永磁功能材料和軟磁功能材料
2006/4/13 2:01:10
上海亞皓儀表設備有限公司 供稿
永磁功能材料常稱永磁材料，又稱硬磁材料，而軟磁功能材料常稱軟磁材料。這裡的硬和軟並不是指力學性能上的硬和軟，而是指磁學性能上的硬和軟。磁性硬是指磁性材料經過外加磁場磁化以後能長期保留其強磁性(簡稱磁性)，其特徵是矯頑力(矯頑磁場)高。矯頑力是磁性材料經過磁化以後再經過退磁使具剩餘磁性(剩餘磁通密度或剩餘磁化強度)降低到零的磁場強度。而軟磁材料則是加磁場既容易磁化,又容易退磁,即矯頑力很低的磁性材料。退磁是指在加磁場(稱為磁化場)使磁性材料磁化以後，再加同磁化場方向相反的磁場使其磁性降低的磁場。
永磁材料是發現和使用都最早的一類磁性材料。我國最早發明的指南器(稱為司南)便是利用天然永磁材料磁鐵礦製成的。現在的永磁材料不但種類很多，而且用途也十分廣泛。常用的永磁材料主要具有4種磁特性：(1)高的最大磁能積。最大磁能積[符號為(BH)m]是永磁材料單位體積存儲和可利用的最大磁能量密度的量度；(2)高的矯頑(磁)力。矯頑力[符號為(H)c]是永磁材料抵抗磁的和非磁的干擾而保持其永磁性的量度；(3)高的剩餘磁通密度(符號為Br)和高的剩餘磁化強度(符號為Mr)。它們是具有空氣隙的永磁材料的氣隙中磁場強度的量度；(4)高的穩定性，即對外加干擾磁場和溫度、震動等環境因素變化的高穩定性。當前常用的重要永磁材料主要有：(1)稀土永磁材料，這是當前最大磁能積最高的一大類永磁材
圖1 釹鐵硼稀土永磁材料料，為稀土族元素和鐵族元素為主要成分的金屬互化物(又稱金屬間化合物)。圖1是我國研製和生產的釹鐵硼稀土合金永磁材料。(2)金屬永磁材料。這是一大類發展和應用都較早的以鐵和鐵族元素(如鎳、鈷等)為重要組元的合金型永磁材料，主要有鋁鎳鈷(AlNiCo)係和鐵鉻鈷(FeCrCo)係兩大類永磁合金。鋁鎳鈷係合金永磁性能和成本屬於中等，發展較早，性能隨化學成分和製造工藝而變化的範圍較寬，故應用範圍也較廣。鐵鉻鈷係永磁合金的特點是永磁性能中等，但其力學性能可進行各種機械加工及冷或熱的塑性變形，可以製成管狀、片狀或線狀永磁材料而供多種特殊應用。(3)鐵氧體永磁材料。這是以Fe2O3為主要組元的複合氧化物強磁材料(狹義)和磁有序材料如反鐵磁材料(廣義)。其特點是電阻率高，特別有利於在高頻和微波應用。如鋇鐵氧體(BaFe12O19)和鍶鐵氧體(SrFe12O19)等都有很多應用。除上述3類永磁材料外，還有一些製造、磁性和應用各有特點的永磁材料。例如微粉永磁材料、納米永磁材料、膠塑永磁材料(可應用於電冰箱門的封閉)、可加工永磁材料等。
圖2 鐵-硅係軟磁材料的磁和電損耗P隨年代降低
圖3 非晶軟磁材料的低損耗
軟磁材料種類多和用途廣,具有5種主要的磁特性：
(1)高的磁導率。磁導率(符號為μ)是對磁場靈敏度的量度；
(2)低的矯頑力Hc顯示磁性材料既容易受外加磁場磁化，又容易受外加磁場或其他因素退磁，而且磁損耗也低；
(3)高的飽和磁通密度Bs和高的飽和磁化強度Ms。這樣較容易得到高的磁導率μ和低的矯頑力Hc，也可以提高磁能密度；
(4)低的磁損耗和電損耗。這就要求低的矯頑力Hc和高的電阻率；
(5)高的穩定性，這就要求上述的軟磁特性對於溫度和震動等環境因素有高的穩定性。當前常用的重要的軟磁材料主要有：(1)鐵-硅(Fe-Si)係軟磁材料，常稱硅鋼片，是電機工業廣泛使用磁性材料。圖2示出這一磁性材料系統的非取向Fe-Si合金(i)、單取向Fe-Si合金(ⅱ)、雙取向Fe-Si合金(ⅲ)、特殊處理Fe-Si合金(ⅳ)和非晶Fe-Si-B材料(v)的磁和電損耗P降低隨年代的進展。(2)鐵-鎳(Fe-Ni)係軟磁合金是磁導率μ和矯頑力Hc低的性能良好的軟磁材料，有著廣泛的應用。(3)鐵氧體軟磁材料，其突出優點是電阻率極高，可以在高頻率和超高頻率使用，在通信和多種電子學器件中有著重要的應用。(4)非晶軟磁材料和納米晶軟磁材料，是在20世紀後期發展起來的新軟磁材料。非晶軟磁材料的特點是製造工藝較簡單，化學成分變化範圍較寬、磁性均勻和良好的各向同性(因無晶粒結構)。從圖3中可以看出非晶軟磁材料的低損耗的優點。將適當成分的非晶軟磁材料透過適當的熱處理後，可以使非晶狀態轉變為晶粒直徑為納米量級的結晶態軟磁材料，也可以得到良好的軟磁材料。(5)其他軟磁材料。選擇適當的化學成分和適當的製造工藝，可以得到具有特定軟磁等性能的軟磁材料。例如，具有高能和磁化強度的鐵-鈷(Fe-Co)係軟磁合金，具有較高電阻率的鐵-鋁(Fe-Al)係軟磁合金，具有磁晶各向異性和磁致伸縮都趨近於零的鐵-硅-鋁(Fe-Si-Al)合金等。
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電 話： 021-52370659
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永磁材料是發現和使用都最早的一類磁性材料。我國最早發明的指南器(稱為司南)便是利用天然永磁材料磁鐵礦製成的。現在的永磁材料不但種類很多，而且用途也十分廣泛。常用的永磁材料主要具有4種磁特性：(1)高的最大磁能積。最大磁能積[符號為(BH)m]是永磁材料單位體積存儲和可利用的最大磁能量密度的量度；(2)高的矯頑(磁)力。矯頑力[符號為(H)c]是永磁材料抵抗磁的和非磁的干擾而保持其永磁性的量度；(3)高的剩餘磁通密度(符號為Br)和高的剩餘磁化強度(符號為Mr)。它們是具有空氣隙的永磁材料的氣隙中磁場強度的量度；(4)高的穩定性，即對外加干擾磁場和溫度、震動等環境因素變化的高穩定性。當前常用的重要永磁材料主要有：(1)稀土永磁材料，這是當前最大磁能積最高的一大類永磁材
圖1 釹鐵硼稀土永磁材料料，為稀土族元素和鐵族元素為主要成分的金屬互化物(又稱金屬間化合物)。圖1是我國研製和生產的釹鐵硼稀土合金永磁材料。(2)金屬永磁材料。這是一大類發展和應用都較早的以鐵和鐵族元素(如鎳、鈷等)為重要組元的合金型永磁材料，主要有鋁鎳鈷(AlNiCo)係和鐵鉻鈷(FeCrCo)係兩大類永磁合金。鋁鎳鈷係合金永磁性能和成本屬於中等，發展較早，性能隨化學成分和製造工藝而變化的範圍較寬，故應用範圍也較廣。鐵鉻鈷係永磁合金的特點是永磁性能中等，但其力學性能可進行各種機械加工及冷或熱的塑性變形，可以製成管狀、片狀或線狀永磁材料而供多種特殊應用。(3)鐵氧體永磁材料。這是以Fe2O3為主要組元的複合氧化物強磁材料(狹義)和磁有序材料如反鐵磁材料(廣義)。其特點是電阻率高，特別有利於在高頻和微波應用。如鋇鐵氧體(BaFe12O19)和鍶鐵氧體(SrFe12O19)等都有很多應用。除上述3類永磁材料外，還有一些製造、磁性和應用各有特點的永磁材料。例如微粉永磁材料、納米永磁材料、膠塑永磁材料(可應用於電冰箱門的封閉)、可加工永磁材料等。
圖2 鐵-硅係軟磁材料的磁和電損耗P隨年代降低
圖3 非晶軟磁材料的低損耗
軟磁材料種類多和用途廣,具有5種主要的磁特性：
(1)高的磁導率。磁導率(符號為μ)是對磁場靈敏度的量度；
(2)低的矯頑力Hc顯示磁性材料既容易受外加磁場磁化，又容易受外加磁場或其他因素退磁，而且磁損耗也低；
(3)高的飽和磁通密度Bs和高的飽和磁化強度Ms。這樣較容易得到高的磁導率μ和低的矯頑力Hc，也可以提高磁能密度；
(4)低的磁損耗和電損耗。這就要求低的矯頑力Hc和高的電阻率；
(5)高的穩定性，這就要求上述的軟磁特性對於溫度和震動等環境因素有高的穩定性。當前常用的重要的軟磁材料主要有：(1)鐵-硅(Fe-Si)係軟磁材料，常稱硅鋼片，是電機工業廣泛使用磁性材料。圖2示出這一磁性材料系統的非取向Fe-Si合金(i)、單取向Fe-Si合金(ⅱ)、雙取向Fe-Si合金(ⅲ)、特殊處理Fe-Si合金(ⅳ)和非晶Fe-Si-B材料(v)的磁和電損耗P降低隨年代的進展。(2)鐵-鎳(Fe-Ni)係軟磁合金是磁導率μ和矯頑力Hc低的性能良好的軟磁材料，有著廣泛的應用。(3)鐵氧體軟磁材料，其突出優點是電阻率極高，可以在高頻率和超高頻率使用，在通信和多種電子學器件中有著重要的應用。(4)非晶軟磁材料和納米晶軟磁材料，是在20世紀後期發展起來的新軟磁材料。非晶軟磁材料的特點是製造工藝較簡單，化學成分變化範圍較寬、磁性均勻和良好的各向同性(因無晶粒結構)。從圖3中可以看出非晶軟磁材料的低損耗的優點。將適當成分的非晶軟磁材料透過適當的熱處理後，可以使非晶狀態轉變為晶粒直徑為納米量級的結晶態軟磁材料，也可以得到良好的軟磁材料。(5)其他軟磁材料。選擇適當的化學成分和適當的製造工藝，可以得到具有特定軟磁等性能的軟磁材料。例如，具有高能和磁化強度的鐵-鈷(Fe-Co)係軟磁合金，具有較高電阻率的鐵-鋁(Fe-Al)係軟磁合金，具有磁晶各向異性和磁致伸縮都趨近於零的鐵-硅-鋁(Fe-Si-Al)合金等。
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