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磁性材料 - 道客巴巴

发布时间:2019-12-22 19:40    点击次数:159次   

  引言 磁性材料是功能材料的重要分支; 磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能, 应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能化方向发展;要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、高速度,而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点。 我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位. . 其中, , 永磁铁氧体 的产量达1.1 × 10 5 5 t, , 居 世界首位; ; 软...

  引言 磁性材料是功能材料的重要分支; 磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能, 应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能化方向发展;要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、高速度,而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点。 我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位. . 其中, , 永磁铁氧体 的产量达1.1 × 10 5 5 t, , 居 世界首位; ; 软磁铁氧体 产量4 4 × 10 4 4 t, , 居 世界前列; ; 稀土永磁 产量4300 t, , 居 世界第二. .根据中国工程院的专项调查和预测, , 我国 2005 年磁性材料的需求量: : 永磁铁氧体15 × 10 4 4 t, , 软磁铁氧体6 6 × 10 4 4 t, , 稀土永磁 8000 10000 t. . 但是, , 目前我国生产的磁性材料基本上是 低性能水平 的材料, , 与世界先进水平存在较大的差距. . (1)加强磁性材料的基础研究和应用基础研究. (2)改造和完善现有的磁性材料,提高其磁性能,优化制备工艺,降低生产成本.磁性材料的研究和发展将主要集中在以下几个方面:(3)发展新型的磁性材料,特别是纳米磁性材料纳米磁性材料是纳米材料中最早进入工业化生产的功能材料,应用广泛,性能优异,特别是在信息存储、处理与传输中占据重要地位,其基础研究和应用开发正方兴未艾.(4)加强研究、生产、应用三方面的结合,不断开拓磁性材料新的应用领域并促使其发展. 磁性材料分类不同类型的磁性材料是如何分类的?按块体磁化率来划分: 抗磁性材料 顺磁性材料 强磁性材料(铁磁性、亚铁磁性)(铁氧体材料、金属磁性材料)按功能分:o 软磁材料o 永磁材料o 矩磁材料o 压磁材料o 旋磁材料 细菌细胞中的磁力线nm的Co粒子中的磁力线 物质磁性的分类顺磁性被磁化后,磁化场方向与外场方向相同, :10 -3 -10 -6被磁化后,磁化场方向与外场方向相反 (10 -5 10 -6 )抗磁性物 质 磁 性 分 类被磁化后,磁化场方向与外场方向相同, : 1 10 4铁磁性向相反, : (105 106)与外加磁场的关系是甚小的正常数。当温度高于某个温度时,其行为像顺磁性类似铁磁性,但值没有那样大,如磁铁矿(Fe 3 O 4 等)反铁磁性亚铁磁性 有些固体的原子具有本征磁矩;无外磁场作用时,材料中的原子磁矩无序排列,材料表现不出宏观磁性;受外磁场作用时,原子磁矩能通过旋转而沿外场方向顺磁性受外磁场作用时,原子磁矩能通过旋转而沿外场方向择优取向,表现出宏观磁性,这种磁性称为顺磁性。抗磁体和顺磁体对于磁性材料应用来说都视为无磁性。它们只有在外磁场存在下才被磁化,且磁化率极小。顺磁性材料多用于磁量子放大器和光量子放大器,在工程上的应用极少。顺磁金属主要有Mo,Al,Pt,Sn等。 k k产生抗磁性的原理: 抗磁性是由于外磁场作用下,原子内的电子轨道绕场向运动,产生与外磁场方向相反的感生磁矩。由于属于此类的物质有C,Au,Ag,Cu,Zn,Pb等。Hkkkk:磁矩 :附加磁矩k :附加向心力 :向心力抗磁性具有普遍性:所有材料都有抗磁性。因为它很弱,只有当其它类型的磁性完全消失时才能被观察。 铁磁性: 由于原子间的交换作用使原子磁矩发生有序的排列,产生自发磁化,铁磁质中原子磁矩都平行排列 (在绝对零度时)物质内部原子磁矩的排列a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性 铁磁质:磁矩的有序排列随着温度升高而被破坏,温度达到居里温度( T c )以上时有序全部被破坏,磁质由铁磁性转为顺磁性。居里温度是铁磁体或亚铁磁体的相变转变点。温度对物质磁性的影响利用这个特点,人们开发出了很多控制元件。例如,我们使用的电饭锅就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105度的磁性材料。当锅里的水分干了以后,食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时,由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失,磁铁就对它失去了吸力,这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开,同时带动电源开关被断开,停止加热。 顺磁质:朗之万(Langevin)顺磁性:磁化率服从居里(Curie)定律,即: =c/T。泡利(Pauli)顺磁性:服从居里-外斯(Curie-Weiss)定律,即: = C /( T-T c )。 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。磁各向异性磁晶各向异性单晶体的易磁化和难磁化方向 形状各向异性 磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向伸长(或缩短),在垂直磁化方向上缩短(或伸长)的现象,叫做磁致伸缩。它是一种可逆的弹性变形。材料磁致伸缩的相对大小用磁致伸缩系数表示 即 :磁致伸缩伸缩的相对大小用磁致伸缩系数表示,即 :=l/l式中, l和l分别表示磁场方向的绝对伸长与原长。在发生缩短的情况下,l为负值,因而也为负值。当磁场强度足够高,磁致伸缩趋于稳定时,磁致伸缩系数称为饱和磁致伸缩系数,用 s 表示。 对于3d金属及合金: s 约为 10 -5 10 -6 。 磁性材料的稳定性衡量磁性材料的磁参量随外界因素作用产生的变化,主要考虑B r 和H c 。(1)温度稳定性:磁性能随温度的变化。(2)时间稳定性:在某一特定工作环境下长期工作过程中磁性随时间的变化。(3)化学稳定性:在腐蚀介质的环境中磁性随时间的变化。显微组织变化引起的组织时效性 能 不 稳定 的 原 因磁畴结构变化引起的磁时效可逆,再次充磁时材料能恢复原来的磁性不可逆 磁性材料分类按 矫 顽力 分 类软磁材料半硬磁材料硬(永)磁材料H c 100A/m(1.25 Oe)H c :100~1000A/m(1.25~12.5Oe)H c 1000A/m(12.5Oe)按 用 途分 类铁芯材料磁记录材料磁头材料磁致伸缩材料磁屏蔽材料变压器、继电器录音机通讯仪器、电器磁带、磁盘传感器 软磁材料用途:发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心;磁头与磁记录介质;计算机磁心等。要求 :高的饱和磁感应强度、高的最大磁导率、高的居里温度和低的损耗。分类:高磁饱和材料,中磁饱和中导磁材料,高导磁材料,高硬度、高电阻、高导磁材料,矩磁材料,恒磁导率材料,磁温度补偿材料,磁致伸缩材料。 铁芯材料用途:变压器、电机与继电器的铁(磁)心。要求:低的矫顽力、高的磁导率和低的铁损。主要材料:高磁饱和材料(B s 为2T左右),如工业纯铁、电工硅钢片、非晶态软磁合金和铁钴合金;中磁饱和中导磁材料;高导磁材料如坡莫合金等;恒磁导率材料;以及铁粉心型材料与氧化物粉心材料等(一) 工业纯铁资源丰富、价格低廉,具有良好的可加工性。早在1890年热轧纯铁就用于制造电机和变压器铁芯。是直流技术中非常重要的高磁饱和材料,主要用于制造电磁铁的铁心、极头与极靴;继电器和扬声器的磁导体;电话机的振动膜;电工仪器仪表及磁屏蔽元件等。 最常见的是电磁纯铁,名称为电铁(代号DT),含碳量低于0.04%的Fe-C合金,B s 达2.15T,其供应状态包括锻材、管材、圆棒、薄片或薄带等。工业纯铁的热处理:纯铁材在加工成元件后必须经过热处理才能获得好的软磁性能去应力退火: 消除加工应力。保护条件下860~930℃,保温4小时后随炉冷却。去除杂质处理: 纯铁中的杂质( C,Mn,Si,P,S,N等)会显著降低材料的磁导率和矫顽力。通过去杂质退火处理来降低材料中杂质的含量。在纯干燥氢气或线小时。 纯铁的自然磁时效现象: 即随着时间的增长,材料的矫顽力上升,磁导率下降。纯铁的时效在130℃附近特别明显。引起时效的原因是由于在Fe中含有N,逐渐形成铁的氮化物所致。人工时效处理: 克服纯铁严重的自然磁时效现象,为保持纯铁元件的磁稳定性,须在热处理后进行100℃,保温100小时的人工时效处理。或选择低时效敏感性的材料。纯铁的缺点: 电阻率低,使用时产生很大的涡流损耗,不适于制作在交变场中工作的铁心。 随Ni含量的增加,Fe-Ni合金的增加、Bs下降。当Ni量接近80%时,Fe-Ni合金的K 1 和同时变为零,能获得高的磁导率。含w(Ni)35~80%的Fe-Ni合金称为坡莫合金 根据Ni含量对合金磁性能的影响Fe-Ni 合金(坡莫合金,Permalloy) )称为坡莫合金。根据Ni含量对合金磁性能的影响,Fe-Ni合金分为高导磁、恒导磁率、中磁饱和中磁导率材料等。 坡莫合金的热处理避免超结构相Ni 3 Fe形成Ni-Fe在600℃以下的冷却过程中发生有序化转变形成Ni 3 Fe;不利于磁性能解决办法:600℃ 后急冷使用过程中应避免冲击、振动及其它力的作用。不利于磁性能。急冷易变形对应力敏感加工后须退火1200~1300℃,保温3h并缓冷至600℃ 谢谢观看


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