磁性材料的認(rèn)識與應(yīng)用（課堂PPT）

1、磁性材料的認(rèn)識和應(yīng)用2目錄目錄引言 磁性材料一、磁性材料的歷史二、磁性材料的分類（1）、（2）三、磁性材料的基本特性（1）磁性 （2）基本磁化曲線（3）磁性材料常用性能參數(shù)四、磁性材料的應(yīng)用1、永磁材料（1）燒結(jié)釹鐵硼磁性材料（2）釹鐵硼（Nb-Fe-B）稀土永磁生產(chǎn)工藝（3）燒結(jié)釹鐵硼永磁鐵在生活中的用途2、軟磁材料（1）鐵硅合金（2）鐵鎳合金（3）非晶金屬五、磁性材料的發(fā)展前景六、磁性材料的問題3磁性材料磁性材料 磁性材料對我們并不陌生，早在3000年以前就被人們所認(rèn)識和應(yīng)用，而且現(xiàn)代磁性材也已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在我們的生活之中 與信息化、自動化、機(jī)電一體化、國防、國民經(jīng)濟(jì)的方方面面緊密相關(guān) 。

2、 所以通常認(rèn)為，磁性材料是指由過度元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。司南留聲機(jī)磁盤磁卡一、磁性材料的歷史 最早被發(fā)現(xiàn)的磁性材料是磁鐵，即為天然的磁鐵礦，但最早使用磁鐵的應(yīng)該是中國人。據(jù)記載黃帝大戰(zhàn)蚩尤的時候使用過磁材料，也就是指南車。在戰(zhàn)國時代，人們就用一根磁鐵放在有刻度的盤上用來占卜。而且在兩宋時期，就出現(xiàn)了人工磁鐵。 雖然磁鐵出現(xiàn)的早，但發(fā)展的十分緩慢，直到20世紀(jì)20年代制造出鋁鎳鈷(Alnico)，隨后，20世紀(jì)50年代制造出鐵氧體(Ferrite)，70年代制造出稀土磁鐵，包括釹鐵硼(NdFeB)和釤鈷(SmCo)。二、磁性材料的分類（1） 人們一般把磁性材料分成

3、金屬磁性材料和鐵氧體磁性材料兩大類。前者以純金屬和各種合金為原材料，后者則以氧化鐵和其他各種金屬氧化物為原料。 為了使用方便可將上面材料細(xì)分為永磁材料，軟磁材料，旋磁材料以及磁信息材料 。例如：核磁共振成像儀 、粒子加速器 、發(fā)電機(jī) 、參量放大器 、磁帶等。核磁共振儀粒子加速器發(fā)電機(jī)二、磁性材料的分類（2） 當(dāng)然也有的人們將磁性材料按性質(zhì)分為金屬和非金屬兩類，前者主要有電工鋼、鎳基合金和稀土合金等，后者主要是鐵氧體材料 。隨著磁性材料的發(fā)展以及各方面的需要，分類以及歸納的方法也不盡相同。電工鋼鎳基合金鐵氧體材料三、磁性材料的基本特性 磁性材料具有磁有序的強(qiáng)磁性物質(zhì)，廣義還包括可應(yīng)用其磁性和磁效

4、應(yīng)的弱磁性及反鐵磁性物質(zhì)磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。物質(zhì)按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外磁場中的性狀可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)。鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)為強(qiáng)磁性物質(zhì)，抗磁性和順磁性物質(zhì)為弱磁性物質(zhì)。 1.磁性2.磁性材料的磁化曲線 磁化曲線是表征物質(zhì)磁化強(qiáng)度(B)與磁場強(qiáng)度（H）的依賴關(guān)系的曲線 。鐵磁體的磁滯回線B隨H變化的全過程如下： 當(dāng)H按 OHmOHcHmOHcHm的順序變化時，（1）磁滯回線Oa為起始磁化曲線 Bm點為飽和磁化強(qiáng)度 Br為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Hc為矯頑力B相應(yīng)OBmBrOBmBrOBm的順序變化 (2)基本磁化曲線對于同一鐵磁材料，若開始時不帶磁性，對于同一鐵磁

5、材料，若開始時不帶磁性，依次選取磁化電流為依次選取磁化電流為I1、I2、Im(I1 I2 Im)則相應(yīng)的磁場強(qiáng)度為則相應(yīng)的磁場強(qiáng)度為H1、H2、Hm。在每一個選定的磁場值下，使其方。在每一個選定的磁場值下，使其方向發(fā)生兩次變化（即向發(fā)生兩次變化（即H1- H1H1,Hm- HmHm等），則可得到等），則可得到一組逐漸增大的磁滯回線我們把原點一組逐漸增大的磁滯回線我們把原點o和和各個磁滯回線的頂點各個磁滯回線的頂點a1、a2、a所連所連成的曲線，稱為鐵磁材料的基本磁化曲線成的曲線，稱為鐵磁材料的基本磁化曲線（圖（圖1）。）。 基本磁化曲線（圖1）退磁曲線（圖2）在理論上，要消除剩磁在理論上，要消

6、除剩磁Br，只需通一反方向磁化電流，使外加磁場正好，只需通一反方向磁化電流，使外加磁場正好等于鐵磁材料的矯頑磁力就行。實際上，矯頑磁力的大小通常并不知道，等于鐵磁材料的矯頑磁力就行。實際上，矯頑磁力的大小通常并不知道，因而無法確定退磁電流的大小。我們從磁滯回線得到啟示：如果使鐵磁因而無法確定退磁電流的大小。我們從磁滯回線得到啟示：如果使鐵磁材料磁化達(dá)到飽和，然后不斷改變磁化電流的方向，與此同時逐漸減小材料磁化達(dá)到飽和，然后不斷改變磁化電流的方向，與此同時逐漸減小磁化電流，以至于零，那么該材料得磁化過程就是一連串逐漸縮小而最磁化電流，以至于零，那么該材料得磁化過程就是一連串逐漸縮小而最終趨于原點

7、的環(huán)狀曲線，如圖終趨于原點的環(huán)狀曲線，如圖2所示。當(dāng)所示。當(dāng)H減小到零時，減小到零時，B亦同時降為零，亦同時降為零，達(dá)到完全退磁。達(dá)到完全退磁。3.磁材料常用的性能參數(shù)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B Bm m：其大小取決于材料的成分，它所對應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br：是磁滯回線上的特征參數(shù)，H回到0時的B值。 矩形比矩形比：BrBm。矯頑力矯頑力H Hc c：是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質(zhì)、應(yīng)力等）。 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率：是磁滯回線上任何點所對應(yīng)的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。 居里溫度居里溫度T Tc c：鐵磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨溫

8、度升高而下降，達(dá)到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。 磁滯損耗磁滯損耗 ：鐵磁材料在磁化過程中由磁滯現(xiàn)象引起的能量損耗 ，降低磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc 。最大磁能積最大磁能積：最大磁能積是退磁曲線上磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）和磁場強(qiáng)度乘積（H）的最大值。這個值越大，說明單位體積內(nèi)存儲的磁能越大，材料的性能越好。四、磁性材料的應(yīng)用四、磁性材料的應(yīng)用1.永磁材料 永磁材料經(jīng)磁化后，去除外磁場仍保留磁性，其性能特點是具有高的剩磁、高的矯頑力。永磁材料包括鐵氧體和金屬永磁材料兩類。 鐵氧體的用量大、應(yīng)用廣泛、價格低，但磁性能一般，用于一般要求

9、的永磁體。金屬永磁材料中釹鐵硼（Nb-Fe-B）稀土永磁，釹鐵硼磁體不僅性能優(yōu)，而且不含稀缺元素鈷，作為稀土永磁材料發(fā)展的最新結(jié)果，由于其優(yōu)異的磁性能而被稱為“磁王”。 (1)燒結(jié)釹鐵硼磁性材料 釹鐵硼磁性材料是釹，氧化鐵等的合金，又稱磁鋼。其特性硬而脆、易被氧化腐蝕。釹鐵硼具有極高的磁能積和矯頑力，同時高能量密度的優(yōu)點使釹鐵硼永磁材料在現(xiàn)代工業(yè)和電子技術(shù)中獲得了廣泛應(yīng)用，從而使儀器儀表、電聲電機(jī)、磁選磁化等設(shè)備的小型化、輕量化、薄型化成為可能。 釹鐵硼的優(yōu)點是性價比高，具良好的機(jī)械特性;不足之處在于居里溫度點低，溫度特性差，且易于粉化腐蝕，必須通過調(diào)整其化學(xué)成分和采取表面處理方法使之得以改進(jìn)

10、，才能達(dá)到實際應(yīng)用的要求。 (2)釹鐵硼（Nb-Fe-B）稀土永磁生產(chǎn)工藝：鑄錠 回火 加工與表面處理 燒結(jié) 磁場取向與壓型 破碎與制粉 冶煉 原材準(zhǔn)備 檢測 成品燒結(jié)法制取釹鐵硼(3)燒結(jié)釹鐵硼永磁鐵在生活中的用途提高擴(kuò)音器的解析度應(yīng)用于磁懸浮列車應(yīng)用于電動機(jī)應(yīng)用于核磁共振2.軟磁材料 軟磁材料是指那些易于磁化并可反復(fù)磁化的材料，但當(dāng)磁場去除后，磁性即隨之消失。這類材料的特性標(biāo)志是：磁導(dǎo)率（=B/H）高，即在磁場中很容易被磁化，并很快達(dá)到高的磁化強(qiáng)度；但當(dāng)磁場消失時，其剩磁很小。目前常用的軟磁體有鐵硅合金、鐵鎳合金、非晶金屬。 （1） 鐵硅合金：最常用的軟磁材料，常用作低頻變壓器、發(fā)電機(jī)的鐵

11、芯； 鐵硅合金低頻變壓器（2）鐵鎳合金：典型代表材料為坡莫合金，具有高的磁導(dǎo)率（磁導(dǎo)率為鐵硅合金的1020倍）、低的損耗；并且在弱磁場中具有高的磁導(dǎo)率和低的矯頑力，但力學(xué)性能不太好，通常應(yīng)用于電子材料； 坡莫合金電壓互感器微電機(jī)（3）非晶金屬：是一種特殊的物質(zhì)狀態(tài)，具有優(yōu)異的軟磁、力學(xué)、耐腐蝕、電學(xué)等性能。研究最多、應(yīng)用最廣的非晶金屬是非晶態(tài)軟磁合金，有鐵基、鈷基、鐵鎳基和鐵鈷鎳基等合金。 航空變壓器非晶鐵芯 脈沖變壓器鐵芯磁頭傳感器五、五、磁磁性性材材料料發(fā)發(fā)展展前前景景1.現(xiàn)在世界汽車產(chǎn)量在5500 萬輛左右, 按每輛汽車使用電機(jī)數(shù)30 只, 預(yù)測需要電機(jī)16 億只。汽車用的揚聲器產(chǎn)量2.

12、3 億只。預(yù)測與上述器件配套需要鐵氧體永磁25 萬噸。 2.計算機(jī)是使用釹鐵硼最大的市場之一,約年需求量在上萬噸。隨著信息時代到來, 計算機(jī)進(jìn)入家庭的熱潮，釹鐵硼材料的使用將更大。3.通訊業(yè)的發(fā)展, 這為軟磁和永磁材料帶來了良好的市場。這方面需要高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料3萬噸, 釹鐵硼磁體近千噸。 總之, 從市場發(fā)展看, 中國長期在全球磁性材料市場發(fā)展前景是樂觀的。4.在消費類產(chǎn)品方面,彩電、攝錄像機(jī) 、家用音響 等將需要的軟磁鐵氧體6 萬噸、永磁鐵氧體8 萬噸、釹鐵硼磁體2000 噸。 六六、磁磁性性材材料料發(fā)發(fā)展展的的問問題題1.磁材行業(yè)經(jīng)過“七五”、“八五”技術(shù)改造, 不少廠家引進(jìn)了美、日、德、意等國先進(jìn)生產(chǎn)線或生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備, 大都取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益, 但個別單位受騙上當(dāng), 交了學(xué)費, 尤其是二手設(shè)備的引進(jìn), 容易失誤。 2