磁性材料惠州學院應用化學答辯論文

1、惠州學院HUIZHOU UNIVERSITY材 料 化 學 論 文中文題目：_磁性材料_英文題目： Magnetic Materials 姓 名_陳遠超 溫燕君 佘齊渠 溫述明 黃彩嫚 王麗英 陳儒明 謝灝琳 宋素文學 號 100604206 100604231 100604226 100604230 100404211 100604229 100604204 100604232 100604228專業(yè)班級 10應用化學2班 指導教師 葉曉萍 提交日期_2012年11月23日_磁性材料陳遠超 溫燕君 佘齊渠 溫述明 黃彩嫚 王麗英 陳儒明 謝灝琳 宋素文指導老師：葉曉萍（ 廣東省惠州學院化學工

2、程系 廣東惠州 516007 ）摘要 磁性材料最開始在中國被發(fā)現并應用于中國四大發(fā)明中的指南針上，隨后歷經多年的發(fā)展，磁性材料已經廣泛的應用在我們的生活之中，也與信息化、自動化、機電一體化、國防、國民經濟的方方面面緊密相關。本文綜述了對磁性材料的認識，磁性材料的分類與相關概況，磁性材料的基本特性，磁性材料的機理與生產工藝，實際應用以及發(fā)展前景等。關鍵詞 磁性材料 磁流體 錳鋅鐵氧體 Magnetic MaterialsChenyuanchao Wenyanjun Sheqiqu Wenshuming Huangcaiman Wangliying Chenruming Xiehaolin Son

3、gsuwenTeacher: YeXiaoPing（ Guangdong huizhou college chemical engineering Guangdong Huizhou 516007，China ）Abtract：Magnetic materials in the beginning in China was found and applied in the four great inventions of the compass, and after many years of development, magnetic materials have been widely u

4、sed in our life, and with the information, automation, mechanical and electrical integration, national defense, national economy is closely related to all aspects of. This paper summarizes the magnetic material understanding, magnetic materials classification and related survey, the basic characteri

5、stic of the magnetic material, the mechanism of magnetic materials and production process, application and development prospect, etc.Key words：Magnetic materials Applications of Magnetic materials Development of Magnetic materials論文名稱磁性材料參加人員及單位：陳遠超 溫燕君 佘齊渠 溫述明 黃彩曼 王麗英 陳儒明 謝灝琳 宋素文指導老師：葉曉萍字體！摘要 磁性材料最

6、開始在中國被發(fā)現并應用于中國四大發(fā)明中的指南針上，隨后歷經多年的發(fā)展，磁性材料已經廣泛的應用在我們的生活之中，也與信息化、自動化、機電一體化、國防、國民經濟的方方面面緊密相關。本文綜述了對磁性材料的認識，磁性材料的分類與相關概況，磁性材料的基本特性，磁性材料的機理與生產工藝，實際應用以及發(fā)展前景等。關鍵詞 Magnetic Materials英文論文名稱In Personnel and Units：Chenyuanchao Wenyanjun Sheqiqu Wenshuming Huangcaiman Wangliying Chenruming Xiehaolin Songsuwen 參加人

7、員及單位指導老師Guidance teacher : YexiaopingAbtract：Magnetic materials in the beginning in China was found and applied in the four great inventions of the compass, and after many years of development, magnetic materials have been widely used in our life, and with the information, automation, mechanical and

8、 electrical integration, national defense, national economy is closely related to all aspects of. This paper summarizes the magnetic material understanding, magnetic materials classification and related survey, the basic characteristic of the magnetic material, the mechanism of magnetic materials an

9、d production process, application and development prospect, etc.Key words：Magnetic materials Applications of Magnetic materials Development of Magnetic materials關鍵詞 目錄1 磁性材料的認識62 磁性材料的分類與概念62.1永磁材料62.1.1 永磁材料的分類6永磁材料的應用72.2軟磁材料7軟磁材料的分類7軟磁材料的應用72.3矩磁材料和磁記錄材料72.4旋磁材料73 磁性材料的基本特性83.1 磁性材料的磁化曲線8鐵磁體的磁滯回線

10、83.1.2 基本磁化曲線93.2 軟磁材料的常用磁性能參數39飽和磁感應強度Bm9剩余磁感應強度Br10矩形比10矯頑力Hc10磁導率10居里溫度Tc10損耗P10最大磁能積103.3 軟磁材料的磁性參數與器件的電氣參數之間的轉換114 磁性材料的機理和生產工藝114.1磁流體材料的機理和生產工藝11磁流體的組成與機理11磁性液體的制備13化學共沉淀法制備鐵氧體型磁液13金屬型磁液的制備14氣相-液相反應法制備氮化鐵型磁液144.2 軟磁錳鋅鐵氧體的機理及生產工藝15軟磁錳鋅鐵氧體的機理及生產工藝154.2.1.1 氧化物法（干法）制備錳鋅鐵氧體16軟磁鐵氧體生產工藝流程的分析17概述17軟

11、磁鐵氧體批量生產的工藝技術及質量17原材料選擇及配方17以錳鋅鐵氧體粉體為例做簡要分析174.2.3 錳鋅鐵氧體的制備機理185 磁性材料的實際應用與發(fā)展205.1磁性液體的應用205.2平板揚聲器結構與原理215.2.1 平板揚聲器的結構215.2.2 平板揚聲器工作原理225.3平板揚聲器應用與特點分析225.3.1 平板揚聲器應用22平板揚聲器特點分析236 市場分析與前景16246.1中國磁性產品市場變化24中國家電市場的變化24工業(yè)類整機應用發(fā)展246.2磁性材料市場前景247 致謝25參考文獻：25磁性材料關鍵詞 磁性材料 磁性材料的應用 磁性材料的發(fā)展前景1 磁性材料的認識中國是

12、世界上最先發(fā)現物質磁性現象和應用磁性材料的國家。早在戰(zhàn)國時期就有關于天然磁性材料（如磁鐵礦）的記載。11世紀就發(fā)明了制造人工永磁材料的方法。1086年夢溪筆談記載了指南針的制作和使用。10991102年有指南針用于航海的記述，同時還發(fā)現了地磁偏角的現象。近代，電力工業(yè)的發(fā)展促進了金屬磁性材料硅鋼片（Si-Fe合金）的研制。永磁金屬從 19世紀的碳鋼發(fā)展到后來的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。20世紀40年代，荷蘭J.L.斯諾伊克發(fā)明電阻率高、高頻特性好的鐵氧體軟磁材料，接著又出現了價格低廉的永磁鐵氧體。50年代初，隨著電子計算機的發(fā)展，美籍華人王安首先使用矩磁合金元件作為計算機的內存儲器，不久

13、被矩磁鐵氧體記憶磁芯取代。50年代初人們發(fā)現鐵氧體具有獨特的微波特性，制成一系列微波鐵氧體器件。后來又出現了強壓磁性的稀土合金，非晶態(tài)（無定形）磁性材料等。 現代磁性材料已經廣泛的用在我們的生活之中，例如將永磁材料用作馬達，應用于變壓器中的鐵心材料，作為存儲器使用的磁光盤，計算機用磁記錄軟盤等。可以說，磁性材料與信息化、自動化、機電一體化、國防、國民經濟的方方面面緊密相關。而通常認為，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生磁性的物質。2 磁性材料的分類與概念磁性材料1具有磁有序的強磁性物質，廣義還包括可應用其磁性和磁效應的弱磁性及反鐵磁性物質。磁性是物質的一種基本屬性。物

14、質按照其內部結構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。鐵磁性和亞鐵磁性物質為強磁性物質，抗磁性和順磁性物質為弱磁性物質。磁性材料按性質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。按使用又分為軟磁材料、永磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸縮材料、磁記錄材料、磁電阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等。 2.1永磁材料 永磁材料經外磁場磁化以后，即使在相當大的反向磁場作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。對這類材料的要求是剩余磁感應強度Br高，矯頑力BHC(即磁性材料抗退磁能力)強，磁能積

15、(BH)(即給空間提供的磁場能量)大。相對于軟磁材料而言，它亦稱為硬磁材料。 永磁材料的分類永磁材料有合金、鐵氧體和金屬間化合物三類：合金類：包括鑄造、燒結和可加工合金；鐵氧體類：主要成分為MO6Fe2O3,M代表Ba、Sr、Pb或SrCa、LaCa等復合組分；金屬間化合物類：主要以MnBi為代表。 永磁材料的應用永磁材料有多種用途：基于電磁力作用原理的應用主要有：揚聲器、話筒、電表、按鍵、電機、繼電器、傳感器、開關等；基于磁電作用原理的應用主要有：磁控管和行波管等微波電子管、顯像管、鈦泵、微波鐵氧體器件、磁阻器件、霍爾器件等；基于磁力作用原理的應用主要有：磁軸承、選礦機、磁力分離器、磁性吸盤

16、、磁密封、磁黑板、玩具、標牌、密碼鎖、復印機、控溫計等。其他方面的應用還有：磁療、磁化水、磁麻醉等。 根據使用的需要，永磁材料可有不同的結構和形態(tài)。有些材料還有各向同性和各向異性之別。 2.2軟磁材料 它的功能主要是導磁、電磁能量的轉換與傳輸。因此，對這類材料要求有較高的磁導率和磁感應強度，同時磁滯回線的面積或磁損耗要小。與永磁材料相反，其Br和BHc越小越好，但飽和磁感應強度Bs則越大越好。 軟磁材料的分類軟磁材料大體上可分為四類。合金薄帶或薄片：FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等；非晶態(tài)合金薄帶：Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以適當的Si、B、P和其他摻雜元素,又稱磁性

17、玻璃；磁介質（鐵粉芯）:FeNi(Mo)、FeSiAl、羰基鐵和鐵氧體等粉料；鐵氧體：包括尖晶石型M OFeO (M 代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等),磁鉛石型BaMeFeO(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其復合組分)。 軟磁材料的應用軟磁材料的應用甚廣，主要用于磁性天線、電感器、變壓器、磁頭、耳機、繼電器、振動子、電視偏轉軛、電纜、延遲線、傳感器、微波吸收材料、電磁鐵、加速器高頻加速腔、磁場探頭、磁性基片、磁場屏蔽、高頻淬火聚能、電磁吸盤、磁敏元件(如磁熱材料作開關)等。 2.3矩磁材料和磁記錄材料 主要用作信息記錄、無接點開關、邏輯操作和信息

18、放大。這種材料的特點是磁滯回線呈矩形。 2.4旋磁材料 具有獨特的微波磁性，如導磁率的張量特性、法拉第旋轉、共振吸收、場移、相移、雙折射和自旋波等效應。據此設計的器件主要用作微波能量的傳輸和轉換，常用的有隔離器、環(huán)行器、濾波器（固定式或電調式）、衰減器、相移器、調制器、開關、限幅器及延遲線等，還有尚在發(fā)展中的磁表面波和靜磁波器件（見微波鐵氧體器件）。3 磁性材料的基本特性3.1 磁性材料的磁化曲線 磁性材料是由鐵磁性物質或亞鐵磁性物質組成的，磁化曲線2是表征物質磁化強度(B)與磁場強度（H）的依賴關系的曲線 。在外加磁場H 作用下，必有相應的磁化強度M 或磁感應強度B，它們隨磁場強度H 的變化

19、曲線稱為磁化曲線（MH或BH曲線）。磁化曲線一般來說是非線性的，具有2個特點：磁飽和現象及磁滯現象。即當磁場強度H足夠大時，磁化強度M達到一個確定的飽和值Ms，繼續(xù)增大H，Ms保持不變；以及當材料的M值達到飽和后，外磁場H降低為零時，M并不恢復為零，而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當于MH曲線或BH曲線上的某一點，該點常為工作點。3.1.1鐵磁體的磁滯回線圖1鐵磁體的磁滯回線Fig 1 ferromagnetic magnetic hysteresisB隨H變化的全過程如下：當H按 OHmOHcHmOHcHm的順序變化時，B相應沿 OBmBrOBmBrOBm的順序變化（1）當H0時，B

20、不為零，鐵磁材料還保留一定值的磁感應強度，通常稱為鐵磁材料的剩磁。（2）要消除剩磁，使B降為零，必須加一個反方向磁場，這個反向磁場強度叫做該鐵磁材料的矯頑磁力。（3）H上升到某一個值和下降到同一數值時，鐵磁材料內的B值并不相同，即磁化過程與鐵磁材料過去的磁化經歷有關。3.1.2 基本磁化曲線 圖2基本磁化曲線 圖3 退磁曲線Fig 2 basic magnetization curve Fig 3 demagnetization curve對于同一鐵磁材料，若開始時不帶磁性，依次選取磁化電流為I1、I2、Im(I1< I2< Im)則相應的磁場強度為H1、H2、Hm。在每一個選定的

21、磁場值下，使其方向發(fā)生兩次變化（即H1- H1H1,Hm- HmHm等），則可得到一組逐漸增大的磁滯回線我們把原點O和各個磁滯回線的頂點a1、a2、a所連成的曲線，稱為鐵磁材料的基本磁化曲線（圖2）。 在理論上，要消除剩磁Br，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，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終趨于原點的環(huán)狀曲線，如圖3所示。當H減小到零時，B亦同時降為零，達到完全退磁。3.

22、2 軟磁材料的常用磁性能參數3飽和磁感應強度Bm其大小取決于材料的成分，它所對應的物理狀態(tài)是材料內部的磁化矢量整齊排列，是永磁材料極為重要的參數。永磁材料的飽和磁化強度越高，它標志著材料的最大磁能積和剩磁可能達到的上限值越高。剩余磁感應強度Br是磁滯回線上的特征參數，H回到0時的B值，即鐵磁體磁化到飽和并去掉外磁場后，在磁化方向保留的剩余磁化強度或剩余磁感應強度稱為剩磁。矩形比BrBm ，表示磁記錄材料磁滯回線矩形程度的重要參數，符號Rs。它是材料最大剩余磁通密度Br與最大磁通密度Bm之比，即Rs=Br/Bm。對于磁記錄材料而言，矩形比愈大愈好，一般Rs值應為0.900.97左右。矩形比也稱矩

23、形系數。3.2.4矯頑力Hc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、應力等）。鐵磁體磁化到飽和后，使它的磁化強度或磁感應強度降低到零所需要的反向外磁場稱為矯頑力。 磁導率是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關。 初始磁導率i、最大磁導率m、微分磁導率d、振幅磁導率a、有效磁導率e、脈沖磁導率p。 居里溫度Tc鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉變?yōu)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。 損耗P磁滯損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe f2 t2 , 降低

24、，降低磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc；降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關系為：總功率耗散（mW）/表面積（cm2） 3.2.8最大磁能積最大磁能積是退磁曲線上磁感應強度和磁場強度乘積的最大值。這個值越大，說明單位體積內存儲的磁能越大，材料的性能越好。3.3 軟磁材料的磁性參數與器件的電氣參數之間的轉換 在設計軟磁器件時，首先要根據電路的要求確定器件的電壓電流性。器件的電壓電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關。設計者必須熟悉材料的磁化過程并拿握材料的磁性參數與器件電氣參數的轉換關系。設計軟磁器件通常包括三個步驟：

25、正確選用磁性材料；合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸；根據磁性參數要求，模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應的電氣參數。4 磁性材料的機理和生產工藝4.1磁流體材料的機理和生產工藝磁流體又稱磁性液體(Magnetic Fluids),是由納米級的磁性顆粒通過表面活性劑的包覆,高度均勻分散于基載液中所形成的穩(wěn)定的固2液兩相膠液體4。這種材料既具有固相材料的磁性,又具有液相的流動性,即使在重力、離心力、電磁力等作用下也不會發(fā)生固液分離,是一種典型的納米復合材料5,同時它也是目前真正具有工業(yè)實用價值的液體磁性材料,自20世紀60年代問世以來,發(fā)展非常迅速。目前磁性液體已經發(fā)展成為一個橫跨多學科的綜合體系,其應用領域

26、已擴展到機械、航空、電子、醫(yī)療、生物、環(huán)保等諸多方面6。4.1.1磁流體的組成與機理磁流體的組成 磁流體由磁性微粒、表面活性劑和載液三者組成，三者關系如圖4a所示。磁性微?？梢允牵篎e3O4、-Fe2O3、氮化鐵、單一或復合鐵氧體、純鐵粉、純鈷粉、鐵-鈷合金粉、稀 圖4 磁流體組成示意圖Fig 4 magnetofluid component diagram土永磁粉等， 目前常用Fe3O4粉。 表面活性劑的選用主要是讓相應的磁性微粒能穩(wěn)定地分散在載液中，這對制備磁流體來說至關重要。典型的表面活性劑一端是極性的，另一端是非極性的，它既能適應于一定的載液性質，又能適應于一定磁性顆粒的界面要求。包覆

27、了合適的表面活性劑的納米磁性顆粒之間就可相互排斥、分隔并均勻地分散在載液之中成為穩(wěn)定的膠體溶液。關于載液的選擇，應以低蒸發(fā)速率、低粘度、高化學穩(wěn)定性、耐高溫和抗輻射為標準，但 同時滿足上述條件非常困難，因此，往往根據磁流體的用途及其工作條件來選擇具有相應性能的載液。磁流變液的流變機理 按照磁疇理論可以解釋磁流變效應。在磁流變液中，每一個小顆粒都可當做一個小的磁體。在這種磁體中，相鄰原子間存在著強交換耦合作用。它促使相鄰原子的磁矩平行排列，形成自發(fā)磁化飽和區(qū)域即磁疇。無外磁場作用時，每個磁疇中各個原子的磁矩排列取向一致，而不同磁疇磁矩取向不同。磁疇的這種排列方式使每一顆粒處于能量最小的穩(wěn)定狀態(tài)。

28、因此，所有顆粒均勻磁矩為零，顆粒不顯磁性。在外磁場作用下，磁矩與外磁場同方向排列時的磁能低于磁矩與外磁場反方向排列時的磁能，結果是同自發(fā)磁化磁矩成較大角度的磁疇體積逐漸縮小。這時顆粒的均勻磁矩不即是零，顆粒對外顯示磁性，按序排列相接成鏈。當外磁場強度較弱時，鏈數目少、長度短、直徑也較細，剪斷它們所需外力也較小。隨外磁場不斷增強，取向與外場成較大角度的磁疇全部消失，保存的磁疇開始向外磁場方向旋轉，磁流變液中鏈的數目增加，長度加長，直徑變粗，磁流變液對外所表現的剪切應力增強；再繼續(xù)增加磁場，所有磁疇沿外磁場方向整潔排列，磁化達到飽和，磁流變液的剪切應力也達到最高。 磁流變液的磁化特征不僅依靠固態(tài)相

29、本身的磁特性，而且與顆粒間聚集狀態(tài)和結構特征密切相關。另外，磁流變液的磁化飽和強度與體積分數無關，但磁化率卻隨體積分數的增加而線形增加，且有隨顆粒直徑增大而增大的趨勢。在外加磁場作用下，磁流變液發(fā)生相變的三個臨界磁場分別為Hc1、Hc2和Hc3，如圖51。 圖5 磁流變液內部結構演化圖Fig 5 magnetorheological fluid internal structure evolution diagrama：當H < Hc1時，磁流變液完全處于流體狀態(tài)，鐵磁顆粒隨機分布； b：當Hc1 < H < Hc2時，開始形成鏈狀結構，鏈與顆粒共存且隨機分布； c：當Hc2

30、 < H < Hc3時，開始形成柱狀結構，柱與鏈共存； d：當H > Hc3時，顆粒全部形成柱狀結構。4.1.2磁性液體的制備磁性液體按磁性顆粒來分,主要分為鐵氧體型、金屬型和氮化鐵型。由于鐵氧體型磁性液體具有很好的穩(wěn)定性,成為目前國內外應用最廣泛的磁性液體,其缺點是飽和磁強度 (Ms) 較低,一般在0.1020.103 T,最高可達0.106 T7 , 限制了其應用的范圍。金屬型磁性液體有較高的 Ms值,但化學穩(wěn)定性較差。近年來開發(fā)的氮化鐵型磁性液體既具有高 Ms ,又有較好的磁穩(wěn)定性,因而成為研究者關注的熱點。下面分別對這3種不同類型的磁性液體的制備方法進行介紹?；瘜W共沉

31、淀法制備鐵氧體型磁液所謂共沉淀法8, 是在混合的金屬鹽溶液 (含有 2 種或 2 種以上的金屬離子 ) 中加入適當的沉淀劑 , 反應生成均勻的沉淀產物。Elmore早先曾利用化學共沉淀法制備高分散鐵氧體型磁性液體 , 其化學原理如下:FeCl2 + 2FeCl3 + 8NaOH Fe3O4 + 8NaCl + 4H2O將稀釋的 FeCl2 和 FeCl3 水溶液按摩爾比 1 2在 70 時混合,加入過量的 NaOH 水溶液使混合溶液 的 pH 控制在 10,以確保離子全部沉淀,同時加入適量表面活性劑(如油酸)將生成的顆粒進行及時地包覆,并配合以連續(xù)攪拌,其目的是為了嚴格控制顆粒長大,獲得高度分

32、散的沉淀產物。將水中的顆粒轉移至適當的基載液中便可得到 Fe3 O4 基磁性液體。采用共沉淀法的優(yōu)點在于: 通過溶液中的各種化學反應直接得到化學成分均一的超微粉體;超微粉體的粒度及分布容易控制;易于工業(yè)化生產。目前 ,市場銷售的鐵氧體型磁性液體一般都是通過共沉淀法制備的。4.1.2.2金屬型磁液的制備 圖6 真空蒸發(fā)法制備金屬基磁液示意圖Fig 6 vacuum evaporation for preparation of metal base magnetic fluid schematic diagram真空蒸發(fā)法 真空蒸發(fā)法僅用于制備金屬基磁性液體 ,其制備原理如圖 16 所示9: 在真

33、空或惰性氣體保護的圓形容器內放入表面活性劑與基載液 ,隨著旋轉容器的轉動 , 混合溶液貼附于轉桶的內壁上形成一層夜體薄膜 ,將鐵、鈷、鎳或其合金置于旋轉中心容器內在2000甚至更高的溫度下使其蒸發(fā)成氣體狀態(tài) ,與桶內壁的液體薄膜相接處 , 冷凝成超微粒子粒徑一般在 2 10 nm, 轉桶通常以 2 r/min的速率旋轉 ,金屬粒子不斷地溶解并分散于液體中 ,如此重復便得到磁性液體。真空蒸發(fā)法制備的金屬及其合金磁性液體穩(wěn)定性優(yōu)良、飽和磁化強度高 ,但整個設備復雜 ,同時還需抽真空 ,目前國內還沒有利用這方法來制備磁性液體。熱解羰基化合物法10 利用羰基化合物液體 (如 Fe ( CO ) 5 、

34、N i ( CO ) 等 ) , 在一定的溫度下蒸發(fā) ,通過氬氣載帶到混合器中與稀釋氣體充分混合進一步稀釋后進入熱解器。羰基化合物蒸汽在具有一定溫度的基載液中熱分解 ,形成的納米顆粒被事先混入基載液中的表面活性劑包覆 ,一步獲得具有一定磁性的金屬基磁性液體。氣相-液相反應法制備氮化鐵型磁液該方法的基本原理為在添加了胺基系表面活性劑的煤油中導入氨氣,同時將漏斗中的適量羰基鐵放入反應器中,加熱反應器至90 保溫60 m in,生成胺基羰基鐵中間體,然后在185 高溫下分圖7 氣相-液相法制備氮化鐵磁液裝置Fig 7 gas phase - liquid for preparation of nit

35、riding ferromagnetic fluid device解該中間體,就可以得到氮化鐵磁性液體。反應裝置如圖 37所示,將上述反應過程重復進行 , 直至漏斗中的Fe(CO)5全部反應為止。此外,鋼鐵研究總院也自行研制了一套氮化鐵磁性液體的制備裝置, 其方法是用 Ar氣將Fe(CO)5蒸氣載帶到混合器內,并與導入該混合器內的 NH3充分混合后進入含有事先復配的基載液與表面活性劑的高溫爐體內進行反應,得到氮化鐵磁性液體,其優(yōu)點是一次反應就可以得到最終產物,制備工藝簡單,可靠性強。4.2 軟磁錳鋅鐵氧體的機理及生產工藝軟磁錳鋅鐵氧體的機理及生產工藝錳鋅鐵氧體是一鐘廣泛用于通信、傳感、音像設備

36、、開關電源和磁頭工業(yè)的軟磁材料。隨著這些行業(yè)的發(fā)展，對錳鋅鐵氧體的質量和性能提出了越來越高的要求。錳鋅鐵氧體材料的生產工藝分為2種11：一是將氧化物原料直接球磨混合，經成型和高溫燒結制成鐵氧體，即為干法。這種方法工藝簡單，配方準確，應用較普遍。但采用氧化物作原料，燒結活性和混合的均勻性受到限制，制約了產品性能的進一步提高。而另一種則是以化學沉淀法為主的濕法工藝，此工藝制備的鐵氧體粉燒結活性和均勻性好，但濕法的工藝路線長長、條件敏感、穩(wěn)定性較差?，F以應用較為普遍的干法生產錳鋅鐵氧體的工藝為例做詳細的分析。4.2.1.1 氧化物法（干法）制備錳鋅鐵氧體我國目前工業(yè)生產錳鋅鐵氧體主要采用此方法，即選

37、用高純度的氧化鐵、碳酸錳（或氧化錳）氧化鋅等作原料，銨一定配比混合后燒結成型制成。粉料制作的一般工藝流程如圖48所示。另外，鐵氧體微粉生產工藝流程示意圖如圖59所示原材料配料混合粗粉碎細粉碎噴霧造粒檢驗顆粒調整裝桶檢分進倉預燒添加劑2添加劑1圖8 4 氧化法制備錳鋅鐵氧體粉料的工藝流程 Fig 8 oxidation for preparation of manganese zinc ferrite powder process圖59干法鐵氧體微粉生產工藝流程示意圖 Fig 9 dry ferrite powder production process flow diagram軟磁鐵氧體生產工

38、藝流程的分析概述軟磁鐵氧體12是由Fe、Zn、Mn或Ni的氧化物按一定比例混合，經預燒、破碎、造粒、壓制成型、燒結和磨加工而成。軟磁鐵氧體分為MnZn鐵氧體和NiZn鐵氧體兩類，MnZn鐵氧體比NiZn鐵氧體的產量和用量都要大得多。下面僅對MnZn鐵氧體的批量生產工藝技術及質量控制進行簡要描述。軟磁鐵氧體批量生產的工藝技術及質量軟磁鐵氧體的各制造工序對磁芯的特性、外觀質量、成本、交貨期等的影響有所不同。視企業(yè)工藝設備狀況和工序匹配情況不同而定，技術質量控制是為生產和經營服務的，因此,必然要結合實際問題進行操作。原材料選擇及配方提高軟磁鐵氧體特性的關鍵之一在配方(包括二次球磨中加雜)，因此應重點

39、選擇好主配方料，要求主配方料的純度要高、含有害雜質如氯根、酸根等較少、化學活性和流動性要好、粒度分布適當、3種主配方料的比表面積匹配較好。在本工序，應重點預防和控制原材料的純度并確保配方稱量的準確性。以錳鋅鐵氧體粉體為例做簡要分析同時，就錳鋅鐵氧體而言，隨著市場經濟的發(fā)展，錳鋅鐵氧體磁芯工業(yè)化大生產分工越來越細，對粉料的技術性能要求越來越高。粉料的性能特征直接影響到毛胚成型、二次燒結和磁芯的電磁性能。下面就錳鋅鐵氧體粉料產品設計開發(fā)中問題，作重點討論：電磁性能 如材料的初始磁導率、飽和磁通密度、功率損耗、頻率特性、溫度特性等。以上特性一般通過優(yōu)化配方、原材料，調整預燒和砂磨工藝參數，調整二次燒

40、結工藝來實現。燒結特性 粉料應具有合適的收縮率、二次燒結時不開裂，不粘連等特性。黑噴造粒過程中膠的含量、種類是影響燒結開裂的主要因素。而預燒溫度、原材料則對收縮率有明顯影響。預燒時的通風不暢、原材料中氯含量過高，會造成二次燒結時磁芯粘連。成型特性 粉料在壓制時應不粘模、不卡模、無起層開裂。這就要求粉料具有恰當的含水率、顆粒分布、松裝密度、良好的流動性，還應具有合適的成型壓力。符合國際、國家、行業(yè)等相關標準 如粉料中有害物質應符合ROHS等。成本和性價比 既要保證粉料的品質又要兼顧粉料的成本。在粉料配方、原材料、工藝上應優(yōu)化選擇。 錳鋅鐵氧體的制備機理圖610為采用氧化共沉淀法在液相中制備的 鐵

41、氧體樣品的紅外光譜 圖 從圖中可以看出400-600c處有個明顯的吸收峰 它們是尖晶石鐵氧體的特征峰 和 把600附近的吸收帶歸于四面體 位Fe-O的伸縮振動生的吸收峰 而410附近的吸收帶為八面體位F 的伸縮振動所產生的吸收峰 和3387處的吸收峰分別是樣品中水分子中 鍵的伸縮和彎曲振動造成的。圖106 樣品的紅外光譜圖 Fig 10 samples of infrared spectrogram圖711為制備的 鐵氧體樣品的衍射圖譜 通過軟分析 圖中各衍射峰的位置強度與標準的尖晶石結構的鐵氧體衍射峰吻合得很好 圖6和圖7都說明了采用氧化共沉淀法能在液相中形成尖晶石結構的 鐵氧體 液相中 M

42、nZn鐵氧體的形成機理文獻中很少有報道 由于鐵氧體與FeO 具有相同的晶體結構 都是尖晶石結構 鐵氧體就是用 和 替代FeO 中 所以可以借助液相中F 的形成機理進行解釋 而氧化共沉淀制備 FeO 的形成機理目前普遍能被人們所接受的就是:圖117 氧化-共沉淀法制備的Mn-Zn鐵氧體粉末樣品X射線衍射（XRD）圖譜Fig 11 oxidation - coprecipitation preparation of Mn - Zn ferrite powder sample X ray diffraction (XRD) map溶解再沉淀機理 該機理認為 在空氣中前驅沉淀物 Fe(OH)首 先 溶

43、 解 然 后 緩 慢 氧 化 成 在生成 的同時會來不及氧化就進入 中形成 (O,OH)八面體結構13(O,OH)八面體通過可溶性的八面體型的含水絡合物縮聚反應生成FeO若溶液的濃度過高或用強氧化劑如 很難得到FeO因為溶液中的 Fe會迅速被全部氧化而不能進入中形成(,) 八面體結構 而氧化共沉淀制備 鐵氧體正好利用這一點 用迅速氧化 Fe(OH)變成 和進入 中形成Fe (Mn-Zn)( O,OH) 八面體結構其化學反應方程式14如下:但能否確定生成的產物中不含有FeO從衍射圖譜中是很難辨別的 ,因為 鐵氧體和FeO都是尖晶石結構它們的衍射峰幾乎疊在一起 為了進一步驗證產物中是否含有FeO

44、我們對產物進行了熱處理 圖11是產物分別經600和1100處理后的衍射圖譜從圖中可以看出與圖12相比 空氣中600熱處理后的樣品 射線衍射圖譜出現大量的Fe2O3 雜峰 而1100熱處理后 只存在少量的Fe2O3 雜峰 其原因可能是溫度為600時產物內部氧分壓低于外界氧分壓 發(fā)生如下的吸氧反應15:圖128熱處理后的Mn-Zn鐵氧體粉末樣品X射線衍射（XRD）圖譜Fig 12 after heat treatment of Mn - Zn ferrite powder sample X ray diffraction (XRD) map當溫度較低時 3r- Fe2O3 發(fā)生同質異構轉變成為具有

45、菱面體結構的 a- Fe2O3 由于 a- Fe2O3的結構和 鐵氧體結構不同 就要從 鐵氧體固溶體中析出來以另相存在 隨著熱處理的溫度上升 樣品內的氧分解壓力增大 而且它的增大速度比周圍氣氛的氧分壓增大速度要快 當其內部氧分壓接近或大于外界氧分壓時 就要發(fā)生放氧反應重新生成 鐵氧體,上面的的反應向左進行 所以樣品 熱處理后 只剩下少量的Fe2O3進一步提高熱處理溫度 樣品的射線衍射 圖譜中仍然存在少量的Fe2O3峰 這說明產物中可能含有FeO經熱處理后變成了Fe2O3 從圖中還可看出 氮氣氣氛中600熱處理后的產物 射線衍射 圖譜中未出現Fe2O3 雜峰 說明產物在氮氣氣氛中熱處理 可能未發(fā)

46、生任何相變。5 磁性材料的實際應用與發(fā)展5.1磁性液體的應用n 磁性液體分離技術圖13 磁性液體礦物分選裝置Fig 13 magnetic liquid mineral separation device磁性液體在外磁場的作用下可改變其表觀密度。通過調節(jié)外加磁場的強度來改變磁性液體的表觀密度 , 就可以實現在磁性液體中某些特定物質的沉浮。這就是磁性液體浮選的基本原理。圖 613是磁性液體礦物浮選的示意圖。日本研制的比重分選機成功地將玻璃和陶瓷分離開。俄羅斯研制出成套的砂、金磁性液體分選裝置 , 其黃金采收率高達 9816% , 處理時間縮短 1 /3。n 磁性液體研磨和拋光 圖14 磁性液體研

47、磨基本原理示意圖Fig 14 magnetic fluid grinding basic principle diagram磁性液體研磨主要是利用磁懸浮的基本原理 , 在水基或油基磁性液體中混入粒度為幾微米到幾百微米的磨粒 , 在梯度磁場的作用下 , 非磁性的磨粒受到磁性浮力的作用 , 浮于磁性液體的表層 , 磨粒與工件表面之間處于一種彈性浮動接觸狀態(tài) ,通過對工件加壓轉動 ,磨粒對工件進行磨削 , 從而起到研磨作用, 如圖 714 所示。通過改變外加磁場強度及加工壓力 , 可以調節(jié)磨削速率。磁性液體研磨適用于各種材料和任何形狀曲面的加工 , 而且 , 可以內外表面同時進行, 其應用前景十分看

48、好。5.2平板揚聲器結構與原理 平板揚聲器的結構平板揚聲器的結構如圖915所示，主要由軟磁材料、音圈、平板發(fā)聲盤、環(huán)形導電線圈、偏磁線圈組成。其結構要求音圈固定在以軟磁材料為支架的半閉合磁路上，振動發(fā)聲盤為四邊固定的張緊的柔性導電盤或內部相嵌有多個（三個以上）同心導電環(huán)的柔性圓盤構成，并保證磁路完全穿過振動盤。偏磁線圈的作用是在揚聲器工作時加入合適的直流或超音頻交流偏磁電流，使磁路中的音頻磁場避開磁化曲線的非線性區(qū)。發(fā)聲盤軟磁材料音圈偏磁線圈環(huán)形導電線圈圖9 15 平板揚聲器結構圖Fig15 flat speaker structure 平板揚聲器工作原理當音圈中通過經功放放大的音頻電流時，音

49、頻電流在軟磁材料中產生的音頻變化磁通穿過發(fā)聲盤，平板發(fā)聲盤內的各導電環(huán)產生互感磁通，互感磁場與音頻磁場相互作用而迫使發(fā)聲盤產生音頻的機械振動而發(fā)聲。由于軟磁材料的磁化曲線是非線性的，使得音頻電流的過零點產生很大的失真。因此在磁路中加一個偏磁線圈，外加一恒定的直流或超音頻交流偏磁電流，精確調整偏磁電流的大小和音頻信號的幅度，使音頻磁通避開磁化曲線的非線性區(qū)。5.3平板揚聲器應用與特點分析5.3.1 平板揚聲器應用平板揚聲器應用示意如圖1016所示，其中超音頻交流振蕩電路或直流穩(wěn)壓電源為偏磁線圈提供偏磁電流，R為限流電阻，為了使偏磁線圈不會對音頻磁通短路，要求R盡可能大些，RW是最佳偏磁調節(jié)器，調

50、節(jié)其大小可保證加給揚聲器的直流（或交流）偏磁剛好使音頻信號磁場在軟磁體的磁化曲線的線性段中間。功率放大器輸出的音頻信號加到音圈上，將音頻電流轉變成音頻變化的磁場，此磁場穿過發(fā)聲盤各導電環(huán)，各導電環(huán)的互感磁場與音頻磁場相互作用而推動發(fā)聲盤還原高保真聲場。音圈偏磁線圈音圈R音圈RW音圈功率放大器超音頻振蕩電路圖16 0 平板揚聲器應用示意圖 Fig16 flat speaker application schematic diagram5.3.2平板揚聲器特點分析本次設計的平板揚聲器具有頻響寬、功率大、失真小、體型薄、外形隨意、結構簡單、加工方便、不易破損及無磁干擾等特點。(1)頻響寬。由于揚聲器

51、振動發(fā)聲盤內相嵌有多個放射狀排列的同心導電環(huán)，各環(huán)的半徑不一樣，各個環(huán)在單獨作用時就有不同的機械諧振頻率，導電環(huán)的數量越多，分布越均勻，揚聲器幅頻特性越平坦，不在在傳統揚聲器發(fā)音盤尺寸固定而產生單一波峰的幅頻特性；發(fā)聲盤的外內徑比值越大，幅頻特性越寬；很容易就能在一個揚聲器上實現了從20Hz至20KHz的平坦的幅頻特性。（2）輸出功率大。由于音圈固定在磁路上，它可做得更粗，更結實，不存在傳統的揚聲器音圈易燒毀，易振與松動的現象，發(fā)音盤中的環(huán)形導電線圈進一步起到音膜加固作用，比傳統揚聲器發(fā)音膜具有更強的機械特性，從而使輸出功率更大。（3）失真小。平板揚聲器在磁路中加一個偏磁線圈，揚聲器工作時加入

52、合適的直流或超音頻交流偏磁電流在偏磁線圈上，使磁路中的音頻磁場避開磁化曲線的非線性區(qū)，音頻信號磁場幾乎不失真的加在了發(fā)音盤上，從而使本揚聲器的失真非常小。（4）體型薄。該揚聲器中使用了平面的發(fā)音盤，故揚聲器可做得很薄，它的厚度主要由磁路結構與發(fā)音盤振動所需的空間決定。（5）外形設計隨意。在該揚聲器中，只要將磁通完全穿過發(fā)音盤的中心孔，對磁路的形狀沒有要求，發(fā)音盤不一定非要圓形，它們均可根據美學與機械要求設計成任意形狀，發(fā)音盤的表面便是各種藝術繪畫作器的最佳居所。（6）結構簡單、加工方便、不易破損。該揚聲器中磁路結構簡單，各部分配合精度要求不高，音圈、磁路、發(fā)音盤可由產家做好后由普通用戶自行安裝。由于發(fā)音盤使用了多個導電環(huán)驅動方式，即使某部分導電環(huán)損壞，其它環(huán)仍可正常工作，不會對揚聲器產生致命的影響。而傳統的音圈驅動方式，一旦音圈燒壞，就不能再繼續(xù)使用。6 市場分析與前景166.1中國磁性產品市場變化產品檔次從低端向高端發(fā)展，高檔產品占全部產量的30%以上。產品向片式化、集約化發(fā)展，器件尺寸越來越小。國際市場競爭，促使磁性材料的價格下降。磁性產品向新技術和新應用領域發(fā)展。6.1.1中國家電市場的變化平板電視的發(fā)展、 變頻空調、冰箱壓縮機洗衣機、微波爐、電磁爐、電剃刀、廚房用品等用磁的發(fā)展