《磁性材料》基本要求.doc

1、1磁性材料基本要求一、熟练掌握基本概念：(1) 磁矩：磁偶极子等效的平面回路的电流和回路面积的乘积， m=iS，方向由右手定则确定，单位 Am2。(2) 磁化强度（M ）：定义单位体积磁性材料内磁矩的矢量和称为磁化强度，用 M 表示，SI单位为 A/m。CGS 单位：emu/cm 3。换算关系：1 103 A/m = emu/cm3。(3) 磁场强度（H）：单位强度的磁场对应于 1Wb 强度的磁极受到 1 牛顿的力。SI 单位是Am-1。CGS 单位是奥斯特(Oe) 。换算关系：1 A/m =4/ 10 3 Oe。(4) 磁化曲线：磁体从退磁状态开始到磁化饱和的过程中，磁感应强度 B、磁化强度

2、 M 与磁场强度 H 之间的非线性关系曲线。(5) 退磁曲线：磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线。(6) 退磁场：当一个有限大小的样品被外磁场磁化时，在它两端出现的自由磁极将产生一个与磁化强度方向相反的磁场。该磁场被称为退磁场。退磁场的强度与磁体的形状及磁极的强度有关存在：Hd=-NM。(7) 饱和磁感应强度 Bs(饱和磁通密度) ：磁性体被磁化到饱和状态时的磁感应强度。SI 单位是特斯拉T或Wbm -2；CGS 单位是高斯(Gauss)。换算关系：1 T = 104 G。(8) 磁导率：定义为磁感应强度与磁场强度之比 ，表示磁性材料传导和通过磁力线的能力单位为亨利米（m -1） (9) 起

3、始磁导率：磁性体在磁中性状态下磁导率的极限值。 HBi0lim1(10)磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比： = M/H (11)居里温度：即铁磁性材料（或亚磁性材料）由铁磁状态（或亚铁磁状态）转变为顺磁状态的临界温度，在此温度上，自发磁化强度为零。(12)磁各向异性：磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。包括：磁晶各向异性，形状各向异性，感生各向异性和应力各向异性等。(13)磁致伸缩效应： 磁性材料由于磁化状态的改变，其长度和体积都要发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩或磁致伸缩效应。(14)磁畴：在未加外磁场时铁磁体内部已经自发磁化到饱和状态（每一个磁矩取向一致）的小区域。(15)磁畴

4、壁：相邻两磁畴之间磁矩按一定规律逐步改变方向的过渡层。(16)技术磁化：在外磁场作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和的内部变化过程。(17)内禀矫顽力( MHc)：从磁性体的饱和磁化状态，沿饱和磁滞回线单调改变磁场强度 H，使磁化强度 M 减小到 0 的磁场强度。通常有：| MHc|BHc|。2(18)最大磁能积 （ BH） max：退磁曲线上磁能积最大的一点，工程应用中通常将(BH) max 称为磁能积。磁能积是表征永磁材料中能量大小的物理量。SI 单位：kJ/m 3，CGS 单位：MGOe。换算关系：1MGOe=(10 2 / 4 kJ/m3. (19)在磁性材料的技术磁参量中，Ms,

5、Tc，s, K 等内禀磁参量对组织结构不敏感，它们主要取决于材料的化学成分。外禀磁参量: Hc、Mr 或 Br、磁导率、损耗、磁能积等对材料结构（如晶粒尺寸、晶体缺陷、晶粒取向等）敏感，可以通过适当的工艺改变。(20)磁滞损耗： 磁滞回线所包围的面积相当于磁化一周所产生的能量损耗。(21)动态磁滞回线：铁磁体在周期性变化的交变磁场中时，其磁化强度也周期性地反复变化，构成动态磁滞回线。它与静态磁滞回线有相似之处，也有差别：在相同的磁场强度范围内，动态磁滞回线比静态磁滞回线的面积大一些。因在静态磁场下，只有磁滞损耗；而在交变磁场下，除了磁滞损耗外还有涡流损耗和剩余损耗。(22) 磁谱：磁谱是指铁磁

6、体在交变磁场中的复数磁导率的实部 和虚部 随频率变化的关系曲线。(23)截止频率 fr：在材料的磁谱曲线上，复数磁导率的实部 下降到初始值的一半或虚部 达到极大值时所对应的频率称为该材料的截止频率。材料的截止频率 fr 与起始磁导率 i 有密切的关系。般而言，材料的起始磁导率 i 越低，其截止频率 fr 越高。(24)品质因数 Q: Q 表示软磁材料在交变磁化时，能量的贮存和能量的损耗之比。Q 值是复数磁导率的实部和虚部之比。因此有：Q= / .(25)损耗因子 tan: 损耗角的正切 tan 称为材料的损耗因子。损耗因子可以定义为复数磁导率的虚部与实部购比值，其物理意义为铁磁材料在交变磁化过

7、程中能量的损耗与贮存之比。tan=1/Q(26)低自旋态：在强晶场下，当电子轨道分裂能隙大于电子成对能 (Ep)时，洪德法则不再成立。电子由最低能级开始填充，如果电子填充到与上一个能级之间的能隙大于电子成对能时，电子将以相反的自旋填充到最低能级轨道并成对，因而最低能级的电子轨道同时有两个自旋相反的电子占据，而能量高的电子轨道没有电子占据。这种电子组态称为低自旋态。(27)高自旋态：在弱晶场下，当电子轨道分裂能小于电子成对能 (1000A/m(12.5Oe)半硬磁材料：Hc :100 1000A/m(1.2512.5Oe) 。例 1牌号为 1J46 的冷轧铁镍软磁薄带的饱和磁化强度为 Ms =

8、11.9105 Am-1，则饱和磁极化强度 Js 为_ T （特斯拉） ，沿薄膜法向的退磁场 Hd 为_ Am-1，最大矫顽力 Hc = 20 A/m，相当于 Hc = _ Oe （奥斯特） 。 （注： 0 = 410-7 Hm-1） 。Magnetic Term Symbol SI unit CGS unit conversion factormagnetic induction B Tesla (T) Gauss (G) 1 T = 104 Gmagnetic field H A/m Oersted (Oe) 1 A/m =4/103 Oemagnetization M A/m emu/c

9、m3 1 A/m = 10-3 emu/cm3mass magnetization Am2/kg emu/g 1 Am2/kg = 1 emu/gmagnetic moment m Am2 emu 1 Am2 = 103emuvolume susceptibility dimensionlessdimensionless 4 (SI) = 1 (cgs)mass susceptibility m3/kg emu/Oeg 1 m3/kg = 103/4emu /Oeg4permeability offree space 0 H/mdimensionless 4x10-7 H/m = 1 (cgs

10、)A= Amperecm= centimeteremu= electromagnetic unitg= gramkg= kilogramm= meterH= Henry SI 制：B = 0（H+M） ；B 的单位是T或Wb/m2；M 和 H 的单位是 A/m 。在高斯（Gauss）单位制中：B = H + 4M； B 的单位是高斯G；H 的单位是奥斯特（Oe） ；M 的单位是 emu/cm3，即 emu/cc。 基本换算：B: 1 T = 104 G；H: 1 kAm -1 = 4Oe ；1Oe = 79.5775 A/m；M: 1 kAm-1 = emu cm-3；1 Am 2/kg =

11、1 emu/g；(BH)max: 1 kJm -3 = 410 -2 MGOe；基本物理量：普朗克常数 h = 6.62610-34 Js；玻尔兹曼常数 k = 1.3810-23 J/K； 0 = 410 -7 Hm-1；c = 3108 m/s；电子电荷量 e1.610 -19库仑；电子质量 me = 9.10938188 10-31 公斤；波尔磁子 B = eh/（4m e）=9.27310 -24 Am2。三、原子磁矩基态原子的电子结构 占据壳层的规律 ：洪特法则： (1). 在泡利原理许可的条件下，总自旋量子数 S 取最大值 S=S z；(2). 在满足以上条件下，总轨道角动量量子数

12、 L 取最大值 L=m z；(3). 总角动量量子数 J 有两种取法：电子填充未半满时，J= L-S，电子数等于或超过一半时，J=L+S。例 1：P r3+离子（未满壳层 4f 2） ：（1）总自旋量子数 S：电子填充未达半满时，基态下两个电子相互平行, 总自旋量子数S= Sz =2（ 1/2）=1；（2）总轨道角动量量子数 L：这两个电子优先占据 mz = 3，2 两个轨道，总轨道角动量量子数 L =5 ；（3）总角动量量子数 J：由于壳层未半满，总角动量量子数 J=L-S=4 ； （4）离子磁矩（有效磁矩） J：根据 =3.58 B，其中兰德BJJg)1(5因子： = 4/5。)1(2)(

13、)1(JLSJgJ4f2 电子的自旋和轨道角动量排列示意图：m： 3 2 1 0 -1 -2 -3 L=5S： S=1J = L-S例 2：Dy 3+的离子（未满壳层为 4f 9）（1）总自旋量子数 S：电子填充超过半满时，基态下自旋角动量 S 是由未成对的另外五个自旋向上电子决定，总自旋量子数 S=S z = 5（1/2）=5/2；（2）总轨道角动量量子数 L：电子填充超过半满时，总轨道角动量 L 是由自旋向下的二个轨道决定，总轨道角动量量子数 L = m z = 3 + 2 = 5；（3）总角动量量子数 J：由于壳层超过半满，总角动量量子数： J=L+S=15/2。 ； （4）离子磁矩（有

14、效磁矩） J：根据 =10.63 B，其中兰德BJJg)1(因子：= 4/3。)1(2)()1(JLSJgJDy3+ 离子 4f 9 电子的自旋和轨道角动量排列示意图：m： 3 2 1 0 -1 -2 -3 S： S = 5/2 L =m z = 3 + 2 = 5J = L + S 例 3：试计算 Fe3+ （或 Fe2+） 的基态磁矩为 5 B (4 B)。 （有几个未成对电子，就有几个 B） 。 （提示：过渡元素的原子或离子组成物质时，轨道角动量冻结，因而不考虑 L（L=0） ） 。解： Fe3+ 电子组态：3d 5，m： 2 1 0 -1 -2 L = 0S： S = 5/2； J =

15、 L+ S = S = 5/2；基态的光谱项6S5/2；g J = 2 BBBB 916.5916.5)1(2)( Fe+2 3d6 S2m： 2 1 0 -1 -2 L = 2 S： S=2； L=2；S=2；J=4；基态的光谱项62S+1LJ： 5D4； 。BBJJg 89.4)1(3d4的 J 为 零 ， 但 有 4MB磁 矩 ， 因 为 3d电 子 轨 道 角 动 量 被 冻 结74 5 21cm-1 =.24x10-4 ev2s+1LJ10 八 面 体 络 合 物 中 d电 子 的 排 布当 0 P时 ， 即 强 场 的 情 况 下 ， 电 子 尽 可 能 占 据低 能 的 t2g轨

16、 道 。注 意 ： d1,d2,d3,d8,d9和 d10无 高 低 自 旋 之 分 ， 仅 d4,d56和 d7有 。d1 d2d3d4d5d6d7d8 d9d10 egt2g11(2)四 面 体 络 合 物 中 d电 子 的 排 布在 相 同 的 条 件 下 ， d轨 道 在 四 面 体 场 作 用 下 的 分 裂能 只 是 八 面 体 作 用 下 的 4/9， 这 样 分 裂 能 是 小 于 成 对能 的 。 因 而 四 面 体 络 合 物 大 多 是 高 自 旋 络 合 物 。d电 子 的 具 体 排 布 情 况 如 下 ：t et2d1 d2d3d4d5d6d7d8 d9d10尖 晶

17、 石 ： MgAl2O4 分 子 通 式 ： X2+Y23+4单 胞 分 子 式 ：X82+Y163+O32-立 方 晶 系 ， 面 心 点 阵空 间 群 ： Oh7(F3dm)每 一 晶 胞 容 纳 ：24（ 8+16） 个 阳 离 子 ，32个 阴 离 子 ，相 当 于 8个 分 子 。两 种 间 隙 ：8个 四 面 体 间 隙 A；16个 八 面 体 间 隙 B。二 . 尖 晶 石 的 结 构 特 点正 型 尖 晶 石 铁 氧 体 ： (X2+)Y23+O4反 型 尖 晶 石 铁 氧 体 ： (Y3+)X+3+4混 合 型 分 布 铁 氧 体 ： ( 2+Y1- 3+)X1- 2+Y1+

18、 3+O412以 Fe3O4为 例 ， 按 它 的 阳 原 子 位 置 不 同 可 以 表 示 为 ：（ Fe+3） Fe+3Fe+2 O4八 面 体 位 置Fe+33d5 SFe+23d6 S 2按 铁 磁 排 列 ， 分 子 磁 距 应 为 （ 5 4） 5 14 B,按 反 铁 磁 排 列 ， 分 子 磁 距 为 （ 5 4） 5 4 B,实 验 测 定 为 4.1 B5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 释 磁 矩 实 验 值 。aB四 面 体 位 置当 L=0时 ， J=S， gJ=2, 均 来 源 于 自 旋

19、 运 动 。当 S=0时 , J=L， gJ=1， 均 来 源 于 轨 道 运 动 。BJS)1( L13尖 晶 石 结 构 ：MOFe2O3 1-2-4MFeMFeO01mm占 位 倾 向 ： A位 B位Zn,Cd,Ga+3,In+3Ge+4,Fe+3,Fe,Cu,Co,Ti+4,Ni,Cr+3六 . 铁 氧 体 分 子 磁 距 的 计 算141-1-+4BAXZnFeXFeO0mm复 合 铁 氧 体 的 分 子 磁 距 Zn离 子 有 强 烈 的占 有 A 位 倾 向 ，把 位 中 的 Fe+3挤 到 B位 ，15立 方 晶 系 ，体 心 立 方 点 阵 ，空 间 群 ：每 个 晶 胞 含

20、 有 8个 分 子 式 ：Fe离 子 占 据 24个四 面 体 中 心 (d)和16个 八 面 体 中 心(a)，稀 土 离 子 占 据 的位 置 也 有 8个 氧离 子 (c)。10hOIa3d351A石 榴 石 的 结 构石 榴 石 型 铁 氧 体 ： A3Fe5O12： +333212FeAO四 面 体 位 ； 八 面 体 位 ； 12面 体 位 ；24d位 ； 16a位 ； 24c位分 子 磁 距 : AFeA1248358 BmmM=|d-Ma-c|3Fe-2Fe-3MR|六 种 超 交 换 作 用 ： a-, d-, c-, a-d, c-d, a-c 16磁 铅 石 型 铁 氧

21、体 ： M2+B123+O192-：2+： a/Sr/Pb； B123+： Al/Ga/Cr/Fe六 角 氧 化 物 的 三 元 组 成 :Fe2O3 /BaO/ MeO： M/W/X/Y/Z/U型Me=g/n/Fe/Co/Ni/Zn/Cu分 子 磁 距 （ M型 ） :M=|S4+B1|=4MFe+3以 上 三 表 取 自 冯 端 等 凝 聚 态 物 理 上 卷 p52317zx y0110Ms(123)2222013113( )kFKK10： 1=,2=0,3=0 Fk=010： 1=0, 231： 1231K1,2 分 别 为 磁 晶 各 向 异 性 常 数 ， 求 几个 特 征 方 向

22、 的 各 向 异 性 能 ，(一 般 设 ： K0=）1 14k1237kKF2kA 单 位 体 积 的 磁 晶 各向 异 性 能 密 度 。A.立 方 晶 系 的 磁 晶 各 向 异 性 能18xy zwC轴C面Is xywC面+2/6六 角 晶 系 的 特 点 是 在 c 面 有 六 次 对 称 轴 ， 与 +2n/6(n=0、 1、 2.)的 方 向 ， 体 系 的 能 量 是 相 同 的 。 用 ,替代 1,2,3 ,计 算 磁 晶 各 向 异 性 能 更 方 便 。24012sinsinkFKK6633sinsincosK通 常 取 到 四 次 方 项 就 足 够 了 2412sin

23、sinkuuF单 位 体 积 的 磁 晶 各向 异 性 能 密 度 。B. 六 角 晶 系 的 磁 晶 各 向 异 性 能19102uksKHM得 到 ：b. c面 为 易 磁 化 面 时 ： 120()uksc. 易 磁 化 为 锥 面 时 12120(/)()uuuksKKHMa. c轴 为 易 磁 化 轴六 角 晶 系 情 况 ： 2412sinsinkuuFKK1 10 0 00sincocossinKu uKS S SKM20x yzIs1,2,3用 ,耒 表 示 ,102ksKHMa. 易 轴立 方 晶 系 磁 晶 各 向 异 性 能 为 方 便 讨 论 也 可 表 示 为2221

24、3123422k() sinco sincosinicoskFKFKA使 用 上 式 可 以 推 出 Hk21影 响 磁 化 状 态 的 相 关 能 量一 . 交 换 能 :二 . 磁 晶 各 向 异 性 能 :立 方 ：六 角 ：磁 晶 各 向 异 性 等 效 场 Hk：三 . 磁 晶 各 向 异 性 常 数 的 测 量 方 法四 . 磁 晶 各 向 异 性 的 机 理五 . 磁 晶 各 向 异 性 常 数 的 温 度 依 赖 性 单 位 体 积 的 磁 晶 各 向异 性 能 密 度 。F Fex（ 交 换 作 用 能 ） + Fk（ 磁 晶 各 向 异 性 能 ） + F（ 应 力 能 ）

25、 + FH（ 外 磁 场 能 ） + Fd（ 退 磁 能 ） +2cosex ijijEAS2412sinsinkuuFKK00 dMMmWAH2 22201233113( )k K00,sinKSFM102uksKH22与 磁 致 伸 缩 现 象 相 关 的 磁 弹 性 能 和 应 力 能立 方 :各 向 同 性 ， 测 量 方 向和 磁 化 方 向 夹 角 为 磁 弹 性 能 ：应 力 能 :各 向 同 性 (立 方 ):2210312131323()( )l1012(cos)3l2221013123123 1( )F2cosb.易 轴 ：磁 化 强 度 的 有 利 转 动 晶 面 分 别

26、 是 (10)和 (10)面x yz HkIs ( 1 )在 (10)面 上 ， Ms转 动 求 Hk( 10 ) 10sinin42kkFKH得 到 10ksHkx yzIs( 2 )在 (10)面 上 ， M s转 出 角 ， 用 转 矩 求 Hk10sin(2sin3si4)8kkFK )6i4i2i(642120)/k sKM23C. 为 易 轴 ： 1sin2sin()3sin(4)8kkFKMH6ii4)i(642 210()/3k sKMx yz HAIs注 意 ： 磁 晶 各 向 异 性 场 仅 是 一 种 等 效 场 ， 其 含 义 是 当 磁 化强 度 偏 离 易 磁 化

27、方 向 时 好 像 会 受 到 沿 易 磁 化 方 向 的 一 个 磁场 的 作 用 ， 使 它 恢 复 到 易 磁 化 方 向 。 因 此 ， 即 使 对 于 同 一晶 轴 ， 当 在 不 同 的 晶 面 内 接 近 晶 轴 时 ， 磁 晶 各 向 异 性 场 的大 小 是 不 同 的 。四、晶场作用（1）晶场中轨道角动量的冻结：在晶场的作用下 3d 过渡金属的磁性离子的原子磁矩仅等于电子自旋磁矩，而电子的轨道磁矩没有贡献。此现象称为轨道角动量冻结。（2）分裂后 d轨道中电子的排布高自旋态和低自旋态在八面体中， d1-3 型离子，按洪特规则，其 d 电子只能分占三个简并的 d 低能轨道，即只

28、一种方式。而 d4-7 型离子，有两种可能: 当 Ep 时，因电子成对需要能量高，故 d 电子将尽量分占轨道而具有最多自旋平行的成单电子的状态，即高自旋态；反之当 Ep 时，则因跃迁进入 d 轨道需要能量较高， d 电子将尽量占据低能级轨道并成对，而具有较少的成单电子，即低自旋态。高自旋态即是 较小的弱场排列，不够稳定，成单电子多而磁矩高，具顺磁性。低自旋态即是 较大的强场排列，较稳定，成单电子少而磁矩低。24（3）姜- 泰勒（Jahn-Teller ）效应铜尖晶石铁氧体在高温下是立方晶体，而在室温下不再是立方晶体而畸变为正方晶体，这种晶体畸变现象 ， 称为 Jahn-Teller 效应。一般

29、发生在尖晶石型的化合 物和钙钛矿型化合物(AB 2O4 和 RTO3 类型的化合物) 。畸变程度：在高能的 eg 轨道上出现简并态（ eg 轨道电子排布不平均） ，产生大畸变。在低能的 t2g 轨道上出现简并态（t2g 轨道电子排布不平均） ，产生小畸变。在所有轨道电子排布都平均则无畸变。姜-泰勒稳定化能：在姜-泰勒效应中，几何构型的畸变导致基态的能级能量降低，从而使体系获得额外的稳定化能(能量降低值)，称为姜-泰勒稳定化能。五、软磁材料（一） 、对软磁材料基本性能的要求：a. 初始磁导率 i 和最大磁导率 max 要高； b. 矫顽力 Hc 要小；c. 饱和磁感应强度 Ms 要高 ; d.

30、功率损耗 P 要低； e. 高的稳定性。（二） 、提高软磁材料起始磁导率的途径有: (a). 提高饱和磁化强度。因材料的起始磁导率 i 与 Ms 的平方成正比，提高 Ms 的大小有利于提高起始磁导率；(b). 降低磁晶各向异性常数 K1 和磁致伸缩系数 s：从配方和工艺上选用 K1 和 s 很小的铁氧体作为基本成分。(c). 改善材料的显微结构：选择原料纯度高、活性好、适当的热处理条件，可以使烧成的材科结构均匀、杂质和气孔较少。晶粒增大，晶界对畴壁位移的阻滞作用减小，i 升高。磁畴织构是使磁畴沿磁场方向取向，从而提高 i 值。(d). 降低内应力：由磁化过程的磁致伸缩引起的内应力，它与 s 成

31、正比，选择低 s 材料。烧结后冷却速度太快，会造成晶格畸变，产生内应力。可以采用低温退火消除。气孔、杂质、晶格缺陷等因素在材料内部产生应力。通过原材料的优选以及工艺过程的严格拉制来消除。（三） 、非晶态软糍材料的优势： 非晶态软磁材料的特点：（1）由于不存在阻碍畴壁移动的位错和晶界，因而具有高磁导率和低矫顽力, 软磁综合性能远优于铁氧体软磁；（2）因电阻率比同种晶态材料高，涡流损耗小，适用与高频场合；（3）机械强度和硬度较高，抗化学腐蚀能力强。 （4）体系自由能较高，加热时有晶化倾向。 （5）在性价比和市场占有率上还不及对铁氧体。在高技术领域的应用中它将大显身手。非晶态磁性材料的制备方法：（1

32、）气相沉积法；（2）液相急冷法（快速冷凝技术） ；（3）25高能离子注入法（喷丸法） 。（四） 、软磁材料的分类、及各自的磁性能和应用场合：软磁材料可以分为以下几大类：（1）合金。如硅钢(Fe-Si) 、坡莫合金(Fe-Ni)、仙台斯特合金(Fe-Si-Al)等。金属软磁材料的饱和磁化强度高于铁氧体，因此广泛应用于发电机、变压器、马达等电力、电子、通信等领域。但它低电阻率的特性导致趋肪效应，涡流损耗限制了其在高频段的应用。（2）软磁铁氧体。这方面主要有：MnZn 系、 NiZn 系、Mg Zn 系等。MnZn 铁氧休是具有尖晶石结构的 mMnFe2O4nZnFe2O4 与少量 Fe3O4 组成

33、的单相固溶体。软磁铁氧体的性能常因应用而异，但通常希望高磁导率、低损耗。多用于变压器、线圈、天线、磁头、开关等。（3）非晶态、纳米晶软磁材料。由于不存在阻碍畴壁移动的位错和晶界，因而具有高磁导率和低矫顽力, 软磁综合性能远优于铁氧体软磁。另外，因电阻率较高，涡流损耗小，机械强度和硬度较高，抗化学腐蚀能力强。但在性价比和市场占有率上还不及对铁氧体。在高技术领域的应用中它将大显身手。起始磁导率是软磁材料的重要参数。它与材料的饱和磁化强度 Ms 的平方成正比，与材料的K1 和 s 成反比，与材料中的内应力 ，和杂质浓度 成反比。其中，Ms、K1 和 s是材料的基本磁特性参数，是决定磁导率的主要因素，

34、基本上不随加工条件和应用情况变化。而 和 的大小及其对磁导率的影响会随加工条件和实际情况而变化。重点掌握：金属软磁材料：电工纯铁、硅钢、坡莫合金的主要化学成分、磁性能、及热处理工艺。铁氧体软磁：MnZn 铁氧体、 NiZn 铁氧体、MgZn 铁氧体的软磁特性。非晶态软磁材料：Fe 基、Co 基非晶；FinementFT-1KM 纳米晶的结构、制备工艺与磁性。六、永磁材料（一） 、对永磁材料的基本性能要求：(1). 矫顽力 Hc 要高；(2)剩余磁感应强度 Br 要高；(3)最大磁能积(HB)max 要高；(4)从实际应用用角度考虑，材料稳定性要高。（二） 、提高永磁材料的矫顽力 Hc 的途径有

35、:(1). 可将材料做成单畴集合体；(2). 选择高磁晶各向异性(高 K1 值) 的材料；26(3). 适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状(最好是片状掺杂)和弥散度(使掺杂尺寸和畴壁宽度相近)；(4). 选择高磁致伸缩材料，增加材料中内应力的起伏。（三） 、提高永磁材料的剩磁 Mr 的途径有:1. 定向结晶：采用热流控制的定向凝固技术，在柱状晶晶粒长大方向诱导易磁化轴。2. 塑性变形：多晶体金届材料经拔丝、轧扳、挤压、压缩等塑性加工变形，由于晶粒转动，使晶粒产生加工组织或加工织构，从而诱导磁各向异性。3. 磁场成型：在永磁体加工成型过程中，通过施加外部磁场使磁性颗粒的易磁化轴沿磁场方向取向，以

36、较高永磁体的剩磁 Br。4. 磁场热处理：将材料放在外部磁场中进行热处理，可以控制热处理过程中铁磁性相颗粒的析出形态，并使磁矩沿磁场方向择优取向。（四） 、永磁材料的分类、及各自的磁性能和应用场合：永磁材料可以分为以下几大类：（1）金属永磁材料：主要包括铝镍钴(A1-Ni-Co) 系和铁铬钴 (Fe-Cr-Co)系两类永磁合金；最大磁能积（BH） max 可达 40 kJ/m3。60 年代前，铝镍钴磁钢在永磁材料中占主导地位。 （2）铁氧体永磁材料：这是一类以 Fe2O3 为主要组元的复合氧化物强磁材料，最常见的有：钡铁氧体（BaO6Fe 2O3）和锶铁氧体（SrO6 Fe2O3） 。磁性能居

37、中，最大磁能积（BH ） max可达 32 kJ/m3，抗退磁性能优良，不存在氧化问题。性价比高，目前产值约占永磁材料总产值的 40。电阻率高，特别适合在高频和微波领域应用。（3）稀土系永磁材料，这是类以稀土族元素和铁族元素为主要成分的金属间化合物，包括钴基的 SmCo5 系和 Sm2Co17 系列，以及铁基的 Nd-Fe-B 系永磁材料。SmCo5 永磁体：具有很高的磁晶各向异性常数，K1=15-1910 3 kJ/m3，Ms=890 kA/m。 其理论磁能积达 244.9 kJ/m3。做成磁体以后，SmCo 5 永磁体的磁能积达 147.3 kJ/m3，剩磁Br=0.8-0.95 T。居里

38、温度为 740 度，工作温度范围：-50150 度。Sm2Co17 永磁体：具有高 Tc=926 度，Sm 2(Co0.3Fe0.7)17 合金的 0Ms1.63 T, 其理论最大磁能积高达 525.4 kJ/m3，实际值 238.8 kJ/m3。但矫顽力偏低。Nd-Fe-B 永磁体： 0Ms 1.57 T，Tc=585 K，室温各向异性常数 K1 = 4.2 MJ/m3，各向异性场 0Ha = 6.7 T，磁能积可高达 460 kJ/m3。其理论磁能积达 509.3 kJ/m3。（五） 、稀土元素的原子结构、稀土永磁的发展历程: (1). 稀土原子的电子结构：稀土元素未满电子壳层为 4f，由

39、于受到 5s，5p，6s 电子层的屏蔽，受晶体电场的影响小，其轨道磁矩末被“冻结” ，因而原子磁矩大。由于轨道磁矩的存在，自旋磁矩与轨道磁矩间的耦合作用很强，表现在稀土永磁合金的磁晶各向异性能和磁弹性能很大，即 K 和 s 很大。同时，稀土永磁合金的晶体结构为六角晶系和四方晶系，因此具有强烈的单轴各向异性，这是稀土永磁获得高矫顽力的基础。（2）.稀土永磁的发展历程: 60 年代开发的以 SmCo5 为代表的第代稀土永磁材料和 70 年代开发的以 Sm2Co17 为代表的第二代稀土木磁材料都具有良好的永磁性能，其最大磁能积27(BH)max 分别达到 147.3 kJ/m3 和 238.8 kJ

40、/m3，但是这些磁体都含有金属钴和储量较少的稀土元素衫，存在原材料的供应和价格问题，使其发展受到影响。1983 年佐川真人等对 R-Fe-x 三元合金进行了广泛的实验研究，发现了具有单轴各向异性的金属间化合物Nd2Fel4B(四方晶结构) ，并制成了 (BH)max 达 446.4 kJ/m3 的高磁能积 Nd-Fe-B 磁体。这种高磁能积的 Nd-Fe-B 磁体被称为第三代稀土永磁材料。与前两代稀土永磁不同，Nd-Fe-B 磁体为铁基稀土永磁，不用昂贵和稀缺的金属钴，而是钕在稀土中含量也比衫丰富 5-10 倍，因而原料丰富，价格相对低廉，更重要的是，它以创记录的磁能积为一系列技术创新开辟了道路。重点掌握：1. 铝镍钴磁钢：成分、加工工艺过程、Spinodal 分解相变过程；简述柱状晶 Alnico8 合金的磁性能指标。硬化原理。2. 稀土永磁的结构、永磁性能指标、制备工艺流程。3. 了解其它磁性功能材料（磁记录材料、磁电阻材料、磁制冷材料、磁致伸缩材料生物材料等） 、及自旋电子学的进展。281