1、第八章第八章 磁磁 功功 能能 材材 料料 由于金属和合金磁性材料的电阻率低,损耗大，因而无法适用于高频。陶瓷质的磁性材料电阻率高，可以从商用频率到毫米波范围以多种形态得到应用，而且具有较高的高频磁导率，这是其他磁性材料难以比拟的。 磁性陶瓷分为含铁的铁氧体陶瓷材料和不含铁的磁性陶瓷材料。一、磁性材料发展状况永磁材料永磁材料20002000年产值：年产值：6565亿美元，占磁性材料亿美元，占磁性材料70%70%应用领域：电机应用领域：电机50%50%，电声，电声20%20%，测量与控制，测量与控制20%20%，其余，其余10%10%目前水平：目前水平：NdFeBNdFeB ： (BH(BH）m
2、 m =446KJ/m =446KJ/m3 3（55.8MGOe55.8MGOe） 铁氧体（铁氧体（FB6NFB6N）：）：(BH(BH）m m =38.5 446KJ/m =38.5 446KJ/m3 3 Br=440mT Hc Br=440mT Hc=258.8kA/m=258.8kA/m软磁铁氧体材料软磁铁氧体材料20002000年产量：年产量：2626万吨（我国万吨（我国1/41/4），功率铁氧体），功率铁氧体25%25%，高磁导率，高磁导率20%20%，宽带射频铁氧体电子镇流器，宽带射频铁氧体电子镇流器15%15%进展：进展： 磁导率：磁导率：4 410104 4 工作频率：工作频率
3、：0.52MHz0.52MHz二、磁性材料的基本磁学性质1、磁矩、磁矩 磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量，磁矩越磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量，磁矩越大，磁性越强，即物体在磁场中受的力越大。大，磁性越强，即物体在磁场中受的力越大。 电子绕原子核运动产生电子轨道磁矩；电子本身自电子绕原子核运动产生电子轨道磁矩；电子本身自旋，产生电子自旋磁矩。旋，产生电子自旋磁矩。 这两种微观磁矩是物质具有磁性的根源。这两种微观磁矩是物质具有磁性的根源。 任何一个封闭的电流都具有磁矩任何一个封闭的电流都具有磁矩m m，其大小为电流，其大小为电流与封闭环型的面积的乘积。在均匀磁场中，磁矩受到与封闭环型的面积的
4、乘积。在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩磁场作用的力矩J J为：为：J=mBJ J为矢量积；为矢量积；B B为磁感应强度。为磁感应强度。2、磁化强度、磁化强度 一般磁介质无外加磁场时，其内部各磁矩的取向不一，一般磁介质无外加磁场时，其内部各磁矩的取向不一，宏观无磁性；但在外磁场作用下，各磁矩有规则取向，使宏观无磁性；但在外磁场作用下，各磁矩有规则取向，使磁介质宏观显示磁性，这就是磁介质宏观显示磁性，这就是磁化磁化。 磁化强度磁化强度M是单位体积的磁矩，表征物质被磁化的程是单位体积的磁矩，表征物质被磁化的程度，与磁感应强度度，与磁感应强度B和磁场强度和磁场强度H的关系为：的关系为：HMHB0
5、r r=/=/0 0为介质的相对磁导率；为介质的相对磁导率； =r r-1-1定义为介质的磁化率，反映材料磁化的能力，定义为介质的磁化率，反映材料磁化的能力，无量纲，可正可负，取决于材料的不同磁性类别。无量纲，可正可负，取决于材料的不同磁性类别。HHMr1其中：其中：3 3、磁滞回线：见图、磁滞回线：见图7-27-2 将一未经磁化或退磁状态的铁磁体放入外将一未经磁化或退磁状态的铁磁体放入外磁场磁场H H中，其磁体内部的磁感应强度中，其磁体内部的磁感应强度B B随外磁随外磁场场H H的变化是非线形的，如果外磁场是交变磁的变化是非线形的，如果外磁场是交变磁场，则与电滞回线类似，可得磁滞回线。场，则
6、与电滞回线类似，可得磁滞回线。 是磁性材料的主要特性。是磁性材料的主要特性。HcHc为矫顽力，为矫顽力，HmHm为最大磁场，为最大磁场，BrBr称为剩余磁感应强度，称为剩余磁感应强度， BsBs称为最大磁感应强度（饱和磁感应强度）。称为最大磁感应强度（饱和磁感应强度）。B Bs s：饱和磁感应强度；：饱和磁感应强度；B Br r：残余磁感应强度：残余磁感应强度反向磁场使残余磁感应强度变为零时的磁场强度称为反向磁场使残余磁感应强度变为零时的磁场强度称为矫顽场矫顽场H Hc c。磁滞回线包围面积的大小代表能量损失的多少。磁滞回线包围面积的大小代表能量损失的多少。4、磁导率、磁导率 磁导率磁导率是表
7、征磁介质磁化性能的一是表征磁介质磁化性能的一个物理量。对铁磁体来说，磁导率很大，个物理量。对铁磁体来说，磁导率很大，且随外加磁性的强度而变化。磁导率且随外加磁性的强度而变化。磁导率越越大越好，已成为鉴别磁性材料性能是否大越好，已成为鉴别磁性材料性能是否优良的主要指标。优良的主要指标。 由磁化过程知由磁化过程知, ,畴壁移动和畴内磁化方向旋畴壁移动和畴内磁化方向旋转越容易转越容易, ,磁导率磁导率 值越大。因此，要获得高值越大。因此，要获得高磁导率磁导率值的磁性材料值的磁性材料, ,必须满足以下条件：必须满足以下条件：1 1）不论在哪个晶向上磁化，磁能的变化都不大）不论在哪个晶向上磁化，磁能的变
8、化都不大（磁晶各向异性小）；（磁晶各向异性小）；2 2）磁化方向改变时产生的晶格畴变小（磁致收缩）磁化方向改变时产生的晶格畴变小（磁致收缩小）；小）；3 3）材质均匀，没有杂质（没有气孔、异相），没）材质均匀，没有杂质（没有气孔、异相），没有残余应力。有残余应力。 如果满足以上三个条件，磁导率如果满足以上三个条件，磁导率就会就会很高，矫顽力很高，矫顽力HcHc就会很小。就会很小。5 5、最大磁能积（、最大磁能积（BHBH）maxmax 见图见图7-27-2和图和图7-37-3。6 6、损耗系数和品质因数、损耗系数和品质因数 利用磁性材料制作线圈或变压器磁芯时，希利用磁性材料制作线圈或变压器磁芯
9、时，希望磁芯内的能量损耗小到尽可能忽略的程度。望磁芯内的能量损耗小到尽可能忽略的程度。 损耗系数损耗系数tgtg=R/2=R/2fLfL 品质因数为品质因数为tgtg/ /，这是表征铁氧体损，这是表征铁氧体损耗大小的一个重要参数。耗大小的一个重要参数。三、磁性的分类2 2 顺磁性顺磁性1 1 抗磁性抗磁性 当磁化强度当磁化强度M M为负时，介质表现为抗磁性。抗磁性为负时，介质表现为抗磁性。抗磁性物质的磁化率物质的磁化率一般为一般为-10-10-5-5。这种物质的原子或离子这种物质的原子或离子的电子结构是闭层的，正、反旋转的电子数目相等，的电子结构是闭层的，正、反旋转的电子数目相等，不产生磁矩。
10、不产生磁矩。周期表在中前周期表在中前1818个元素主要表现为抗磁个元素主要表现为抗磁性，并且在磁性陶瓷材料中，构成了几乎所有的阴离性，并且在磁性陶瓷材料中，构成了几乎所有的阴离子，如子，如O2-，F-，Cl-，S2-，CO32-，N3-，OH-等，等，在这在这些阴离子中，电子填满壳层，自旋磁矩平衡。些阴离子中，电子填满壳层，自旋磁矩平衡。 在具有未成对电子的原子、分子或离子中，由于存在具有未成对电子的原子、分子或离子中，由于存在未成对电子的轨道运动和自旋运动而具有磁矩，这种在未成对电子的轨道运动和自旋运动而具有磁矩，这种性质称为性质称为顺磁性顺磁性，具有顺磁性的物质称为，具有顺磁性的物质称为顺
11、磁体顺磁体。抗磁性、顺磁性、铁磁性和反铁磁性（a）顺磁性（d）亚铁磁性（c）反铁磁性（b）铁磁性 顺磁体的主要特征是：顺磁体的主要特征是：不论外加磁场是否存在，原不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。子内部存在永久磁矩。 顺磁体宏观无磁性，在顺磁体宏观无磁性，在外磁场作用下，磁矩可以规外磁场作用下，磁矩可以规则取向，物质显示极弱的磁则取向，物质显示极弱的磁性。顺磁体的磁化强度为正，性。顺磁体的磁化强度为正，且且M严格与外磁场严格与外磁场H成正比。成正比。 顺磁体的磁化率小，顺磁体的磁化率小，一般一般为为1010-5-5。含有奇数个电子的含有奇数个电子的原子或电子未填满壳层的原原子或电子未
12、填满壳层的原子或离子，如过渡族元素、子或离子，如过渡族元素、稀土元素及铝铂等金属，都稀土元素及铝铂等金属，都属于顺磁性物质。属于顺磁性物质。 即使无外加磁场，磁矩也按同一方向整齐排列，这种即使无外加磁场，磁矩也按同一方向整齐排列，这种性质称为性质称为铁磁性铁磁性，具有铁磁性的物质称为，具有铁磁性的物质称为铁磁体铁磁体。 磁矩的排列并不只在一个方向发生，如果在一个晶面磁矩的排列并不只在一个方向发生，如果在一个晶面上的排列方向与其在相邻的另一晶面上的排列方向完全相上的排列方向与其在相邻的另一晶面上的排列方向完全相反，这种物质称为反，这种物质称为反铁磁体反铁磁体。在反铁磁体中，由于磁矩相。在反铁磁体
13、中，由于磁矩相互抵消，所以不产生自发磁化，也不产生吸引力。互抵消，所以不产生自发磁化，也不产生吸引力。 在反铁磁体的磁矩排列中，如磁矩的大小不相同没有完在反铁磁体的磁矩排列中，如磁矩的大小不相同没有完全抵消时，磁矩不为零，这种物质称为全抵消时，磁矩不为零，这种物质称为亚铁磁性亚铁磁性。3 3 铁磁性铁磁性 铁磁体在室温下磁化率可达铁磁体在室温下磁化率可达10103 3数量级，属于强磁性数量级，属于强磁性物质，如铁、钴、镍等。物质，如铁、钴、镍等。 即使在较弱的磁场内，铁磁体也可得到极高的磁化即使在较弱的磁场内，铁磁体也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。强度，而且当外
14、磁场移去后，仍可保留极强的磁性。4 4 反铁磁性反铁磁性磁畴 磁性物质内部自发磁化方向相同的小区域称为磁性物质内部自发磁化方向相同的小区域称为磁畴磁畴。 磁畴尺寸大约为磁畴尺寸大约为10-9cm3。磁畴之间被畴壁隔开，畴壁。磁畴之间被畴壁隔开，畴壁实质是相邻磁畴之间的过渡层，在实质是相邻磁畴之间的过渡层，在 过渡层中，磁矩不是过渡层中，磁矩不是突然改变方向，而是逐渐的改变，因此过渡层有一定厚度，突然改变方向，而是逐渐的改变，因此过渡层有一定厚度，畴壁的厚度一般为畴壁的厚度一般为10-5cm。 铁磁体在外磁场中的磁化过程主要为畴壁的移动和铁磁体在外磁场中的磁化过程主要为畴壁的移动和磁畴内磁矩的转
15、向。磁畴内磁矩的转向。 矫顽场矫顽场H Hc c大的物质，由大的物质，由于消磁困难，称为硬磁材于消磁困难，称为硬磁材料，料，H Hc c10KA/m10KA/m。 矫顽场小的物质，称为矫顽场小的物质，称为软磁材料，软磁材料，H Hc c1KA/m1KA/m，能，能够在小的磁场中进行磁化够在小的磁场中进行磁化或消磁。或消磁。 最大磁能积（最大磁能积（BHBH）maxmax是是退磁曲线退磁曲线B B和和H H对应点乘积对应点乘积的最大值，是硬磁材料最的最大值，是硬磁材料最重要的性能指标。重要的性能指标。 软磁材料经常用于变压器的铁芯或发电机的转子等高频电流软磁材料经常用于变压器的铁芯或发电机的转子
16、等高频电流机电设备中，这是由于交流发电情况下，磁场方向频繁改变，机电设备中，这是由于交流发电情况下，磁场方向频繁改变，因此需要能量损失尽可能小，即需要选择磁滞回线包围面积因此需要能量损失尽可能小，即需要选择磁滞回线包围面积小的材料。小的材料。四、磁性陶瓷材料及其应用四、磁性陶瓷材料及其应用1 1、软磁铁氧体、软磁铁氧体 软磁铁氧体是目前各种铁氧体中品种软磁铁氧体是目前各种铁氧体中品种最多、应用最广泛的一种磁性材料。常见最多、应用最广泛的一种磁性材料。常见的是氧离子和金属阳离子组成的尖晶石结的是氧离子和金属阳离子组成的尖晶石结构的氧化物，通式为构的氧化物，通式为ABAB2 2O O4 4，其中，
17、其中A A为为MnMn2+2+、CoCo2+2+、NiNi2+2+、ZnZn2+2+、CuCu2+2+、MgMg2+2+、CdCd2+2+、FeFe2+2+等，等，B B为为FeFe3+3+。 目前，工业化生产的软磁铁氧体材料目前，工业化生产的软磁铁氧体材料主要有：锰锌（主要有：锰锌（MnZnMnZn）、镍锌（）、镍锌（NiZnNiZn）和）和镁锰锌（镁锰锌（MgMnZnMgMnZn）铁氧体。）铁氧体。 常见的软磁铁氧体材料见表常见的软磁铁氧体材料见表7-17-1。尖晶石铁氧体的晶体结构基本概念： 天然尖晶石铁氧体：有Fe3+,O2-及其他金属离子结构与天然尖晶石(MgAl2O4)相同的氧化物
18、-晶体; 一般式：AB2O4-MeFe2O4其中：Me通常为+2价离子如Mn2+、Ni2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Cu2+、Li+等，相应的铁氧体称为锰铁氧体、镍铁氧体等，以此类推。 尖晶石晶胞结构尖晶石晶胞结构A A位金属离子位金属离子B B位金属离子位金属离子O O2-2-离子离子单位晶胞中单位晶胞中有有8 8个个MeFeMeFe2 2 O O4 4分子，可分子，可分为八个小分为八个小立方分区立方分区 8 8个个MeFeMeFe2 2O O4 4分分子中，共含子中，共含3232个个O O2-2-，1616个个FeFe3+3+，8 8个个MeMe2+2+。 （Me
19、2+）（Fe3+）氧离子按面心立方密堆排列，具有立方对称性；氧离子按面心立方密堆排列，具有立方对称性；3232个个O O 2- 2-离子共构成离子共构成6464个氧四体间隙（简称个氧四体间隙（简称A A位）位）3232个个O O 2- 2-离子共构成离子共构成3232个氧八面体间隙（简称个氧八面体间隙（简称B B位）位）B B位空隙较位空隙较A A位空隙大。位空隙大。 所有所有MeMe2+2+占据占据A A位，位，FeFe3+3+占据占据B B位者称为正尖晶石型结位者称为正尖晶石型结构（构（MeMe2+2+四面体四面体FeFe3+3+2 2八面体八面体O O4 4） 。 所有所有MeMe2+2
20、+占据占据B B位，位，FeFe3+3+占据占据A A位及其余位及其余B B位，且位，且B B位被位被MeMe2+2+及及FeFe3+3+各占一半时，称为反尖晶石结构（各占一半时，称为反尖晶石结构（FeFe3+3+四面四面体体MeMe2+2+FeFe3+3+八面体八面体O O4 4）。）。 介乎于两者之间，介乎于两者之间，MeMe2+2+和和FeFe3+3+同时占据同时占据A A位和位和B B位的，位的，称为混合型尖晶石。称为混合型尖晶石。 金属离子分布的一般规律v尖晶石铁氧体分子式：尖晶石铁氧体分子式： MeFeMeFe2 2O O4 4v尖晶石铁氧体分布式尖晶石铁氧体分布式: : (Me(
21、Mex xFeFe1-x1-x)Me)Me1-x1-xFeFe1+x1+xOO4 4vx=1x=1： (Me)Fe(Me)Fe2 2OO4 4 - -正尖晶石正尖晶石vx=0 x=0： (Fe(Fe3+3+)Me)Me2+2+FeFe3+3+OO4 4 - -反尖晶石反尖晶石v0 x1 : (Me0 x1 : (Mex xFeFe1-x1-x)Me)Me1-x1-xFeFe1+x1+xOO4 4 - -混合型尖晶石混合型尖晶石1.1.金属离子占位的倾向性：金属离子占位的倾向性：2.2.两种以上金属离子的复合铁氧体，按特喜位分布；趋势差不两种以上金属离子的复合铁氧体，按特喜位分布；趋势差不多时，
22、按多时，按A A、B B均出现。同时特喜占均出现。同时特喜占A A位或位或B B位的金属离子进行置位的金属离子进行置换可在很大程度上改变金属离子的原来分布换可在很大程度上改变金属离子的原来分布Zn2+Cd2+Mn2+Fe3+V5+Co2+Fe2+Mg2+Li1+Al3+Cu2+Ti4+Ni2+Cr3+ 愈在前面的离子占愈在前面的离子占A A位的倾向性愈强，如位的倾向性愈强，如ZnZn2+2+,Cd,Cd2+2+特喜占特喜占A A位；愈在后面的离子占位；愈在后面的离子占B B位的倾向性愈强，如位的倾向性愈强，如NiNi2+2+,Cr,Cr3+3+特喜占特喜占B B位。中段是对位。中段是对A A、
23、B B为倾向性不显著的离子，一般倾向于混合为倾向性不显著的离子，一般倾向于混合型分布。型分布。 1 1）MnMn-Zn-Zn铁氧体铁氧体 MnMn-Zn-Zn铁氧体是目前各种高铁氧体是目前各种高性能中最好的性能中最好的一种，占总量的一种，占总量的60%60%以上。以上。 MnMn-Zn-Zn铁氧体主要由铁氧体主要由FeFe2 2O O3 3、MnMn3 3O O4 4、ZnOZnO组成，组成，添加一定的小料如：添加一定的小料如：TiOTiO2 2、CaCOCaCO3 3、NbNb2 2O O5 5等，获等，获得优良性能的得优良性能的MnMn-Zn-Zn铁氧体。国内外把铁氧体。国内外把MnMn-
24、Zn-Zn铁铁氧体分为高频低功耗铁氧体（又称为功率铁氧氧体分为高频低功耗铁氧体（又称为功率铁氧体）和高磁导率体）和高磁导率i i两大类。两大类。 MnMn-Zn-Zn功率铁氧体主要特点是低损耗、高功率铁氧体主要特点是低损耗、高BsBs，能，能在高频中使用。主要用于节能灯具、大屏幕液晶电在高频中使用。主要用于节能灯具、大屏幕液晶电视背景照明电源的开关化、电冰箱、空调器的变频视背景照明电源的开关化、电冰箱、空调器的变频化、电视机、录像机等家用电器待源的高效化。化、电视机、录像机等家用电器待源的高效化。 高高i i铁氧体不仅要求有高铁氧体不仅要求有高i i，其值应在，其值应在1000010000以以
25、上，还要有高上，还要有高BsBs，损耗较低，且要求，损耗较低，且要求TcTc高，才能满高，才能满足通讯、计算机等足通讯、计算机等ITIT产业的电子整机对各种器件小产业的电子整机对各种器件小型化、微型化的需求。这些器件包括：局域网型化、微型化的需求。这些器件包括：局域网（LANLAN）、宽域网（）、宽域网（WANWAN）等急需的隔离变压器、场）等急需的隔离变压器、场致发光电源变压器、输入滤波器等。致发光电源变压器、输入滤波器等。配方配方1 1：MnOMnO 29.2mol% 29.2mol%、ZnOZnO 16.4mol% 16.4mol%、FeFe2 2O O3 3 45.6mol%45.6m
26、ol%、MgOMgO 0.8mol% 0.8mol%。适合于电视机的偏转。适合于电视机的偏转磁圈。磁圈。配方配方2 2： MnOMnO 28mol% 28mol%、ZnOZnO 19mol% 19mol%、FeFe2 2O O3 3 53mol% 53mol%， 0 0=2000=2000配方配方3 3： MnOMnO 27mol% 27mol%、ZnOZnO 21mol% 21mol%、FeFe2 2O O3 3 52mol% 52mol%， 0 0=4000=4000配方配方4 4：MnOMnO 24mol% 24mol%、ZnOZnO 25mol% 25mol%、FeFe2 2O O3
27、3 51mol% 51mol%， 0 0=10000=10000 可以看出，随着可以看出，随着ZnOZnO含量的增加，起始含量的增加，起始0 0逐渐逐渐增大。增大。高磁导率MnZn铁氧体性能参数高频低功耗MnZn铁氧体性能参数高Q值MnZn铁氧体性能参数2 2）Ni-ZnNi-Zn铁氧体铁氧体 NiZnNiZn铁氧体在高频领域中很重要的材料，铁氧体在高频领域中很重要的材料，由于电阻率高，可用于由于电阻率高，可用于1 1200MHz200MHz的频率范围，的频率范围，要求这种材料有尽可能小的磁损耗及起始磁要求这种材料有尽可能小的磁损耗及起始磁导率的温度系数。导率的温度系数。 主要材料主要材料Ni
28、ONiO、ZnOZnO、FeFe2 2O O3 3；添加剂为；添加剂为LiLi2 2O O、V V2 2O O3 3、CuOCuO等。等。 其主要用途是生产片式电感。广泛应用其主要用途是生产片式电感。广泛应用于通讯和抗电磁干扰及电磁兼容设备。于通讯和抗电磁干扰及电磁兼容设备。配方配方1 1：NiONiO 10mol% 10mol%、ZnOZnO 19mol% 19mol%、FeFe2 2O O3 3 67.9mol%67.9mol%， CuOCuO 3.1mol% 3.1mol%， 0 0=850, =850, m m=4300,Tc=150,=4300,Tc=150,频率范围频率范围1 11
29、000kHz1000kHz。配方配方2 2： NiONiO 9.1mol% 9.1mol%、ZnOZnO 13.8mol% 13.8mol%、FeFe2 2O O3 3 75.1mol%75.1mol%， CoCo2 2O O 3 3 2.0mol%2.0mol%， 0 0=125, =125, m m=400,Tc=350,=400,Tc=350,频率范围频率范围0.50.510MHz10MHz。配方配方3 3： NiONiO 18.2mol% 18.2mol%、ZnOZnO 8.6mol% 8.6mol%、FeFe2 2O O3 3 73.1mol%73.1mol%， CoCo2 2O O
30、3 3 1.1mol%1.1mol%， 0 0=40, =40, m m=115,Tc=450,=115,Tc=450,频率范围频率范围101050MHz50MHz。3)3)主要成分和添加剂对性能影响主要成分和添加剂对性能影响ZnOZnO: :对于对于NiZnNiZn铁氧体，随着铁氧体，随着ZnOZnO含量增加含量增加, ,磁磁化强度化强度M M显著上升，磁导率增大。但损耗显著上升，磁导率增大。但损耗tgtg将显著增大，将显著增大，TcTc显著降低，电阻率虽显著降低，电阻率虽变化不大，但温度稳定性较差，所以使用变化不大，但温度稳定性较差，所以使用频率越高，频率越高，ZnOZnO含量应越小。含量
31、应越小。 对于对于MnZnMnZn铁氧体，磁导率又随着铁氧体，磁导率又随着ZnOZnO含含量的增加而增高，大约在量的增加而增高，大约在202025mol%25mol% ZnO ZnO时达到最大值。随着时达到最大值。随着ZnOZnO含量再增加，含量再增加，磁导率反而降低。同时随着磁导率反而降低。同时随着ZnOZnO含量的增加，含量的增加，铁氧体的饱和磁感应强度也增加。铁氧体的饱和磁感应强度也增加。FeFe2 2O O3 3：当：当FeFe2 2O O3 3含量在配方中过量中，在高温含量在配方中过量中，在高温下形成少量下形成少量FeFe3 3O O4 4，有利于提高磁导率，因，有利于提高磁导率，因
32、此此FeFe2 2O O3 3含量一般超过含量一般超过50%50%。助熔剂：常用的助熔剂有助熔剂：常用的助熔剂有CuOCuO、P P2 2O O5 5、SiOSiO2 2、NaNa2 2COCO3 3等，它们与铁氧体主要成分作用，在等，它们与铁氧体主要成分作用，在较低温度下熔融，大大加快反应速度，降较低温度下熔融，大大加快反应速度，降低烧结温度，提高密度。低烧结温度，提高密度。 用这些软磁铁氧体材料，可以制成用这些软磁铁氧体材料，可以制成EEEE型、型、EIEI型、型、EPEP型、型、PQPQ型、型、UFUF型、型、RMRM型、罐型、管型、罐型、管型、柱型、环型等各种形状的磁芯，广泛地型、柱型
33、、环型等各种形状的磁芯，广泛地应用于视听设备、计算机、自动控制、办公应用于视听设备、计算机、自动控制、办公自动化、绿色照明工程以及其它各种通讯设自动化、绿色照明工程以及其它各种通讯设备和电子仪器中作开关电源、滤波器、电感备和电子仪器中作开关电源、滤波器、电感器、扼流圈、变压器、变换器、调节器等器器、扼流圈、变压器、变换器、调节器等器件。件。4）软磁铁氧体应用尖晶石铁氧体材料的应用1、镍锌铁氧体磁导率：105000居里温度：100400应用频段：1300MHz 电阻率：103105m 在结构上，在结构上，NiZnNiZn铁氧体因为铁氧体因为NiNi2+2+特喜占特喜占B B位，它与处位，它与处于
34、于B B位置的位置的FeFe3+3+进行了置换构成了反尖晶石相，而进行了置换构成了反尖晶石相，而ZnZn2+2+特特喜占喜占A A位，构成了正尖晶石相，因此位，构成了正尖晶石相，因此NiZnNiZn铁氧体结构上属铁氧体结构上属于正反混合型尖晶石结构。于正反混合型尖晶石结构。2、锰锌铁氧体磁导率：10020000居里温度：120250应用频段：1MHz 电阻率：510m高磁导率高磁导率锰锌铁氧体配方MnO: 26mol%ZnO: 22mol%Fe2O3: 52mol%MnO: 29.2mol%ZnO: 16.4mol%Fe2O3: 45.6mol%MgO：0.8mol%高饱和磁感应强度高饱和磁感
35、应强度配方1 1、必须用高纯度、高活性的共沉粉料或高纯氧化物为基本原、必须用高纯度、高活性的共沉粉料或高纯氧化物为基本原料；料；2 2、粒度最好在、粒度最好在0.1-0.25m0.1-0.25m内，一般不掺杂；内，一般不掺杂；3 3、晶粒均匀、完整、无气孔、内应力极小晶粒尺寸较大；晶、晶粒均匀、完整、无气孔、内应力极小晶粒尺寸较大；晶界薄而整齐；界薄而整齐；4 4、烧结工艺：制造优良的、烧结工艺：制造优良的MnZnMnZn铁氧体材料，必须采用严格的铁氧体材料，必须采用严格的气氛烧结法如二次还原烧结法、平衡气氛烧结法、高压充氮法；气氛烧结法如二次还原烧结法、平衡气氛烧结法、高压充氮法；5 5、在
36、基本配方中掺加改善损耗特性的添加剂，并调整工艺，、在基本配方中掺加改善损耗特性的添加剂，并调整工艺，达到提高达到提高的目的。的目的。五、原材料要求与工艺五、原材料要求与工艺六、永磁铁氧体（硬磁铁氧体）六、永磁铁氧体（硬磁铁氧体） 是指具有强的抗退磁能力和高的剩余磁感应强度的是指具有强的抗退磁能力和高的剩余磁感应强度的强磁性材料。主要参数有：剩余磁感应强度强磁性材料。主要参数有：剩余磁感应强度BrBr、矫顽强、矫顽强力力HcHc和最大磁能积（和最大磁能积（BHBH）maxmax，三者愈高，硬磁性材料性三者愈高，硬磁性材料性能越好。能越好。 硬磁铁氧体的化学式为硬磁铁氧体的化学式为MO-6FeMO
37、-6Fe2 2O O3 3(M=Ba(M=Ba2+2+、SrSr2+2+），具有六方晶系磁性亚铅酸盐型结构，如），具有六方晶系磁性亚铅酸盐型结构，如钡铁氧体钡铁氧体BaFeBaFe1212O O1919、锶铁氧体、锶铁氧体SrFeSrFe1212O O1919和和 铅铁氧体铅铁氧体PbFePbFe1212O O1919。 它们具有剩余磁通量小、矫顽力大、电阻率大、它们具有剩余磁通量小、矫顽力大、电阻率大、密度小、重量轻、温度系数大、制造工艺简单等特点，密度小、重量轻、温度系数大、制造工艺简单等特点，其性能见表其性能见表7-27-2。 硬磁铁氧体主要用于磁路系统中作永磁材料，以生硬磁铁氧体主要用
38、于磁路系统中作永磁材料，以生产稳恒磁场，如用作扬声器、助听器、录音磁头等各种产稳恒磁场，如用作扬声器、助听器、录音磁头等各种电声器件及各种电子仪表控制器件，以及微型电机的磁电声器件及各种电子仪表控制器件，以及微型电机的磁芯等。芯等。1、具有单轴各向异性结构（六方、四方或菱方等）、具有单轴各向异性结构（六方、四方或菱方等）2、高的居里温度、高的居里温度3、高的矫顽场、高的矫顽场永磁材料的特征：永磁材料的特征：4、高的最大磁能积（、高的最大磁能积（BH）maxv稀土永磁材料是稀土金属和过渡族金属形成稀土永磁材料是稀土金属和过渡族金属形成的金属间化合物，是目前具有最高永磁特性的金属间化合物，是目前具
39、有最高永磁特性的永磁材料。的永磁材料。v六十年代六十年代第一代稀土永磁材料第一代稀土永磁材料（1:51:5型型R-CoR-Co永磁，如永磁，如SmCoSmCo5 5）v七十年代七十年代第二代稀土永磁材料第二代稀土永磁材料（2:172:17型型R-CoR-Co永磁，如永磁，如SmSm2 2CoCo1717 ）v八十年代八十年代第三代稀土永磁材料第三代稀土永磁材料（R-Fe-BR-Fe-B永磁，如永磁，如Nd2Fe14B ）稀土永磁材料 结构结构 主要指原子序数为主要指原子序数为5757镧（镧（LaLa）至）至7171镥（镥（LuLu）的的1515个元素，个元素，加上性质类似的加上性质类似的钇（钇
40、（Y Y）和钪（）和钪（ScSc） ；晶体结构大都为密排六晶体结构大都为密排六方结构。方结构。 磁性磁性v钆钆GdGd从从0K0K到居里温度到居里温度239K239K只表现出纯粹的铁磁性，但磁矩的只表现出纯粹的铁磁性，但磁矩的取向随温度而变。取向随温度而变。v钆钆GdGd以前的轻稀土以前的轻稀土铈（铈（CeCe）、钕（）、钕（NdNd）、钐（）、钐（SmSm）具有反铁具有反铁磁性。磁性。v重稀土金属重稀土金属铽铽TbTb、镝（、镝（ DyDy ）、钬（）、钬（HoHo）、铒（）、铒（ErEr）、铥）、铥（TmTm）表现为铁磁性或亚铁磁性。表现为铁磁性或亚铁磁性。v钇（钇（Y Y）、钪（）、钪（
41、ScSc）、镧（）、镧（LaLa）、镱（）、镱（YbYb）、镥（）、镥（LuLu）为非为非磁性稀土元素，但磁性稀土元素，但钇（钇（Y Y） 、钪（、钪（ScSc）、镱（）、镱（YbYb）的离子具有的离子具有磁矩。磁矩。稀土族元素的结构和磁性1 1、SmCoSmCo5 5 永磁材料永磁材料 SmSm-Co-Co之间可形成七种金属间化合物，其中之间可形成七种金属间化合物，其中SmCoSmCo5 5属六属六角晶系，点阵常数角晶系，点阵常数a=5.002Aa=5.002A，c=3.694Ac=3.694A。用于微电机、音像器件、驱动器和聚焦装置。烧结钐钴永磁体烧结钐钴永磁体2 2、SmSm2 2CoC
42、o17 17 永磁材料永磁材料SmSm2 2CoCo1717属于菱方晶系，是稀土永磁合金中磁稳定性最属于菱方晶系，是稀土永磁合金中磁稳定性最好的一种，居里温度很高，好的一种，居里温度很高，TcTc=926=926，对于高温下的，对于高温下的应用具有重要的意义。应用具有重要的意义。其中其中SmSm2 2（CoCo、CuCu、FeFe、ZrZr）1717合金的磁性能最好，并合金的磁性能最好，并已商品化。已在工业上得到广泛应用。已商品化。已在工业上得到广泛应用。日本1986年 产量是50吨，用做电子表步进电机的转子和计算机、打印机及驱动器用的微型电机（150万台/月）3 3、 Nd2Fe14B 永磁
43、材料永磁材料第三代铁基稀土永磁，不含战略物质第三代铁基稀土永磁，不含战略物质CoCo和和NiNi；自自19831983年开发以来，已由年开发以来，已由R-Fe-BR-Fe-B三元系发展到七元系三元系发展到七元系合金；合金；它能吸起相当于自重它能吸起相当于自重640640倍的重物，而铁氧体只能吸倍的重物，而铁氧体只能吸起自重的起自重的120120倍；倍；居里温度不高，稳定性差。居里温度不高，稳定性差。生产工艺多种多样，如烧结法、熔体快淬法、粘结生产工艺多种多样，如烧结法、熔体快淬法、粘结法、机械合金化法等。法、机械合金化法等。稀土元素稀土元素R=Y,Nd,Pr,Gd,DyR2Fe14BR2（Fe
44、1-xMx）14B基本化学式：离子置换化学式：M=Al,Si,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Ca,Ge典型材料：典型材料： Nd2Fe14B（钕铁硼）（钕铁硼）NdNd2 2FeFe1414B B稀土永磁材料为四方相，稀土永磁材料为四方相，一个单胞中由一个单胞中由4 4个分子组成，有个分子组成，有6868个原子；个原子；它们构成四方结构，易磁化轴为它们构成四方结构，易磁化轴为c c轴，呈现铁磁性。轴，呈现铁磁性。应用领域应用领域中国中国/%/%发达国家发达国家/%/%音音 响响27275 5油田除腊器油田除腊器2222/ /电电 机机25251717计算机计算机（VCMVCM）1 15757核
45、磁共振仪核磁共振仪/ /1111电子束聚焦电子束聚焦/ /1 1磁磁 吸吸 盘盘1515/ /磁磁 分分 离离8 8/ /仪仪 表表2 2/ /合合 计计100100100100NdNd2 2FeFe1414B B永磁材料国内外应用比较表永磁材料国内外应用比较表 我国生产的大部分为中低档产品，适合于音响和电机使用；而高我国生产的大部分为中低档产品，适合于音响和电机使用；而高档产品如计算机档产品如计算机VCMVCM要求性能高：要求性能高：（BHBH）maxmax320KJ/m3320KJ/m3，加工精度高，产品一致性好，加工精度高，产品一致性好 主要是美国、日本等发达国家等永磁生产厂家生产。主要
46、是美国、日本等发达国家等永磁生产厂家生产。 核磁共振仪和电子束聚焦则尚在研制阶段，而美、日等发达国家核磁共振仪和电子束聚焦则尚在研制阶段，而美、日等发达国家已有生产和应用。已有生产和应用。七、矩磁铁氧体七、矩磁铁氧体 是指具有矩形磁滞回线、矫顽力较是指具有矩形磁滞回线、矫顽力较小的铁氧体。主要应用于电子计算机及小的铁氧体。主要应用于电子计算机及自动控制与远程控制设备中，作为记忆自动控制与远程控制设备中，作为记忆元件（存储器）、逻辑元件、开关元件、元件（存储器）、逻辑元件、开关元件、磁放大器的磁光存储器和磁声存储器。磁放大器的磁光存储器和磁声存储器。 磁芯的存储原理如图磁芯的存储原理如图7-67
47、-6。 矩磁铁氧体有几十种，用量最大的矩磁铁氧体有几十种，用量最大的是尖晶石型铁氧体矩磁材料。目前常用是尖晶石型铁氧体矩磁材料。目前常用以以MgMnMgMn和和LiMnLiMn两个系列为主，其中两个系列为主，其中LiMnLiMn铁氧体性能最好。铁氧体性能最好。九、磁记录材料九、磁记录材料 磁记录是利用磁头气隙中随信息变化磁记录是利用磁头气隙中随信息变化的磁场将经过气隙的磁记录介质磁化，就把随的磁场将经过气隙的磁记录介质磁化，就把随时间变化的信息磁场转化为磁记录介质中按空时间变化的信息磁场转化为磁记录介质中按空间变化的强度分布。间变化的强度分布。 磁记录材料包括磁头材料、磁记录介质和磁记录材料包
48、括磁头材料、磁记录介质和磁光记录介质三部分。磁光记录介质三部分。（1 1）磁头材料）磁头材料 是磁头铁芯用的高密度软磁材料，用它做是磁头铁芯用的高密度软磁材料，用它做成记录（写入）或重放（读出）信息的换能器件，成记录（写入）或重放（读出）信息的换能器件，要求有较高的能量转换效率，对磁头材料有以下要求有较高的能量转换效率，对磁头材料有以下具体要求：具体要求：11最大磁导率最大磁导率m m和高的饱和磁化强度和高的饱和磁化强度BsBs，以实现高，以实现高效率记录；效率记录；22矫顽力矫顽力HcHc和剩余磁化强度和剩余磁化强度BrBr要低，以减少磁头的要低，以减少磁头的磁损耗和剩磁，降低剩磁引起的噪声
49、与非线性；磁损耗和剩磁，降低剩磁引起的噪声与非线性；33电阻率电阻率要高，以降低损耗，改善高频记录的频要高，以降低损耗，改善高频记录的频率响应特性；率响应特性；44起始磁导率起始磁导率i i要高，以提高重放磁头的灵敏度；要高，以提高重放磁头的灵敏度；55磁导率的截止频率磁导率的截止频率f fr r要高，以利于高频高速记录，提要高，以利于高频高速记录，提高使用频率上限；高使用频率上限；66耐磨损、抗剥落、机械加工性好。耐磨损、抗剥落、机械加工性好。 磁头材料分为金属磁头材料和铁氧体材料两类。磁头材料分为金属磁头材料和铁氧体材料两类。 金属磁头材料主要有坡莫合金（金属磁头材料主要有坡莫合金（NiN
50、i含量为含量为30%30% 90%90%的的NiFeNiFe合金）、铁铝合金、铁硅铝合金和非晶态钴基合金）、铁铝合金、铁硅铝合金和非晶态钴基合金等，它们的优点是合金等，它们的优点是m m和和BsBs值高，值高，HcHc低，缺点是低，缺点是值和硬度值低，使用寿命不如铁氧体。值和硬度值低，使用寿命不如铁氧体。 铁氧体磁头材料有烧结的铁氧体磁头材料有烧结的MnZnMnZn和和NiZnNiZn铁氧体，热压铁氧体，热压的的MnZnMnZn和和NiZnNiZn铁氧体以及单晶铁氧体以及单晶MnZnMnZn铁氧体等，与金属铁氧体等，与金属材料相比，它们的硬度高、耐磨性好、电阻率高，但材料相比，它们的硬度高、耐
