功能復(fù)合材料-2-磁性復(fù)合材料

1、2020/6/25，功能復(fù)合材料，12020/6/25，功能復(fù)合材料，22020/6/25，功能復(fù)合材料，32。2聚合物基磁性復(fù)合材料，主要由強磁性粉末(功能體)、聚合物基體(粘結(jié)劑)和加工助劑組成。2020/6/25，功能復(fù)合材料，4，1。鐵氧體磁粉BaO Fe2O3或SrO Fe2O3 2。SmCo5磁粉第一代稀土復(fù)合永磁材料3。Sm2Co17磁粉二代稀土復(fù)合永磁材料4。釹鐵硼第三代稀土復(fù)合永磁材料中，磁粉的粒度是影響磁性復(fù)合材料性能的重要因素。鐵氧體和SmCo5粉末的矯頑力受磁體中晶粒成核機制的控制。因此，當(dāng)磁粉的粒徑接近或等于單疇時，其矯頑力明顯提高，抗外界干擾的能力明顯增強。用Sm2

2、Co17和熔體淬火法生產(chǎn)的微晶NdFeB磁粉的矯頑力由晶粒中的疇壁釘扎決定，其矯頑力不受晶粒尺寸的影響，但其晶粒尺寸主要由堆積密度和制造工藝等因素決定。磁粉的粒度分布也影響磁性復(fù)合材料的性能。2020/6/25，功能復(fù)合材料，5，2020/6/25，功能復(fù)合材料，7，2.2.2聚合物基體，可分為橡膠、熱固性樹脂和熱塑性樹脂。2.2.3加工添加劑。為了改善復(fù)合體系的流動性，經(jīng)常加入各種添加劑以改善磁性功能體沿易磁化軸的取向并增加磁粉含量。經(jīng)常使用一些硬脂酸鹽潤滑劑、偶聯(lián)劑和增塑劑。其中，硅烷偶聯(lián)劑對提高磁性功能體的抗氧化能力也有一定的作用。2020/6/25，功能復(fù)合材料，8，2.2.4聚合物基

3、磁性復(fù)合材料的制備技術(shù)通常采用成型、注射成型、擠出等技術(shù)。釹鐵硼/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的性能與成型壓力的關(guān)系，2020/6/25，功能復(fù)合材料，9，2.3，磁性復(fù)合材料的性能、分類和應(yīng)用，2.3.1，磁性復(fù)合材料的性能與填充磁體含量的關(guān)系，低填充量顆粒磁性功能體填充復(fù)合材料的相對磁導(dǎo)率：r(V)=1 A Vr；取決于磁性材料的性能、形狀和填充量的系數(shù)；磁性材料填充的體積分數(shù)。2020/6/25，功能復(fù)合材料，10。隨著填充率的增加，滲透率明顯偏離線性。r(V)=1 B V 2 B，磁感應(yīng)強度。對于填充有兩種或兩種以上不同尺寸、不同尺寸分布和形狀的磁粉的混合磁性復(fù)合材料，如果顆粒形態(tài)相似，磁性能不同

4、，則r與各種磁性材料體積分數(shù)V i的關(guān)系可表示為：r(V1，V2)=1 B1V2 2 B2V2 2，2020/6/25，功能復(fù)合材料，11。由于磁性材料分為軟磁性和硬磁性，因此，此外，鐵磁(鐵磁和亞鐵磁)微粒被涂覆在高分子帶或金屬盤上以形成用于磁記錄的磁帶或磁盤，這也是一種非常重要的磁性復(fù)合材料，例如通過與液體混合而形成的磁性流體。2.3.2磁性復(fù)合材料的分類，2.3.3磁性復(fù)合材料的應(yīng)用，2020/6/25，功能復(fù)合材料，12，2.4永磁復(fù)合材料，一般而言，永磁材料密度高，易碎且堅硬，不易加工成復(fù)雜的形狀。然而，在制造聚合物基體或軟金屬基體復(fù)合材料之后，可以克服上述加工困難的缺點。典型的永磁

5、材料包括永磁鐵氧體、鋁鎳鈷和稀土永磁材料。2020/6/25，功能復(fù)合材料，13，永磁復(fù)合材料的功能成分是磁粉，高聚物和軟金屬起粘結(jié)劑的作用。其中，聚合物應(yīng)用廣泛，如環(huán)氧樹脂、尼龍和橡膠。2020/6/25，功能復(fù)合材料，14，成型，注射成型，擠出和其他技術(shù)經(jīng)常用于制造，2020/6/25，功能復(fù)合材料，15。顯然，與高密度金屬磁體或陶瓷磁體(鐵氧體)相比，復(fù)合磁體的優(yōu)異加工性能是以犧牲某些磁性為代價的。2020/6/25，功能復(fù)合材料，16，非磁性基體和非磁性相的比例直接影響材料的飽和磁化強度和剩余磁化強度，這可以由以下關(guān)系式表示：2020/6/25，功能復(fù)合材料，17，其中，Mr是復(fù)合磁體

6、的剩余磁化強度；Ms是磁性元件的飽和磁化強度；是復(fù)合磁體的密度；o是磁性成分的理論密度；是復(fù)合物中非磁性相的體積分數(shù)；f是鐵磁相在外磁場方向上的取向度。2020/6/25，功能復(fù)合材料，18，由于復(fù)合永磁材料易于成型和良好的加工性能，常用于制造薄壁微型電機的環(huán)形定子，如計算機主軸電機、時鐘步進電機等。2020/6/25，功能復(fù)合材料，19，復(fù)合永磁材料良好的可成形性使其適用于制造小尺寸和復(fù)雜形狀的永磁體。如汽車儀表磁鐵、磁力軸承和各種蜂鳴器。2020/6/25，功能復(fù)合材料，20，復(fù)合永磁材料的功能體可視為由各種磁粉(如鐵氧體、鋁鎳鈷、釤鈷、釹鐵硼等)制成的粘結(jié)磁體。)。也可以選擇兩種或更多種

7、不同的磁粉與聚合物材料復(fù)合，以獲得更廣泛的實際性能。2020/6/25，功能復(fù)合材料，21，電子元件的小型化導(dǎo)致在磁路中追求更高的驅(qū)動頻率。用于此目的的軟磁材料，除了高飽和磁化強度和高磁導(dǎo)率之外，還要求它們具有低交流損耗。2.5軟磁復(fù)合材料，2020/6/25，功能復(fù)合材料，22，大尺寸金屬軟磁材料，其相對磁導(dǎo)率R隨驅(qū)動頻率的增加而迅速降低，如下圖所示：2020/6/25，功能復(fù)合材料，23，鐵硅鋁粉末顆粒復(fù)合體的相對磁導(dǎo)率隨驅(qū)動頻率的變化，如果軟磁材料(如鐵硅鋁合金)制成粉末，表面被極薄的A12O3層或高聚物隔離和絕緣。 然后通過熱壓或模壓固化成塊狀軟磁體，從圖A、B和D的曲線可以看出，20

8、20/6/25，功能復(fù)合材料，25的R值，在寬的驅(qū)動頻率范圍內(nèi)不隨交變磁場頻率的增加而減小。2020/6/25，功能復(fù)合材料，26，這種復(fù)合軟磁材料的相對磁導(dǎo)率r值可以用下面的公式：來描述，其中d，c分別代表金屬顆粒的尺寸、大塊金屬相的磁導(dǎo)率和包層的厚度。2020/6/25，功能復(fù)合材料，27。顯然，所需的相對磁導(dǎo)率R可以通過選擇合適的金屬顆粒尺寸和涂層厚度來獲得，這對電感器和軛源環(huán)的設(shè)計非常重要。2020/6/25，功能復(fù)合材料，28，由于涂有絕緣材料，這種材料的電阻率比其母合金高得多(高1011倍)，因此它在交變磁場下具有低磁損耗。下圖顯示了在1兆赫茲的高頻下復(fù)合材料的磁損耗和粉末顆粒尺寸

9、d之間的關(guān)系。2020/6/25，功能復(fù)合材料，29，磁損耗和軟磁粉末粒度之間的關(guān)系。從圖中可以看出，粉末尺寸越小，損耗越低。因此，損耗PL值可以通過調(diào)節(jié)磁粉顆粒的尺寸來調(diào)節(jié)。2020/6/25，功能復(fù)合材料，30，記錄聲音和圖像，然后讀出(再現(xiàn))，如下圖所示：2.6磁記錄和讀取，2.6.1磁記錄材料的工作原理，2020/6/25，功能復(fù)合材料，31，磁記錄和再現(xiàn)原理示意圖，2022當(dāng)讀取時，與記錄過程相反，聲音和圖像被再現(xiàn)。2020/6/25，功能復(fù)合材料，33，理想的磁記錄介質(zhì)應(yīng)該盡可能致密，能夠長時間保持記錄，并且在再現(xiàn)期間輸出盡可能高。當(dāng)考慮實現(xiàn)高密度、長期存儲和，2020/6/25，

10、功能復(fù)合材料，34，作為記錄介質(zhì)的鐵磁材料，其主要性能指標(biāo)是矯頑力Hc和剩余磁化強度Mr。這兩個性能指標(biāo)不僅受磁性材料種類的影響，還受顆粒大小和形狀的影響。2.6.2磁記錄介質(zhì)的性能，2020年6月25日，功能復(fù)合材料，35。下表列出了當(dāng)前使用的磁記錄介質(zhì)材料的磁性。各種磁粉的特性，在表中的排列是按發(fā)展的順序排列的。2020/6/25，功能復(fù)合材料，36。從表中可以看出，材料的每一次重大改進都會使介電材料的磁性發(fā)生質(zhì)的飛躍，同時也使磁記錄密度有了很大的提高。2020/6/25，功能復(fù)合材料，37。在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上，為了進一步提高記錄密度，應(yīng)考慮疊層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。2.6.3疊層結(jié)構(gòu)對磁帶性能的影

11、響一般來說，對于粉狀磁性材料，首先用適當(dāng)?shù)木酆衔镒鳛檎澈蟿┲瞥赏繉樱缓笥眠m當(dāng)?shù)姆椒▽ν繉舆M行涂覆和干燥，制成如下圖所示的疊層片，即記錄磁帶。顯然，它屬于層狀功能復(fù)合材料。2020/6/25，功能復(fù)合材料，38，記錄帶的結(jié)構(gòu)，2020/6/25，功能復(fù)合材料，39。到目前為止，已經(jīng)采取了以下措施來改善涂覆帶的性能：(1)提高磁性材料在磁性層中的填充率；(2)盡量減少磁性材料的顆粒；(3)減小磁頭和磁帶之間的間隙，防止磁損耗。2020/6/25，功能復(fù)合材料，40，所有這些都可以提高磁帶的記錄密度。然而，這些改進是有限的，超過一定限度將導(dǎo)致一些負面影響。因此，為了進一步提高記錄密度，有必要有一種

12、新的堆疊概念和技術(shù)，即創(chuàng)建一種以復(fù)合技術(shù)為中心的新功能。2020/6/25，功能復(fù)合材料，41。目前，研究人員已經(jīng)做了兩次嘗試。首先，試著把單磁性層變成雙磁性層。第二，磁性層通過真空鍍鈷/鎳合金膜來制造，而不是涂覆磁粉和粘合劑。2020/6/25，功能復(fù)合材料，42，將單個磁性層變?yōu)殡p磁性層的嘗試是在上層中使用具有高矯頑力的微粒金屬磁性材料，厚度為0.4um，在下層中使用具有低矯頑力的鈷改性氧化鐵磁性材料，厚度為2.5 m。這樣，上層可以高效地記錄和再現(xiàn)用高頻強磁場記錄的亮度信號。2020/6/25，功能復(fù)合材料，43。另一方面，因為音調(diào)信號和聲音信號是低頻的，它們在磁性層的深層變?nèi)?。因此，?/p>

13、層和下層的厚度和矯頑力可以適當(dāng)匹配，以獲得比僅使用一種磁性材料的磁性層更高的輸出功率。這樣，在不同的波長下輸出功率增加，并且可以獲得更清晰的圖像和聲音。然而，這種雙層結(jié)構(gòu)對涂層技術(shù)提出了更高的要求，這是常規(guī)涂層方法無法達到的。2020/6/25，功能復(fù)合材料，44，鈷鎳合金薄膜帶的設(shè)計和構(gòu)思基于這樣的觀點，即待記錄的信號的波長將來可能向短波長發(fā)展。由于短波長磁場的深度較淺，考慮到厚度損失的問題，0.2um的超薄薄膜是最理想的。為了制造這種超薄薄膜，真空蒸發(fā)是合適的。2020/6/25，功能復(fù)合材料，45。此外，磁性材料具有更好的性能，并且可以自身提高記錄密度。各種磁粉的特性如下表所示：2020

14、/6/25，功能復(fù)合材料，46。從表中可以看出，最大的剩磁是鈷鎳合金，如果鍍成薄膜，磁性材料的填充率幾乎是100%。無論剩磁是大還是填充率都有利于提高輸出功率。2020/6/25，功能復(fù)合材料，47，2.7 MHD是通過將鐵磁(鐵磁和亞鐵磁)微粒與液體均勻混合而形成的膠體液體。它不僅有人類，2020/6/25，功能復(fù)合材料，49。為了防止磁粉的沉淀和團聚，穩(wěn)定磁性液體，需要選擇合適的磁粉粒度、分散劑的物理參數(shù)和用量以及基液的物理參數(shù)，使磁粉的磁偶極矩和熱動力之間的綜合作用形成勢壘，有利于磁性液體的穩(wěn)定。2020/6/25，功能復(fù)合材料，50，該組合物中的磁粉是由金屬或非金屬強磁性材料制成的，其

15、是通過化學(xué)沉淀法、熱分解法、機械研磨法、電解法等方法制成的，并且具有粒徑約為1 100 nm的單疇顆粒。2020/6/25，功能復(fù)合材料，51，有多種基質(zhì)液體，通常根據(jù)它們的應(yīng)用進行選擇。目前，主要使用非金屬基液，主要包括以下六種類型。2020/6/25，功能復(fù)合材料，52，(1)水是一種常見且經(jīng)濟的基液，可在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)酸堿度；然而，它易于蒸發(fā)，這適合于制備用于礦物加工和磁性印刷的磁性液體。2020/6/25，功能復(fù)合材料，53，(2)酯和二酯具有低蒸氣壓、合適的粘度和良好的潤滑性，適用于制備真空密封和阻尼系統(tǒng)中使用的磁性液體。2020/6/25，功能復(fù)合材料，54，(3)碳氫化合物具有低

16、粘度、高電阻率和介電常數(shù)，適用于制備需要良好電絕緣和低粘度的磁性液體。2020/6/25，功能復(fù)合材料，55，(4)氯代烴適用溫度范圍廣，對氯氣穩(wěn)定性高，不溶于其他液體，因此適用于制備在溫度變化大和氯氣條件苛刻的條件下使用的磁性液體。2020/6/25，功能復(fù)合材料，56，(5)聚苯醚具有低蒸氣壓和良好的耐輻射性，適用于制備應(yīng)用于高真空或輻照環(huán)境的磁性液體。2020/6/25，功能復(fù)合材料，57，(6)汞和低熔點金屬合金具有高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，適用于制備需要高傳熱或?qū)щ娦缘拇判砸后w。2020/6/25，功能復(fù)合材料，58，分散劑使一層長鏈分子吸附在磁粉表面形成緩沖層，并使磁粉在磁場和電場的作用下不團聚。2020/6/25，功能復(fù)合材料，59，因此，要求分散劑分子鏈的一端吸附在磁粉表面，另一端用堿溶液膠溶和吸附；此外，還要求分子鏈具有一定的鏈長，以獲得有效的抗聚集效果。2020/6/25，功能復(fù)合材料，60。分散劑主要包括陰離子分散劑、陽離子分散劑、兩性分散劑和中性(非離子)分散劑。分散劑的用量一般為磁粉重量的5% 10%。2020/6/25，功能復(fù)合材料，61，2.7.1磁性液體的類型根據(jù)組成、特性和應(yīng)用要求，磁性液體可分為三類。(1)非金屬磁性(粉末)液體：(2)金屬磁性(粉末)液體；(3)純金屬磁性液體，2020/6/2