料的特性與功用。磁性材料magneticmaterials）系你我遭俯拾即是的材料。較醒目的，如白板上的磁鐵、磁性跳棋下面的磁、指南針、錄音帶、磁頭、軟式磁碟片等等；另外有更大量包裝在某些裝置裹面的磁性材料，如馬達、電視機、變壓器、汽車等等部，不一而足。可以說，磁性材料已與現(xiàn)代人的生活息息相關(guān)。在材料科學(xué)的領(lǐng)域，它回類在電子材料裹面與導(dǎo)電

57、材料、盡緣體、半導(dǎo)體等并列。但具有磁性之材料又涵蓋金屬材料、瓷材料，甚至於高分子材料。它的形態(tài)還包括塊料bluk、粉體particulate)及薄膜thinfilm等。因此磁性材料本身為具有多元化角色的材料。以物理學(xué)的觀點來說，任材料都是磁性材料，也就是說，每一種材料都有一定的磁現(xiàn)象。有的在磁場會抵消一小局部磁場強度，呈現(xiàn)反磁性diamagnetism),如銅；有的在磁場有微小的正感應(yīng)，呈現(xiàn)順磁性paramagnetism!,如空氣；有的在磁場會感應(yīng)產(chǎn)生很強的磁性量稱為磁化量magnetization),呈現(xiàn)鐵磁性ferromagnetism,又稱強磁性或者亞鐵磁性ferrimagnetism

58、,又稱亞強磁性等種類繁多。在產(chǎn)業(yè)上，只有具強磁性或亞強磁性的材料才能加以利用。但在物理、化學(xué)及醫(yī)學(xué)上，其他類型的磁性也有很大的功用。最有趣的例子是，醫(yī)學(xué)上利用人體器官分子的磁共振，可以迅速作完全身安康檢查，由器官分子的磁性，可以檢測病變之有無，所使用的設(shè)備叫做MRImagneticresonanceimagidg在此，只擬介紹產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值較大的強磁性及亞強磁性材料永久及暫時磁性材料；半永久性者種類及應(yīng)用較少，限於篇幅不談。磁性的由來直到二十世紀(jì)以前，人們包括科學(xué)家對物質(zhì)磁性的了解，不會比我們的老祖宗在數(shù)百、甚至於數(shù)千年前的了解好到那裹往。最近七十多年來，靠著很多受過密科學(xué)練習(xí)的物理家、化學(xué)家及

59、數(shù)學(xué)家不斷的努力，終能逐漸解開它神秘的面紗，一窺其全貌。讓我們循著先哲的路線來了解磁性的起源。由實驗得知，兩磁極間有相吸或相斥之力，稱為磁力。因此由力的丈量，可以得知磁的大小。有力就會有力矩，因磁所起的力矩稱為磁矩magneticmoment。早期科學(xué)家例如法拉第、居里等人嘗試在磁場丈量物質(zhì)所含磁矩之大小及其隨溫度變化的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)的不同反響。一物體所含磁矩之量稱為磁化量。單位磁場所能引起的磁化量稱為磁化率magneticsusceptibility,由磁化率對溫度的定量關(guān)系，吾人便可定義反磁性、順磁性及強磁性等的不同。但以如此？仍然沒有答案。首先，磁矩是什麼呢？假設(shè)將磁鐵一再分割，

60、每一新得之顆粒皆為一新的磁鐵，具有南、北N、S極，分割到最小而仍會保有N、S兩極的即為磁矩。目前，我們電子自旋或公轉(zhuǎn)，就造成此種最小單位比方電流繞線圈活動造成磁場。換句話說，磁矩就是電子運動公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)，未被抵消的凈量，亦即為磁陀magneticspin之凈值。除反磁性物質(zhì)以外，所有其他物質(zhì)在磁場都有或多或少的磁矩，可以定量地量測出來，很顯然地它們都含有磁性的原子分子。那麼強磁性是怎麼來的呢？以同樣含有磁性原子而有的是強磁性，有的卻沒有呢？190日，斯WeissJ重復(fù)居理於189升的實驗，再配合數(shù)學(xué)家藍古文Langeuini的理論，假設(shè)磁性分子當(dāng)時以為分子是物質(zhì)之最小單位間有相互作用，稱為分子場