本章主要內(nèi)容磁學(xué)基礎(chǔ)——物質(zhì)的磁性、磁化過程與技術(shù)磁參量

磁性材料分類——軟磁材料、永磁材料、半硬磁材料

磁性材料的基本性能與應(yīng)用第七章磁性功能材料

一、磁性起源

物質(zhì)的磁性來源于原子的磁性，研究原子磁性是研究物質(zhì)磁性的基礎(chǔ)。原子的磁性來源于原子中電子及原子核的磁矩。原子核磁矩很小，可以忽略。電子磁矩（軌道磁矩、自旋磁矩）——→原子的磁矩。電子軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電子軌道磁矩電子自旋產(chǎn)生電子自旋磁矩構(gòu)成原子的總磁矩物質(zhì)磁性的起源7.1.1物質(zhì)的磁性由安培的分子電流假說得知：在原子和分子內(nèi)，核外電子的軌道運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)都可看作微小的圓電流。

(1)

電子軌道磁矩：設(shè)質(zhì)量為m的電子繞核做半徑為r，速度為v的圓周運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果相當(dāng)于一個(gè)圓電流I，稱為軌道電流。電子軌道運(yùn)動(dòng)的周期為：所以軌道電流的大小為：軌道電流產(chǎn)生的軌道磁矩為：電子軌道運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量為：用軌道角動(dòng)量表示電子的軌道磁矩時(shí)，有：

(2)電子自旋磁矩：電子除軌道運(yùn)動(dòng)外，其本身還會作自旋運(yùn)動(dòng)，電子的自旋運(yùn)動(dòng)也相當(dāng)于一個(gè)圓電流，從而產(chǎn)生自旋磁矩。由量子力學(xué)的的理論可以推導(dǎo)出電子自旋磁矩可表示為：玻爾磁子普朗克常量。軌道磁矩和自旋磁矩的大小為同一數(shù)量級二、磁介質(zhì)(magneticmedium)介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度真空中的磁感強(qiáng)度磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度弱磁質(zhì)順磁質(zhì)paramagnet抗磁質(zhì)diamagnetic鐵磁質(zhì)ferromagnetics(鋁、氧、錳等)(銅、鉍、氫等)(鐵、鈷、鎳等)無外磁場順磁質(zhì)的磁化分子圓電流和磁矩有外磁場同向時(shí)

反向時(shí)無外磁場時(shí)抗磁質(zhì)分子磁矩為零抗磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)的磁化從物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來看，鐵磁質(zhì)內(nèi)電子間因自旋引起的相互作用是非常強(qiáng)烈的，在這種作用下，鐵磁質(zhì)內(nèi)形成了一些微小區(qū)域，叫做磁疇無外磁場有外磁場鐵磁質(zhì)的磁化在沒有外磁場時(shí)鐵磁質(zhì)內(nèi)各個(gè)磁疇的排列方向是無序的，所以，對外不顯磁性。當(dāng)處于外磁場中時(shí)，鐵磁質(zhì)內(nèi)各個(gè)磁疇的磁矩在外磁場的作用下都趨向于沿外磁場方向排列，也就是說，不是像順磁質(zhì)那樣使單個(gè)原子、分子發(fā)生轉(zhuǎn)向，而是使整個(gè)磁疇轉(zhuǎn)向外磁場方向，所以在不強(qiáng)的外磁場作用下，鐵磁質(zhì)可以表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性來，這時(shí)，鐵磁質(zhì)在外磁場中的磁化程度非常大，它所建立的附加磁感強(qiáng)度比外磁場的磁感強(qiáng)度在數(shù)值上一般要大幾十倍到數(shù)千倍，甚至達(dá)數(shù)百萬倍。三、磁化強(qiáng)度(magnetization)分子磁矩的矢量和體積元單位（安/米）意義磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩.磁場強(qiáng)度磁導(dǎo)率μ=B/H

μ0

:真空磁導(dǎo)率;

μ:絕對磁導(dǎo)率μr:

相對磁導(dǎo)率

μr=μ/μ0

磁化率：χ=M/H

四、磁導(dǎo)率和磁化率磁體的磁化曲線示意圖順磁性被磁化后，磁化場方向與外場方向相同，χ：

1–104

鐵磁性被磁化后,磁化場方向與外場方向相同，χ：10-3-10-6被磁化后,磁化場方向與外場方向相反，χ:-（10-5–10-6

）抗磁性物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的排列a順磁性b鐵磁性c反鐵磁性d亞鐵磁性

由于原子間的交換作用使原子磁矩發(fā)生有序的排列，產(chǎn)生自發(fā)磁化，鐵磁質(zhì)中原子磁矩都平行排列（在絕對零度時(shí))五、自發(fā)磁化鐵磁質(zhì)：磁矩的有序排列隨著溫度升高而被破壞，溫度達(dá)到居里溫度（Tc）以上時(shí)有序全部被破壞，磁質(zhì)由鐵磁性轉(zhuǎn)為順磁性。

Tc是材料的M-T曲線上MS2→0對應(yīng)的溫度。順磁質(zhì)：朗之萬（Langevin）順磁性：磁化率服從居里(Curie)定律，即：χ=c/T。泡利（Pauli）順磁性：服從居里-外斯（Curie-Weiss）定律，即：χ=C/(T-Tc)。

六溫度對物質(zhì)磁性的影響TcM7.1磁學(xué)基礎(chǔ)－磁化過程與技術(shù)磁參量

(一)磁疇1.磁疇在鐵磁性材料中，原子磁矩平行排列，以使交換作用能最低。但大量原子磁矩的平行排列增大了體系的退磁能，因而使一定區(qū)域內(nèi)的原子磁矩取反平行排列，出現(xiàn)了兩個(gè)取向相反的自發(fā)磁化區(qū)域，降低退磁能，直至形成封閉疇。每一個(gè)磁矩取向一致的自發(fā)磁化區(qū)域就叫做一個(gè)磁疇。立方結(jié)構(gòu)單晶鐵磁材料的磁疇結(jié)構(gòu)示意圖7.1.2磁化過程與技術(shù)磁參量7.1磁學(xué)基礎(chǔ)－磁化過程與技術(shù)磁參量

Co中的磁疇結(jié)構(gòu)磁疇結(jié)構(gòu)包括磁疇和疇壁兩部分。磁疇的體積為10-1～10-6cm3。疇壁是指磁疇交界處原子磁矩方向逐漸轉(zhuǎn)變的過渡層7.1磁學(xué)基礎(chǔ)－磁化過程與技術(shù)磁參量

疇壁布洛赫(Bloch)磁疇壁疇壁兩側(cè)的原子磁矩的旋轉(zhuǎn)平面與疇壁平面平行，兩個(gè)疇的磁化方向相差180奈耳（Neel）磁疇壁疇壁內(nèi)原子磁矩的旋轉(zhuǎn)平面與兩磁疇的磁矩在同一平面平行于界面7.1磁學(xué)基礎(chǔ)－磁化過程與技術(shù)磁參量

磁化過程：磁性材料在外磁場作用下由宏觀的無磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛写艩顟B(tài)的過程。磁化是通過磁疇的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。二、磁疇移動(dòng)與磁化過程受外磁場作用時(shí)，疇內(nèi)整齊排列在易磁化方向上原子磁矩一致地偏離易磁化方向而向外磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)。外場愈強(qiáng)，材料的磁各向異性愈弱，則磁矩就愈偏向外場方向。運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)各磁疇內(nèi)部的磁矩平行或反平行于外加磁場，不受這一磁場的力矩。而疇壁附近的磁矩方向發(fā)生改變，使疇壁產(chǎn)生橫向移動(dòng)。7.1磁學(xué)基礎(chǔ)－磁化過程與技術(shù)磁參量

疇壁的移動(dòng)

磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)

三、磁滯回線矯頑力由于磁滯，當(dāng)磁場強(qiáng)度減小到零（即）時(shí)，磁感強(qiáng)度，而是仍有一定的數(shù)值，叫做剩余磁感強(qiáng)度(剩磁).

當(dāng)外磁場由逐漸減小時(shí)，磁感強(qiáng)度B并不沿起始曲線0P減小，而是沿PQ比較緩慢的減小，這種B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡稱磁滯.O磁滯回線(四）磁性材料的技術(shù)磁參量技術(shù)磁參量內(nèi)稟磁參量:MS、Tc外稟磁參量:Hc、Mr或Br、磁導(dǎo)率、損耗、磁能積主要取決于材料的化學(xué)成分對材料結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、晶體缺陷、晶粒取向等）敏感，可以通過適當(dāng)?shù)墓に嚫淖?/p>

(五）磁各向異性

磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。包括：磁晶各向異性，形狀各向異性，感生各向異性和應(yīng)力各向異性等。單晶體的易磁化和難磁化方向

六、磁致伸縮磁性材料磁化過程中發(fā)生沿磁化方向伸長(或縮短)，在垂直磁化方向上縮短(或伸長)的現(xiàn)象，叫做磁致伸縮。它是一種可逆的彈性變形。材料磁致伸縮的相對大小用磁致伸縮系數(shù)λ表示，即：

式中，Δl和l分別表示磁場方向的絕對伸長與原長。在發(fā)生縮短的情況下，l為負(fù)值，因而λ也為負(fù)值。當(dāng)磁場強(qiáng)度足夠高，磁致伸縮趨于穩(wěn)定時(shí)，磁致伸縮系數(shù)λ稱為飽和磁致伸縮系數(shù)，用λs表示。對于3d金屬及合金:λs約為10-5—10-6。

Fe隨磁場強(qiáng)度的增大而伸長Ni隨磁場強(qiáng)度的增大而縮短按矯頑力分類軟磁材料半硬磁材料硬（永）磁材料Hc<100A/m(1.25Oe)Hc:100～1000A/m(1.25～12.5Oe)Hc>1000A/m(12.5Oe)按用途分類鐵芯材料磁記錄材料磁頭材料磁致伸縮材料磁屏蔽材料變壓器、繼電器錄音機(jī)通訊儀器、電器磁帶、磁盤傳感器7.1.3磁性材料分類主要磁性材料分類

軟磁材料:

能夠迅速響應(yīng)外磁場的變化，能低損耗地獲得高磁感應(yīng)強(qiáng)度的材料。容易受外加磁場磁化，容易退磁。7.2軟磁材料分類：金屬軟磁材料軟磁鐵氧體用途：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、電磁鐵、各類繼電器與電感、電抗器的鐵心；磁頭與磁記錄介質(zhì)；計(jì)算機(jī)磁心等。軟磁材料概述對軟磁材料的基本要求有：A初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率要高B矯頑力小C飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度要高D功率損耗要低；E高的穩(wěn)定性起始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率衡量軟磁材料的重要指標(biāo)決定起始磁導(dǎo)率的因素：材料的飽和磁化強(qiáng)度，磁晶各向異性常數(shù)，磁致伸縮，內(nèi)應(yīng)力，雜質(zhì)濃度等。1.磁導(dǎo)率軟磁材料的矯頑力通常很低，10-1A.m~10-2A.m影響因素：材料內(nèi)部應(yīng)力起伏，雜質(zhì)的含量與成分。2.矯頑力Hc3,飽和磁化強(qiáng)度Ms要高4.磁損耗包括三個(gè)部分：渦流損耗，磁滯損耗，剩余損耗由于軟磁材料多用于交流磁場，隨著交流磁場頻率的增加，軟磁材料動(dòng)態(tài)磁化所造成的磁損耗增大。5.穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性，隨時(shí)間老化性。資源豐富、價(jià)格低廉，具有良好的可加工性。早在1890年熱軋純鐵就用于制造電機(jī)和變壓器鐵芯。是直流技術(shù)中非常重要的高磁飽和材料，主要用于制造電磁鐵的鐵心、極頭與極靴；繼電器和揚(yáng)聲器的磁導(dǎo)體；電話機(jī)的振動(dòng)膜；電工儀器儀表及磁屏蔽元件等。

7.2.1電工用純鐵最常見的是電磁純鐵，名稱為電鐵(代號DT)，含碳量低于0.04%的Fe-C合金，Bs達(dá)2.15T，其供應(yīng)狀態(tài)包括鍛材、管材、圓棒、薄片或薄帶等。去應(yīng)力退火：消除加工應(yīng)力。保護(hù)條件下860～930℃，保溫4小時(shí)后隨爐冷卻。去除雜質(zhì)處理：純鐵中的雜質(zhì)（C，Mn，Si，P，S，N等）會顯著降低材料的磁導(dǎo)率和矯頑力。通過去雜質(zhì)退火處理來降低材料中雜質(zhì)的含量。在純干燥氫氣或真空(10-2帕以下)中，于1200～1300℃溫度保溫5～10小時(shí)。工業(yè)純鐵的熱處理：純鐵材在加工成元件后必須經(jīng)過熱處理才能獲得好的軟磁性能人工時(shí)效處理：克服純鐵嚴(yán)重的自然磁時(shí)效現(xiàn)象，為保持純鐵元件的磁穩(wěn)定性，須在熱處理后進(jìn)行100℃，保溫100小時(shí)的人工時(shí)效處理?；蜻x擇低時(shí)效敏感性的材料。純鐵的自然磁時(shí)效現(xiàn)象：即隨著時(shí)間的增長，材料的矯頑力上升，磁導(dǎo)率下降。純鐵的時(shí)效在130℃附近特別明顯。引起時(shí)效的原因是由于在Fe中含有N，逐漸形成鐵的氮化物所致。純鐵的缺點(diǎn)：電阻率低，使用時(shí)產(chǎn)生很大的渦流損耗，不適于制作在交變場中工作的鐵心。

7.2.2電工硅鋼片（Fe-Si軟磁合金）

鐵中加Si的作用：

可提高鐵的最大磁導(dǎo)率，增大電阻率，還可顯著改善磁性時(shí)效。但Si加入量過多時(shí)，會降低飽和磁化強(qiáng)度、居里溫度、磁晶各向異性常數(shù)K1、磁致伸縮系數(shù)含Si量的增大會使材料變脆。

電工硅鋼片中Si的含量在0.5～4.8%Si。1903年開始投入實(shí)際生產(chǎn)，用量極大。主要用于制造大電流、頻率50～400Hz的中、強(qiáng)磁場條件下的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器等；中、弱磁場和較高頻率(達(dá)10KHz)條件下的音頻變壓器、高頻變壓器、電視機(jī)與雷達(dá)中的大功率變壓器、大功率磁變壓器、以及各種繼電器、電感線圈、脈沖變壓器和電磁式儀表等；電工硅鋼片熱軋硅鋼片（DR）冷軋無取向硅鋼片（DW）冷軋單取向硅鋼片（DQ）冷軋立方組織雙取向硅鋼片

熱軋硅鋼片：把硅鋼板坯在850度以上加熱后軋制，然后再進(jìn)行退火。由于軋制溫度高，所軋制出來的硅鋼片都是各向同性的，也就是說硅鋼片的磁性在各個(gè)方向上相同。這種各向同性的硅鋼也叫做無取向硅鋼。無取向硅鋼大量應(yīng)用在電機(jī)中的定子或者轉(zhuǎn)子。因?yàn)橐圃祀姍C(jī)定子和轉(zhuǎn)子，就要在大的硅鋼片上沖壓出圓形的零件。這時(shí)總是希望硅鋼片沿圓周方向磁性一致，所以要用無取向硅鋼。

冷軋硅鋼片：較低溫度下軋制，再退火。冷軋取向硅鋼片是其中的代表。冷軋取向硅鋼片首先對板坯進(jìn)行冷軋，使得材料內(nèi)部產(chǎn)生很多結(jié)構(gòu)缺陷。在隨后的退火過程中，材料發(fā)生結(jié)構(gòu)上的變化（稱為再結(jié)晶），這種變化會使硅鋼片在某個(gè)方向上磁性能非常好，也就是說磁性能和方向有關(guān)，因此被稱為取向硅鋼。在最終使用時(shí)，讓鐵芯中的磁力線沿磁性能最好的方向通過，這樣便可以最大限度地發(fā)揮硅鋼片的磁性能潛力。例如，在變壓器中，鐵芯材料的磁力線是沿一個(gè)方向通過的，如果把硅鋼片適當(dāng)裁剪，然后卷繞成鐵芯，使得鐵芯周長方向恰好是硅鋼片磁性能最好的方向，那么鐵芯的導(dǎo)磁率就會很高，容易磁化，能量損耗小，最終提高了變壓器效率。

冷軋硅鋼的Bs高，其厚度均勻、尺寸精度高、表面光滑平整，從而提高了填充系數(shù)和材料的磁性能。冷軋帶材的厚度可低至0.02～0.05mm。冷軋硅鋼的含硅量不超過3.5%，否則的材料冷軋十分困難。近年來，用快速凝固技術(shù)可制備出含硅6.5%的硅鋼薄帶。

在冷軋單取向硅鋼帶中，晶粒整齊一致地排列成高斯(GOSS)織構(gòu)，如圖晶體的(110)面與軋制平面平行，易磁化的[001]軸在軋制方向上。垂直于軋制方向的是難磁化的[110]軸。最難磁化的[111]軸與軋制方向成54.79角。

冷軋單取向硅鋼的晶粒取向

單取向硅鋼的優(yōu)點(diǎn)：磁性具有強(qiáng)烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優(yōu)越的高導(dǎo)磁與低損耗特性。取向鋼帶在軋制方向的鐵損僅為橫向的1/3，磁導(dǎo)率比約為6:1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導(dǎo)率為后者的2.5倍。

去應(yīng)力退火處理：用硅鋼片制成的電磁元件成型之后，應(yīng)消除應(yīng)力（800～850℃，保溫5～15min），恢復(fù)材料磁性

立方織構(gòu)硅鋼片是晶粒按立方體取向，立方體（100）面與軋制面相吻合，立方體的棱[100]軸沿軋制方向取向。中等難磁化軸[110]則與軋制方向成45°，難磁化軸[111]偏離磁化平面。立方織構(gòu)硅鋼片取向硅鋼工藝流程無取向硅鋼工藝流程坡莫合金來源于英文單詞Permalloy(最初為美國一家公司生產(chǎn)的一種鎳鐵合金的商品，現(xiàn)己成為磁學(xué)的專門名詞)，是指鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％一90％的鎳鐵合金。從1913年前后坡莫合金被開發(fā)出來至今．它已成為使用領(lǐng)域最為廣泛的軟磁合金。坡莫合金具有很高的磁導(dǎo)率，成分范圍寬，而且磁性能可以通過改變成分和熱處理工藝等進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此既可以用作在弱磁場下具有很高磁導(dǎo)率的鐵芯材料和磁屏蔽材料，也可用作要求低剩磁和恒磁導(dǎo)率的脈沖變壓器材料，還可用作各種矩磁臺金、熱磁合金和磁致伸縮合金等。7.2.3Fe-Ni合金(坡莫合金，Permalloy)

Fe-Ni系合金磁性能隨成分變化的關(guān)系如圖所示。

Ni在81％附近，坡莫合金的磁致伸縮系數(shù)為零，Ni在76％附近，坡莫合金的磁各向異性常數(shù)K＝o。坡莫合金在N13Fe成分附近，在490℃發(fā)生有序一無序轉(zhuǎn)變，緩冷時(shí)會形成Ni3Fe有序相結(jié)構(gòu)，致使晶體磁各向異性常增加，磁導(dǎo)率下降。

600℃左右急冷以抑制有序相的出現(xiàn)，增加無序相結(jié)構(gòu)。急冷的坡莫合金磁導(dǎo)率在Ni為80％附近出現(xiàn)極大值。同時(shí)，通過添加第三元素也可有效地抑制有序結(jié)構(gòu)相的形成。Ni為75％一83％范圍內(nèi)，坡莫合金具有最佳的綜合軟磁性能。使用過程中應(yīng)避免沖擊、振動(dòng)及其它力的作用。坡莫合金的熱處理避免超結(jié)構(gòu)相Ni3Fe形成Ni－Fe在600℃以下的冷卻過程中發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變形成Ni3Fe；不利于磁性能。解決辦法：600℃后急冷易變形對應(yīng)力敏感加工后須退火1200～1300℃，保溫3h并緩冷至600℃常用鐵鎳合金的特性和用途主要是高鎳含量的鐵鎳合金。我國的高鎳高導(dǎo)磁合金有六個(gè)牌號:1J76、1J77、1J79、1J80、1J85和1J86，鎳含量76%～86%。其基本性能：μm

125-187mH/m,

Hc1.4-3.2A/m,Bs0.6-0.75T,ρ55-62×10-8·m高導(dǎo)磁合金在弱場下具有很高的初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率，有較高的電阻率，因而適合在交流弱磁場中使用，如各種音頻變壓器、互感器、磁放大器、音頻磁頭、精密電表中的動(dòng)片與靜片等。主要用于收音機(jī)、電視機(jī)和通訊器材等。鐵鎳基耐磨高導(dǎo)磁合金:在高鎳型鐵鎳二元合金基礎(chǔ)上加入Nb、Mo、Al和Ti等合金元素而形成。通過調(diào)節(jié)成分和適當(dāng)?shù)淖罱K熱處理，使合金元素在基體內(nèi)形成有限固溶體和對疇壁運(yùn)動(dòng)無阻礙作用的極微細(xì)的(小于疇壁寬度)均勻沉淀相，從而使合金在保持高導(dǎo)磁率的同時(shí)得到固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化，制備出高硬度低應(yīng)力敏感性的高導(dǎo)磁合金。鐵鎳基耐磨高導(dǎo)磁合金主要用于低頻磁頭如錄音機(jī)、數(shù)字磁帶機(jī)和磁卡機(jī)磁頭以及微電機(jī)、變壓器、傳感器和磁放大器等各種電感元件鐵心。恒導(dǎo)磁率的獲得：冷軋后于1000℃下進(jìn)行再結(jié)晶退火，可以得到(001)[100]織構(gòu)。再將其以50%的軋制率進(jìn)行冷軋，可以生成單軸軋制型磁各向異性。對合金進(jìn)行橫向磁場熱處理(外加磁場方向垂直于使用中的磁化方向)，可使其磁化率在很大范圍內(nèi)保持恒定不變。恒導(dǎo)磁率合金成分范圍：含Ni55～75%的鐵鎳合金，國產(chǎn)恒導(dǎo)磁率合金牌號為1J66(Fe-w(Ni)65%)，主要用途：恒電感器，也可用于單極脈沖變壓器。

Bs（約1T）、磁導(dǎo)率和矯頑力介于高磁飽和材料和高導(dǎo)磁材料之間，電阻率較高。適用于較高的頻率，中、弱磁場范圍。1J46和1J50合金主要用于制作小功率變壓器、微電機(jī)、繼電器、扼流圈和電磁離合器的鐵心，以及磁屏蔽罩、話筒震動(dòng)膜等。1J54合金具有更高的電阻率與低的矯頑力，主要用于脈沖變壓器、音頻和高頻通訊儀器等。低鎳的Fe-Ni36%合金的Bs和電阻率ρ介于1J50和1J54合金之間，合金價(jià)格便宜，主要用于要求高Bs，而對磁導(dǎo)率要求不高的條件下制備高頻濾波器、脈沖變壓器及靈敏斷電器等。中磁飽和中磁導(dǎo)率合金成分：低鎳和中鎳的鐵鎳合金，1J46、1J50和1J54純鐵中加入鈷后，Bs明顯提高，含鈷35%的鐵鈷合金的Bs達(dá)2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料。國外牌號為Permendur。在合金中加入少量的V和Cr可顯著提高其電阻率。實(shí)際應(yīng)用的鐵鈷合金主要有Fe64Co35V1(或Fe64Co35Cr1)和(Fe50Co50)98.7V1.3。(Fe50Co50)98.7V1.3合金的國內(nèi)牌號為1J22，國外牌號為V-Permendur。鐵鈷合金具有高的磁導(dǎo)和的Bs，適用于小型化、輕型化以及有較高要求的飛行器及儀器儀表元件的制備，制造電磁鐵極頭和高級耳膜震動(dòng)片等。但電阻率偏低，不適于高頻場合的應(yīng)用。但價(jià)格昂貴。鐵鈷合金非晶態(tài)金屬（金屬玻璃）：當(dāng)液態(tài)金屬凝固的冷卻速率高于一臨界值時(shí)，晶體的形核與生長被抑制，形成原子排列為短程有序而長程無序的固態(tài)結(jié)構(gòu)。非晶態(tài)軟磁合金分類:(1)過渡金屬-類金屬系(TM-M)，其中Fe，Ni，Co等磁性元素一般占70～84%，類金屬元素B，Si，C，P占16～30%；(2)稀土-過渡金屬系(RE-TM)；(3)過渡金屬-金屬系(TM-MT)，其中Fe，Ni，Co等過渡元素含量約90%，金屬元素Zr，Hf等約10%。也可按主要成分將其分為鐵基、鈷基和鐵鎳基合金等。7.2.4非晶態(tài)合金1鐵基非晶合金的種類：主要有Fe-B、Fe-B-C、Fe-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-Co-B-Si五個(gè)系列，以及添加Mn、Mo、Cr、Al、Nb元素合金化發(fā)展的新合金系列。特點(diǎn)：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高，1.6~1.8T，損耗低，只有硅鋼的1/4~1/5,磁致伸縮系數(shù)大用途：對應(yīng)于硅鋼和中鎳含量的鐵鎳合金，主要用于功率器件如配電變壓器、電力變壓器、電動(dòng)機(jī)等。從使用的角度出發(fā)，性能特點(diǎn)：矯頑力低、磁導(dǎo)率高，電阻率是硅鋼的三倍左右，鐵損僅為取向硅鋼的四分之一，為無取向硅鋼的十分之一，激磁功率一般僅為取向硅鋼的十分之一，對于節(jié)約能源具有相當(dāng)重要的意義。不足之處在于飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低于硅鋼，帶材較薄因而填充系數(shù)較低，存在退火脆化問題及成本偏高等。2.鈷基非晶態(tài)軟磁合金主要包括Co-Fe、Co-Mn和Co-Fe-Ni。具有很高的磁導(dǎo)率、很低的矯頑力和損耗、良好的高頻性能，適于制作電子變壓器、磁記錄頭、磁放大器等電子元件；主要性能特點(diǎn)和應(yīng)用范圍同高鎳坡莫合金相對應(yīng)。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較低，磁導(dǎo)率高，矯頑力低，損耗小，磁致伸縮系數(shù)趨于零。3.Fe-Ni基非晶態(tài)軟磁合金

飽和磁化強(qiáng)度0.7~1.0T,磁致伸縮系數(shù)較鐵基合金低。7.2.5磁記錄材料（一）磁記錄介質(zhì)材料要求:材料具有高的剩余磁化強(qiáng)度、陡的B-H曲線、大的B/H值、微細(xì)的粒子尺寸、粒子磁性的一致性及合適的矯頑力值。用途：磁帶，磁盤等記錄方式：縱向記錄；垂直記錄記錄介質(zhì)材料：磁性顆粒（如-Fe2O3）涂覆在高分子基片上發(fā)展到磁性薄膜記錄介質(zhì)

γ-Fe2O3粉末制備方法：在400℃的氫氣流中將α-FeOOH的針狀結(jié)晶脫水還原成Fe3O4，然后在250～300℃的空氣中慢慢氧化得到保持初始α-FeOOH針狀結(jié)晶特征的顆粒；形態(tài)特征：0.6～0.8微米，長短軸比為6的針狀顆粒，顆粒小記錄性能好基本性能：矯頑力19000～28000A/m，居里點(diǎn)675℃。Co的加入提高了材料的矯頑力(78000A/m)，但居里溫度有所下降(520℃)。主要采用的磁記錄介質(zhì)材料剩磁（T）矯頑力（A/m）居里點(diǎn)（℃）用途和磁性層厚度γ-Fe2O30.025～0.118000～24000675磁帶:5～12微米Co-γ-Fe2O30.1348000520磁盤:1～2微米CrO20.1340000120磁帶:5微米Fe60Co40粉末0.2400001000

Co-Ni-P連續(xù)膜1.240000

磁鼓:0.1微米主要磁頭材料：高鎳含量的鐵鎳基耐磨高導(dǎo)磁合金、鐵硅鋁合金和高導(dǎo)磁鐵氧體材料。（二）磁頭材料用途：從磁記錄介質(zhì)中讀出信號用途：高磁導(dǎo)率、低矯頑力和高電阻率之外，還要求高的耐磨性和低應(yīng)力敏感性。A鐵硅鋁合金:(Fe-w(Si)9.6%-w(Al)5.4%)的導(dǎo)磁率與高鎳的Fe-Ni合金相當(dāng)，Hv達(dá)500，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度約1T，電阻率110×10-8·m。該合金制備的磁頭具有高的耐磨性和優(yōu)良的高頻特性。是四磁頭錄像技術(shù)中普遍應(yīng)用的磁頭材料。缺點(diǎn)是對合金成分的變化非常敏感，又硬又脆，難加工，使磁頭價(jià)格昂貴。Mn-Zn和Ni-Zn鐵氧體：硬度Hv達(dá)600～700，耐磨性高，主要用于制作錄像機(jī)、數(shù)字磁帶機(jī)、磁盤機(jī)和磁鼓的磁頭鐵心。其中應(yīng)用最多最普遍的是多晶熱壓鐵氧體，其最大缺點(diǎn)是磁頭縫隙附近容易產(chǎn)生剝落，從而導(dǎo)致磁記錄質(zhì)量的下降。采用單晶和取向鐵氧體抗剝落性得到顯著改善，但增加了磁頭制造工藝的難度。7.2軟磁材料－磁記錄材料巨磁阻硬盤磁頭永磁材料是指被外加磁場磁化以后,除去磁場外，仍能保留較強(qiáng)磁性的材料，永磁材料基本要求有：

(1)剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br要高；

(2)矯頑力Hc從要高；

(3)最大磁能積要高

(4)材料穩(wěn)定性要高7.3永磁材料－基本特點(diǎn)與要求

7.3永磁材料－基本特點(diǎn)與要求

主要用途：提供永磁場主要種類：鋁鎳鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、鐵鉻鈷系永磁合金、稀土永磁材料和復(fù)合粘結(jié)永磁材料。汽車上使用永磁材料的部件7.3永磁材料－基本特點(diǎn)與要求

退磁曲線上任何一點(diǎn)的B和H的乘積即BH我們稱為磁能積，而B×H的最大值稱之為最大磁能積，磁能積是恒量磁體所儲存能量大小的重要參數(shù)之一。在磁體使用時(shí)對應(yīng)于一定能量的磁體要求磁體的體積盡可能小。（一）鋁鎳鈷系合金7.3永磁材料－主要永磁材料

成分特點(diǎn)：Fe、Ni、Al等元素為主要成分，并加入Cu、Co和Ti等元素進(jìn)一步提高合金性能。包括鋁鎳型、鋁鎳鈷型和鋁鎳鈷鈦型三種。其中又有各向同性合金、磁場取向合金和定向結(jié)晶合金。制備方法：鑄造磁鋼與燒結(jié)磁鋼，鑄造鋁鎳鈷合金具有生產(chǎn)工藝簡單和產(chǎn)品性能高等特點(diǎn)。絕大部分鋁鎳鈷合金都采用鑄造法生產(chǎn)。

性能特點(diǎn)：高剩磁與低溫度系數(shù)，最大磁能積僅低于稀土永磁。

Tc：757～907℃、(BH)max約為40～70

kJ/m3,

Br：0.7～1.35T,HCB：40～60

kA/m。應(yīng)用：發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，繼電器，電磁機(jī)利用磁場與運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線的相互作用將機(jī)械能或聲能轉(zhuǎn)化為電能或電信號來制造發(fā)電機(jī)，話筒和傳感器；利用磁場與載流導(dǎo)線的相互作用將電能或電信息轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，聲能或非電信息來制成諸如音圈電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)以及揚(yáng)聲器，耳機(jī)等各種永磁電機(jī)；（二）

永磁鐵氧體主要種類：鋇鐵氧體(BaO·6Fe2O3)和鍶鐵氧體(SrO·6Fe2O3)。晶體結(jié)構(gòu)均屬六角晶系。制備方法：以Fe2O3、BaCO3和SrCO3為原料，經(jīng)混合、預(yù)燒、球磨、壓制成型、燒結(jié)制成。根據(jù)成型過程中加磁場與否，燒結(jié)鐵氧體材料可制成各向同性磁體和各向異性磁體。各向異性磁體是在壓制成型過程中加上強(qiáng)磁場，使鐵氧體的單疇粒子在磁場下轉(zhuǎn)動(dòng)，得到易磁化軸與磁場方向一致的強(qiáng)各向異性磁體。此類材料具有高的磁晶各向異性常數(shù)。7.3永磁材料－主要永磁材料

7.3永磁材料－主要永磁材料

燒結(jié)鐵氧體產(chǎn)品性能特點(diǎn)：Tc：450～460℃，具有高矯頑力和低剩磁，但剩磁和最大磁能積偏低,其剩磁溫度系數(shù)是鋁鎳鈷磁體的10倍，不適于制作要求高穩(wěn)定性的精密儀器；在產(chǎn)量極大的家用電器、音響設(shè)備、揚(yáng)聲器、電機(jī)、電話機(jī)、笛簧接點(diǎn)元件和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械等方面得到普遍應(yīng)用，是目前產(chǎn)量和產(chǎn)值最高的永磁材料。7.3永磁材料

－主要永磁材料

（三）時(shí)效硬化型永磁合金合金機(jī)械性能較好，可以通過沖壓、軋制、車削等手段加工成各種帶材，板材等。(1)鐵基合金，包括鉆鉑、鐵鎢鈷和鐵鉑鈷合金，共磁能積較低，用公電話接收機(jī)上。(2)鐵錳鈦和鐵鈷釩合金。鐵錳鈦主要用于指南針和儀表零件等。鐵鈷釩磁合金的成分范圍為50％—52％Co，10％-15％V，剩余為Fe，含有少量的Co。它是時(shí)效硬化永磁合金中性能較高的一種，磁能積大約在24—33kJ／m5。鐵鉆釩水磁合金可用于制造微型電機(jī)和錄真機(jī)磁性零件。

(3)銅基合金主要有銅鎳鐵（60％Cu—20％Ni—Fe)和銅鎳鈷(50％Cu-20％Ni—2.5％Co—Fe)兩種。磁能積約為6—15KJ／m3，可用于測速儀和轉(zhuǎn)速計(jì)。7.3永磁材料

－主要永磁材料

（4）鐵鉻鈷系合金成分特點(diǎn)：以鐵、鉻（23.5～27.5%）、鈷（11.5～21.0%）為主；加入適量硅、鉬、鈦。此類合金可以通過成分調(diào)節(jié)將其低的單軸各向異性常數(shù)提高到鋁鎳鈷合金的水平。性能特點(diǎn)：高剩磁Br1.53T，Hc66.5KA/m，(BH)max76kJ/m3。

鐵鉻鈷合金的永磁性能類似于中等性能的A1nico永磁金，但它可以進(jìn)行鍛造，沖壓等變形加工，還可以進(jìn)行車削，鉆孔，等機(jī)械加工，從而制成管材、片材或線材等供特殊應(yīng)用，這是鑄造鋁鎳鈷、永磁鐵氧體和稀土永磁合金所不可比擬的。日前，鐵鉻鈷合金已部分取代鋁鎳鈷、鐵鎳銅、鐵鈷釩合金用于揚(yáng)聲器、電度表、轉(zhuǎn)速表、陀螺儀、空氣濾波器等方面。7.3永磁材料－主要永磁材料

二十世紀(jì)八十年代稱為第三代稀土永磁材料。

稀土永磁合金Re-Co永磁稀土Co永磁鐵基稀土永磁型Nd2Fe14B合金為代表的Re-Fe-B系永磁材料1:5型Re-Co磁體SmCo5單相與多相合金第一代稀土永磁；二十世紀(jì)六十年代2:17型Re-Co磁體Sm2Co17基合金二十世紀(jì)七十年代;第二代稀土永磁燒結(jié)NdFeB稀土永磁的磁能積已高達(dá)432KJ／m3(54MGOe)，接近理論值512KJ／m3(64MGOe)，并已普遍獲得推廣應(yīng)用。作為粘結(jié)磁體原料的快淬NdFeB磁粉晶粒尺寸約為20-50nm的納米微晶稀土永磁材料，美國MQI公司年產(chǎn)量已達(dá)4500噸/年。目前研究方向是探索新型永磁材料如Sm2Fe17Nx，Sm2Fe17C化合物，以及研制納米復(fù)合稀土永磁材料。研究結(jié)果表明，快淬NdFeB合金簿帶中鐵磁相Nd2Fe14B呈等軸納米晶，平均晶粒尺寸約為30nm晶粒，外覆一層厚約為1－2nm的富Nd缺B的非晶相。近年的研究熱點(diǎn)是將永磁相和軟磁相在納米尺度范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，旨在獲得兼?zhèn)涓唢柡痛呕瘡?qiáng)度、高矯頑力二者優(yōu)點(diǎn)的新材料。理論研究表明稀土永磁向的晶粒尺寸只有低于20nm時(shí)，通過交換復(fù)合才有可能增大剩磁值。資料報(bào)道雙相交換偶合的低釹低成本納米晶NdFeB粘接永磁體己經(jīng)通過鑒定并投入生產(chǎn)應(yīng)用。世界上正在開發(fā)超高磁能積第四代稀土永磁材料。7.3永磁材料

－主要永磁材料

性能ReCo5Re2Co17NdFeB型Br(T)0.88-0.921.08-1.121.18-1.25HCB(kA/m)680-720480-544760-920Hci

(kA/m)960-1280496-560800-1040(BH)max(kJ/m3)152-168232-248264-288各類稀土永磁材料的性能比較

7.3永磁材料－主要永磁材料

SmCo5化合物理論磁能積為244.9kJ/m3。采用強(qiáng)磁場取向等靜壓和低氧工藝，SmCo5的(BH)max達(dá)227.6kJ/m3、居里溫度為740℃，可在-50℃～150℃的溫度范圍內(nèi)工作，是一種較為理想的永磁體，其缺點(diǎn)是含有較多的戰(zhàn)略金屬鈷(～w(Co)66%)和蘊(yùn)藏量稀少的稀土金屬元素Sm。原材料昂貴，受到資源與價(jià)格的限制。