磁性材料及其應用課件

課題四鐵磁材料與磁路

---鐵磁材料

1課題四鐵磁材料與磁路1天然磁石

Fe3O4吸鐵性指南性人類認識和使用最早的磁性材料2天然磁石Fe3O4吸鐵性人類認識和使用最早的磁性材料2“山上有赭者，其下有鐵，山上有鉛者，其下有銀。一曰上有鉛者，其下有鉒銀，上有丹沙者，其下有鉒金，上有慈石者，其下有銅金，此山之見榮者也?！薄豆茏印さ財?shù)篇》管仲春秋時期

“西流注于泑澤，期中多慈石?！薄渡胶＝洝け鄙浇洝窇?zhàn)國時期

“若慈石之取針。”“慈石召鐵，或引之也。”

《鬼谷子》鬼谷子戰(zhàn)國中期《呂氏春秋·精通》呂不韋戰(zhàn)國后期關于磁石的最早記載3“山上有赭者，其下有鐵，山上有鉛者，其下有銀。一曰上有鉛者，“若遇天景噎（陰暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向……出指南車或指南魚，以辨所向……魚法，用薄鐵葉剪裁，長二寸闊五分，首尾銳如魚形，置炭中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數(shù)分則止，以密器收之。用時置水碗于無風處，平放魚在水面令浮，其首常南向午也”。北宋曾公亮與丁度編撰的《武經總要》（1044年）關于指南針的應用和制作方法的記載“舟師識地理，夜者觀星，晝者觀日。陰晦觀指南針?！北彼稳酥旎颉镀贾蘅烧劇?“若遇天景噎（陰暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向……出指南車或司南指南車指南魚5司南指南車指南魚5各種指南針掛件6各種指南針掛件6天磁磁體——磁鐵磁鋼人造磁鐵磁體：具有磁性的物體7天磁磁體——磁鐵磁鋼人造磁鐵磁體：具有磁性的物體71、磁導率μ

的單位是：亨利/米(H/m)。不同的物質磁導率不同。在相同的條件下，

值越大，磁感應強度B越大，磁場越強；值越小，磁感應強度B越小，磁場越弱。真空中的磁導率是一個常數(shù)，用0表示

0=4

107H/m

（1）物質導磁性能的強弱用磁導率表示。磁導率用來表示媒介質導磁性能的物理量，用表示。81、磁導率μ的單位是：亨利/米(H/m)。真空中（2）、相對磁導率

為便于對各種物質的導磁性能進行比較，以真空磁導率0為基準，將其他物質的磁導率與

0

比較，其比值叫相對磁導率，用

r

表示，即9（2）、相對磁導率為便于對各種物質的導磁性能進行比較鐵磁物質的相對磁導率材料相對磁導率材料相對磁導率鈷174鎳鐵合金60000鎳1120真空中融化的電解鐵12950軟鋼2180坡莫合金115000硅鋼片7000～10000鋁硅鐵粉芯7未經退火的鑄鐵240錳鋅鐵氧體5000已經退火的鑄鐵620鎳鐵鐵氧體100010鐵磁物質的相對磁導率材料相對磁導率材料相對磁導率鈷17

（3）、鐵磁材料◆材料(介質)按磁導率分類：非鐵磁(非磁性)材料、鐵磁(磁性)材料?！舴氰F磁材料(如空氣、銅、鋁和絕緣材料等)：

μ≈μ0=4π×10-7H/m①順磁材料(如空氣):μ略大于μ0②反磁材料(如銅):μ略小于μ0高導磁材料：?鑄鋼：μ≈1000μ0?硅鋼片：μ≈(6000~7000)μ0?玻莫合金：μ比μ0大幾萬倍11（3）、鐵磁材料◆材料(介質)按磁導率分類：11（1）磁化:使不具有磁性的物質具有磁性的過程叫磁化。任何物質在外磁場中都能或多或少地被磁化。

鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強的磁性的現(xiàn)象。2、鐵磁材料的磁化B12（1）磁化:使不具有磁性的物質具有磁性的過程叫磁化。2、鐵磁（2）、磁性材料磁化后磁性很強的物質叫磁性材料，又稱為鐵磁性物質。（3）、磁性材料的分類

①軟磁性物質：磁化后容易去磁的物質稱軟磁性物質。

軟磁性物質剩磁較小。②硬磁性物質：磁化后不易去磁的物質稱硬磁性物質。

硬磁性物質剩磁較大。13（2）、磁性材料13（3）磁性材料的應用軟磁性材料的剩磁弱，容易去磁，適用于需要反復磁化的場合。硬磁性材料的剩磁強，不易去磁，適用于制成永磁體。以下物品是應用磁性材料制成的14（3）磁性材料的應用以下物品是應用磁性材料制成的14汽車領域

永磁起動電機

傳感器

無刷直流電機計算機領域

光驅存儲器打印機消費類電子產品領域

微型馬達揚聲器耳機麥克風電器領域

便攜式電動工具電機

家用電器電機工業(yè)自動化領域

磁耦合器

伺服電機工業(yè)產品領域

磁分離器

磁起重設備磁性材料器件及應用15汽車領域

磁性材料器件及應用15

永磁材料軟磁材料磁記錄材料特殊功能的磁性材料

磁彈性材料磁電阻材料磁制冷材料磁流體

☆新型磁性材料的分類：16永磁材料☆新型磁性材料的分類：16--永磁材料在特定的空間內提供一個磁場利用永磁材料的吸鐵性及指南性由于成本低廉，鐵氧體磁材有廣闊的應用領域，從電機、揚聲器到玩具、工藝品，因而是目前應用最廣的永磁材料。17--永磁材料在特定的空間內提供一個磁場由于成本低廉鋁鎳鈷的主要應用領域：電子點火系統(tǒng)、電度表、伏安表、醫(yī)療儀器、工業(yè)電機、磁力簧片開關、發(fā)電機、手動工具、自動售貨機。

18鋁鎳鈷的主要應用領域：電子點火鐵鉻鈷變形永磁合金是由天津市天材科技發(fā)展有限公司

金壇市磁性材料有限公司生產永磁鐵氧體材料系列產品19鐵鉻鈷變形永磁合金是由天津市天材科技發(fā)展有限公司金壇市磁性燒結NdFeB永磁材料表面處理分電鍍（Zn、Ni）、噴涂、電泳、磷酸鈍化等，產品具有強的耐腐蝕性。

用于手機、BB機振動器的燒結NdFeB永磁材料20燒結NdFeB永磁材料用于手機、BB機振動器的燒結NdFeB用于各種電機的燒結NdFeB磁瓦用于核磁共振成像儀及磁選機等的燒結NdFeB永磁材料21用于各種電機的燒結NdFeB磁瓦用于核磁共振成像儀及磁選機各種規(guī)格的環(huán)形燒結NdFeB永磁材料外徑Ф3mm~Ф160mm；內徑：Ф1mm~Ф140mm各種規(guī)格的圓片形燒結NdFeB永磁材料尺寸范圍：外徑Ф2mm－Ф160mm；厚度：0.3mm－60mm22各種規(guī)格的環(huán)形燒結NdFeB永磁材料各種規(guī)格的圓片形燒結N各種規(guī)格的圓片形燒結NdFeB永磁材料尺寸范圍：外徑Ф2mm－Ф160mm；厚度：0.3mm－60mm各種未經表面保護處理的燒結NdFeB永磁材料23各種規(guī)格的圓片形燒結NdFeB各種未經表面保護處理的燒結Nd噴涂處理的燒結NdFeB永磁體

各種管狀燒結NdFeB永磁材料尺寸范圍：

外徑：Ф3mm~Ф160mm；內徑：Ф1mm~Ф140mm24噴涂處理的燒結NdFeB永磁體各種管狀燒結NdFeB永磁圓柱形的燒結NdFeB永磁體25圓柱形的燒結NdFeB永磁體25--軟磁材料例如對于變壓器，在線圈中加入磁芯后，將磁通限制在低磁阻的磁芯內，用較小激勵電流，產生比沒有磁芯時大得多的磁通，這就大大減少了電磁元件的體積。因此，加磁芯的基本目的是為鏈合或耦合兩個或多個磁單元的磁通，提供容易通過的路徑，將磁源和磁“負載”連接起來，作為磁通“匯流條”，同時減少磁元件的體積。

26--軟磁材料例如對于變壓器，在線圈中加入磁芯后，將磁通限制在2727共模電感鐵芯

磁放大器鐵芯

漏電保護開關互感器鐵芯

大功率開關變壓器鐵芯

深圳市天為科技有限公司28共模電感鐵芯磁放大器鐵芯漏電保護開關互感器鐵芯大功率開納米晶開氣隙恒電感

電流\電壓互感器用鐵芯

小型開關電源變壓器用環(huán)形鐵芯

非晶恒電感

29納米晶開氣隙恒電感電流\電壓互感器用鐵芯小型開關電源變壓--磁記錄的發(fā)展歷史1898年，一位丹麥工程師伯爾森（Ponlsen）將聲音用磁的方法記錄在磁性鋼絲上，由此發(fā)明了錄音電話機1936年利用氧化鐵作磁記錄介質為一個樂隊錄音，其錄音帶一直保留到現(xiàn)在。20世紀50年代開發(fā)了存儲電子計算機數(shù)據的硬磁盤技術和磁錄像技術。60年代出現(xiàn)了體積小的盤式錄音磁（記錄）帶。70年代初開發(fā)了存儲電子計算機數(shù)據的軟盤技術和家庭盒式錄像磁帶80年代磁帶攝像機的開發(fā)和應用是磁記錄技術的又一新的發(fā)展。30--磁記錄的發(fā)展歷史1898年，一位丹麥工程師伯爾森（Pon1996年數(shù)字式Video磁盤的商品化。1998年，美國IBM開始采用GMR磁頭量產3.5英寸臺式電腦硬盤，東芝也開始供應配備該磁頭的2.5英寸筆記本電腦硬盤樣品。當時的面記錄密度約為3Gbit/平方英寸2004年東芝垂直磁記錄微硬盤（MK4007GAL，133GBit/in2)2005年希捷垂直磁記錄硬盤商業(yè)化（130GBit/in2)311996年數(shù)字式Video磁盤的商品化。31

磁帶磁盤磁卡磁記錄媒體的分類：32磁帶磁記錄媒體的分類：323333

磁帶結構圖示

34磁帶結構圖示343535磁記錄介質磁頭磁盤結構36磁記錄介質磁頭磁盤結構364.4MbyteIBMRAMAC19552kbits/in250x24”diadisks

80Gbyte

SeagateUseries2001

32.6Gbits/in2

2x3.5”glassdisks37

80Gbyte

SeagateUseries3838--特殊功能的磁性材料磁彈性材料磁電阻材料磁制冷材料磁流體39--特殊功能的磁性材料磁彈性材料39磁彈性材料磁性材料在磁場的作用下形狀發(fā)生改變，具體表現(xiàn)可為長度上的伸長或縮短，體積上的膨脹和收縮磁彈性材料應用模型40磁彈性材料磁性材料在磁場的作用下形狀發(fā)生改變，具體表現(xiàn)可為長GMR磁頭不僅在厚度上，而且在長度上

都在100納米以內磁電阻材料磁性材料的電阻在磁場的作用下發(fā)生改變的現(xiàn)象Magnetoresistance(MR)41GMR磁頭不僅在厚度上，而且在長度上

都在100納米以內磁電磁制冷材料磁制冷是一種以磁性材料為工質的制冷技術，基本原理是借助磁制冷材料的磁熱效應（magnetocaloriceffect）即磁制冷材料等溫磁化時向外界放出熱量，而等溫退磁時從外界吸取熱量，以達到制冷目的

環(huán)境友好：無環(huán)境污染和破壞高效節(jié)能:卡諾循環(huán)效率可達到60~70％穩(wěn)定可靠42磁制冷材料磁制冷是一種以磁性材料為工質的制冷技術，基本原理磁流體磁流體又稱磁性液體或鐵流體。是一種對磁場敏感可流動的液體磁性材料。它是將摻入到載液中的鐵磁性微粒（＜10nm）用分散劑均勻地分散，使成為某種具有流動性的懸浮狀的膠態(tài)液體。這種液體具有在通常離心力和磁場作用下即不沉降和凝集又能使其本身承受磁性可以被磁鐵所吸引的特性。43磁流體磁流體又稱磁性液體或鐵流體。是一種對磁場敏感可流動的液用納米金屬及合金粉末生產的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調節(jié)、光顯示等領域。

宇航員頭盔的密封是納米磁性材料的

最早重要應用之一-磁性液體44用納米金屬及合金粉末生產的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應用于密封減許多生物體內就有天然的納米磁性粒子，如磁性細菌，鴿子，海豚，石鱉，蜜蜂，人的大腦等這里有大量的課題需要研究，特別需要有物理和磁學背景的人員參與，有利于對問題的理解生物磁性45許多生物體內就有天然的納米磁性粒子，如磁性細菌，鴿子，海豚，1975年即發(fā)現(xiàn)在磁性細菌體內有一排磁性納米粒子磁性納米粒子導航作用的物理原理和生物過程？461975年即發(fā)現(xiàn)在磁性細菌體內有一排磁性納米粒子磁性納米粒子蜜蜂腹部的磁性納米顆粒，G代表磁性顆粒。對地磁場的準確定位，磁偏角和磁傾角？47蜜蜂腹部的磁性納米顆粒，G代表磁性顆粒。對地磁場的準確定位，石鱉齒舌中含有大量一維納米磁性絲一維納米絲的絲由許多磁性柱構成，柱內是單疇粒子的集合。其生物功能未必只是加強齒舌的耐磨性。48石鱉齒舌中含有大量一維納米磁性絲一維納米絲的絲由許多磁性柱構課題四鐵磁材料與磁路

---鐵磁材料

49課題四鐵磁材料與磁路1天然磁石

Fe3O4吸鐵性指南性人類認識和使用最早的磁性材料50天然磁石Fe3O4吸鐵性人類認識和使用最早的磁性材料2“山上有赭者，其下有鐵，山上有鉛者，其下有銀。一曰上有鉛者，其下有鉒銀，上有丹沙者，其下有鉒金，上有慈石者，其下有銅金，此山之見榮者也?！薄豆茏印さ財?shù)篇》管仲春秋時期

“西流注于泑澤，期中多慈石?！薄渡胶＝洝け鄙浇洝窇?zhàn)國時期

“若慈石之取針?！薄按仁勹F，或引之也?！?/p>

《鬼谷子》鬼谷子戰(zhàn)國中期《呂氏春秋·精通》呂不韋戰(zhàn)國后期關于磁石的最早記載51“山上有赭者，其下有鐵，山上有鉛者，其下有銀。一曰上有鉛者，“若遇天景噎（陰暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向……出指南車或指南魚，以辨所向……魚法，用薄鐵葉剪裁，長二寸闊五分，首尾銳如魚形，置炭中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數(shù)分則止，以密器收之。用時置水碗于無風處，平放魚在水面令浮，其首常南向午也”。北宋曾公亮與丁度編撰的《武經總要》（1044年）關于指南針的應用和制作方法的記載“舟師識地理，夜者觀星，晝者觀日。陰晦觀指南針。”北宋人朱或《萍洲可談》52“若遇天景噎（陰暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向……出指南車或司南指南車指南魚53司南指南車指南魚5各種指南針掛件54各種指南針掛件6天磁磁體——磁鐵磁鋼人造磁鐵磁體：具有磁性的物體55天磁磁體——磁鐵磁鋼人造磁鐵磁體：具有磁性的物體71、磁導率μ

的單位是：亨利/米(H/m)。不同的物質磁導率不同。在相同的條件下，

值越大，磁感應強度B越大，磁場越強；值越小，磁感應強度B越小，磁場越弱。真空中的磁導率是一個常數(shù)，用0表示

0=4

107H/m

（1）物質導磁性能的強弱用磁導率表示。磁導率用來表示媒介質導磁性能的物理量，用表示。561、磁導率μ的單位是：亨利/米(H/m)。真空中（2）、相對磁導率

為便于對各種物質的導磁性能進行比較，以真空磁導率0為基準，將其他物質的磁導率與

0

比較，其比值叫相對磁導率，用

r

表示，即57（2）、相對磁導率為便于對各種物質的導磁性能進行比較鐵磁物質的相對磁導率材料相對磁導率材料相對磁導率鈷174鎳鐵合金60000鎳1120真空中融化的電解鐵12950軟鋼2180坡莫合金115000硅鋼片7000～10000鋁硅鐵粉芯7未經退火的鑄鐵240錳鋅鐵氧體5000已經退火的鑄鐵620鎳鐵鐵氧體100058鐵磁物質的相對磁導率材料相對磁導率材料相對磁導率鈷17

（3）、鐵磁材料◆材料(介質)按磁導率分類：非鐵磁(非磁性)材料、鐵磁(磁性)材料。◆非鐵磁材料(如空氣、銅、鋁和絕緣材料等)：

μ≈μ0=4π×10-7H/m①順磁材料(如空氣):μ略大于μ0②反磁材料(如銅):μ略小于μ0高導磁材料：?鑄鋼：μ≈1000μ0?硅鋼片：μ≈(6000~7000)μ0?玻莫合金：μ比μ0大幾萬倍59（3）、鐵磁材料◆材料(介質)按磁導率分類：11（1）磁化:使不具有磁性的物質具有磁性的過程叫磁化。任何物質在外磁場中都能或多或少地被磁化。

鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強的磁性的現(xiàn)象。2、鐵磁材料的磁化B60（1）磁化:使不具有磁性的物質具有磁性的過程叫磁化。2、鐵磁（2）、磁性材料磁化后磁性很強的物質叫磁性材料，又稱為鐵磁性物質。（3）、磁性材料的分類

①軟磁性物質：磁化后容易去磁的物質稱軟磁性物質。

軟磁性物質剩磁較小。②硬磁性物質：磁化后不易去磁的物質稱硬磁性物質。

硬磁性物質剩磁較大。61（2）、磁性材料13（3）磁性材料的應用軟磁性材料的剩磁弱，容易去磁，適用于需要反復磁化的場合。硬磁性材料的剩磁強，不易去磁，適用于制成永磁體。以下物品是應用磁性材料制成的62（3）磁性材料的應用以下物品是應用磁性材料制成的14汽車領域

永磁起動電機

傳感器

無刷直流電機計算機領域

光驅存儲器打印機消費類電子產品領域

微型馬達揚聲器耳機麥克風電器領域

便攜式電動工具電機

家用電器電機工業(yè)自動化領域

磁耦合器

伺服電機工業(yè)產品領域

磁分離器

磁起重設備磁性材料器件及應用63汽車領域

磁性材料器件及應用15

永磁材料軟磁材料磁記錄材料特殊功能的磁性材料

磁彈性材料磁電阻材料磁制冷材料磁流體

☆新型磁性材料的分類：64永磁材料☆新型磁性材料的分類：16--永磁材料在特定的空間內提供一個磁場利用永磁材料的吸鐵性及指南性由于成本低廉，鐵氧體磁材有廣闊的應用領域，從電機、揚聲器到玩具、工藝品，因而是目前應用最廣的永磁材料。65--永磁材料在特定的空間內提供一個磁場由于成本低廉鋁鎳鈷的主要應用領域：電子點火系統(tǒng)、電度表、伏安表、醫(yī)療儀器、工業(yè)電機、磁力簧片開關、發(fā)電機、手動工具、自動售貨機。

66鋁鎳鈷的主要應用領域：電子點火鐵鉻鈷變形永磁合金是由天津市天材科技發(fā)展有限公司

金壇市磁性材料有限公司生產永磁鐵氧體材料系列產品67鐵鉻鈷變形永磁合金是由天津市天材科技發(fā)展有限公司金壇市磁性燒結NdFeB永磁材料表面處理分電鍍（Zn、Ni）、噴涂、電泳、磷酸鈍化等，產品具有強的耐腐蝕性。

用于手機、BB機振動器的燒結NdFeB永磁材料68燒結NdFeB永磁材料用于手機、BB機振動器的燒結NdFeB用于各種電機的燒結NdFeB磁瓦用于核磁共振成像儀及磁選機等的燒結NdFeB永磁材料69用于各種電機的燒結NdFeB磁瓦用于核磁共振成像儀及磁選機各種規(guī)格的環(huán)形燒結NdFeB永磁材料外徑Ф3mm~Ф160mm；內徑：Ф1mm~Ф140mm各種規(guī)格的圓片形燒結NdFeB永磁材料尺寸范圍：外徑Ф2mm－Ф160mm；厚度：0.3mm－60mm70各種規(guī)格的環(huán)形燒結NdFeB永磁材料各種規(guī)格的圓片形燒結N各種規(guī)格的圓片形燒結NdFeB永磁材料尺寸范圍：外徑Ф2mm－Ф160mm；厚度：0.3mm－60mm各種未經表面保護處理的燒結NdFeB永磁材料71各種規(guī)格的圓片形燒結NdFeB各種未經表面保護處理的燒結Nd噴涂處理的燒結NdFeB永磁體

各種管狀燒結NdFeB永磁材料尺寸范圍：

外徑：Ф3mm~Ф160mm；內徑：Ф1mm~Ф140mm72噴涂處理的燒結NdFeB永磁體各種管狀燒結NdFeB永磁圓柱形的燒結NdFeB永磁體73圓柱形的燒結NdFeB永磁體25--軟磁材料例如對于變壓器，在線圈中加入磁芯后，將磁通限制在低磁阻的磁芯內，用較小激勵電流，產生比沒有磁芯時大得多的磁通，這就大大減少了電磁元件的體積。因此，加磁芯的基本目的是為鏈合或耦合兩個或多個磁單元的磁通，提供容易通過的路徑，將磁源和磁“負載”連接起來，作為磁通“匯流條”，同時減少磁元件的體積。

74--軟磁材料例如對于變壓器，在線圈中加入磁芯后，將磁通限制在7527共模電感鐵芯

磁放大器鐵芯

漏電保護開關互感器鐵芯

大功率開關變壓器鐵芯

深圳市天為科技有限公司76共模電感鐵芯磁放大器鐵芯漏電保護開關互感器鐵芯大功率開納米晶開氣隙恒電感

電流\電壓互感器用鐵芯

小型開關電源變壓器用環(huán)形鐵芯

非晶恒電感

77納米晶開氣隙恒電感電流\電壓互感器用鐵芯小型開關電源變壓--磁記錄的發(fā)展歷史1898年，一位丹麥工程師伯爾森（Ponlsen）將聲音用磁的方法記錄在磁性鋼絲上，由此發(fā)明了錄音電話機1936年利用氧化鐵作磁記錄介質為一個樂隊錄音，其錄音帶一直保留到現(xiàn)在。20世紀50年代開發(fā)了存儲電子計算機數(shù)據的硬磁盤技術和磁錄像技術。60年代出現(xiàn)了體積小的盤式錄音磁（記錄）帶。70年代初開發(fā)了存儲電子計算機數(shù)據的軟盤技術和家庭盒式錄像磁帶80年代磁帶攝像機的開發(fā)和應用是磁記錄技術的又一新的發(fā)展。78--磁記錄的發(fā)展歷史1898年，一位丹麥工程師伯爾森（Pon1996年數(shù)字式Video磁盤的商品化。1998年，美國IBM開始采用GMR磁頭量產3.5英寸臺式電腦硬盤，東芝也開始供應配備該磁頭的2.5英寸筆記本電腦硬盤樣品。當時的面記錄密度約為3Gbit/平方英寸2004年東芝垂直磁記錄微硬盤（MK4007GAL，133GBit/in2)2005年希捷垂直磁記錄硬盤商業(yè)化（130GBit/in2)791996年數(shù)字式Video磁盤的商品化。31

磁帶磁盤磁卡磁記錄媒體的分類：80磁帶磁記錄媒體的分類：328133

磁帶結構圖示

82磁帶結構圖示348335磁記錄介質磁頭磁盤結構84磁記錄介質磁頭磁盤結構364.4MbyteIBMRAMAC19552kbits/in250x24”diadisks

80Gbyte

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