磁性材料与应用.doc

磁性材料与应用摘要：磁性材料可以说即古老又新颖。磁性材料的发现是十分久远的，它的应用如指南针创造了古代的文明。磁性材料的发展很迅速，原有的传统材料性能在不断的改进和提高，更多的新型磁特性和磁效应材料又在不断地大量涌现。而磁学基础研究与应用的需求相互促进，在国防和国民经济中起着重要作用。所以对磁性材料的研究与应用就显的尤为重要。定义：磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。发展历程：中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载。11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法。1086年梦溪笔谈记载了指南针的制作和使用。10991102年有指南针用于航海的记述，同时还发现了地磁偏角的现象。公元19世纪，近代物理学大发展，电流的磁效应、电磁感应等相继被发现和研究，同时磁性材料的理论出现，涌现出了象法拉第、安培、韦伯、高斯、奥斯特、麦克丝韦、赫兹等大批现代电磁学大师。 20世纪初，法国的外斯提出了著名的磁性物质的分子场假说，奠定了现代磁学的基础近代，电力工业的发展促进了金属磁性材料硅钢片（Si-Fe合金）的研制。永磁金属从 19世纪的碳钢发展到后来的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。随着通信技术的发展，软磁金属材料从片状改为丝状再改为粉状，仍满足不了频率扩展的要求。20世纪40年代，荷兰J.L.斯诺伊克发明电阻率高、高频特性好的铁氧体软磁材料，接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体。50年代初，随着电子计算机的发展，美籍华人王安首先使用矩磁合金元件作为计算机的内存储器，不久被矩磁铁氧体记忆磁芯取代，后者在6070年代曾对计算机的发展起过重要的作用。50年代初人们发现铁氧体具有独特的微波特性，制成一系列微波铁氧体器件。压磁材料在第一次世界大战时即已用于声纳技术，但由于压电陶瓷的出现，使用有所减少。后来又出现了强压磁性的稀土合金。非晶态（无定形）磁性材料是近代磁学研究的成果，在发明快速淬火技术后，1967年解决了制带工艺，正向实用化过渡。类型与应用：磁性材料具有磁有序的强磁性物质，广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。 一、烧结钕铁硼钕铁硼（NdFeB）属第三代稀土永磁材料，具有体积小、重量轻和磁性强的特点，是迄今为止性能价格比最佳的磁体，在磁学界被誉为磁王。高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了广泛应用。在人们的日常生活中，小到手表、手机、照相机、电话、录音机、计算机硬盘、光盘驱动器，大到汽车、发电机、医疗仪器、航空航天器等，永磁材料无所不在。正是广泛采用了稀土永磁材料，众多电子产品的尺寸才得以进一步缩小，性能大幅度改善。从而适应了当今电子产品轻、薄、小的发展趋势。现在，稀土永磁材料的生产与应用，已成为衡量一个国家综合国力与国民经济发展水平的重要标志。二、粘结钕铁硼粘结钕铁硼特点：1 在各向同性的粘结磁体中，此磁体的磁性能最强2 可一次成型为精度较高、形状的零件而无需后加工3 有较强的韧性 4 有的抗腐蚀能力5 温度性能稳定粘结钕铁硼用途：与烧结钕铁硼磁强磁体相比，粘结钕铁硼磁体具有一次成形，多极取向的特点。主要应用于电子信息、通讯、仪表、办公自动化、医疗器械、汽车、机械等领域。三、铝镍钴永磁铝镍钴永磁是由金属铝、镍、钴、铁和其他微量金属元素构成的一种合金。其金属成分的构成不同，磁性能不同，从而用途也不同。铝镍钴永磁有两种不同的生产工艺：铸造和烧结。铸造铝镍钴工艺可以加工生产成不同的尺寸和形状，强度高，抗腐蚀能力强，具有的温度稳定性，最高工作温度可达600。铸造铝镍钴产品应用广泛，主要用于各种传感器、仪表、电子、机电、医疗、教学、汽车、航空、军事技术等领域。烧结铝镍钴产品与铸造铝镍钴产品相比，主要是小的尺寸，磁性能要略低于铸造铝镍钴产品，但可加工性好。烧结铝镍钴产品广泛用于各种仪表，各类磁性传感器、控制器、汽车点火器、里程表和其他应用领域铝镍钴磁钢具体应用：1、内磁式电压电流表、电子式电能表、万用表、流量计等2、各类磁性传感器、极化继电器、温度和压力控制器3、移动电话蜂鸣器、助听器、受话器、微型扬声器4、汽车点火启动器、汽车和摩托车里程表、永磁电机、吸附器件等5、广泛应用于要求稳定性高的航空、航天、军事装置等领域四、铁氧体铁氧体的特点:l采用粉末冶金方法生产、剩磁较低，回复磁导磁率小。2矫顽力较大，抗去磁能力较强，特别适宜于用作动态工作条件的磁路结构。3材质硬且脆，可以用于金刚砂工具进行切割加工。4主要原材料是氧化物，故不易腐蚀。5工作温度：40至+200。又分为各项异性(异方性)及各项同性(等向性).等向性烧结铁氧体永磁材料的磁性能较弱,但可在磁体的不同方向充磁;异方性烧结铁氧体永磁材料拥有较强的磁性能,但只能沿着磁体的预定充磁方向充磁。铁氧体用途: l用于扬声器，拾音器、录音器等2应用于汽车电机：雨刷，启动，暖风，燃油泵，及坐椅电机等3应用于健身车磁控、按摩椅、自动控制、微波器件、雷达和医疗器械等。4也适用于制作仪器、仪表、微电机、电声、 器件、复印机、磁传动装置等。五、钐钴磁铁钐钴磁铁的特点: 钐钴磁铁又称钐钴磁钢，或称钐钴永久磁铁，具有较高的磁能积，极低的温度系系数，其使用温度可高达350C。有很强的抗腐蚀性和抗氧化性，通常不作电镀等。钐钴磁铁的用途:应用在马达、仪表、传感器、冰箱、发动机、磁选机、石油化工等高科技领域六、纳米材料纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微晶态的历程。纳米做晶金属软磁材料具有十分优异的性能，高磁导率，低损耗、高饱和磁化强度，己应用于开关电源、变压器。传感器等，可实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功能化，近年来发展十分迅速。 磁电子纳米结构器件是20世纪末最具有影响力的重大成果。除巨磁电阻效应读出磁头、MRAM、磁传感器外，全金属晶体管等新型器件的研究正方兴未艾。磁电子学已成为一门颇受青睐的新学科。参考文献1磁性材料及研究；1993年02期2 杨君友，张同俊，胡镇华，李星国，崔昆；纳米晶软磁材料的发展，磁性及展望 材料科学与工艺；1996年01期3余平 磁光材料的制备和性能研究；贵州大学；2007