永磁功能材料和软磁功能材料
磁性材料有哪些分类
磁性材料有哪些分类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、银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。
永磁材料,经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。
对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高，矫顽力BHC(即抗退磁能力)强，磁能积(BH)即给空间提供的磁场能量)大。
相对于软磁材料而言，它亦称为硬磁材料。
永磁材料有合金、铁氧析口金属间化合物三类。
①合金类：包括铸造、烧结和可加工合金。
铸造合金的主要品种有:A1Ni(Co)、FeCr(Co)x FeCrMo x FeAIC x FeCo(V)(W);烧结合金有：Re-Co(Re代表稀土元素)、Re-Fe以及AINi(Co),FeCrCo等；可加工合金有：FeCrCo s PtCo s MnAIC.CuNiFe和AIMnAg等，后两种中BHC较低者亦称半永磁材料。
②铁氧体类：主要成分为MO6Fe2O3,M代表Ba、SnPb或SrCa、1aCa等复合组分。
③金属间化合物类：主要以MnBi为代表。
永磁材料有多种用途。
①基于电磁力作用原理的应用主要有：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。
②基于磁电作用原理的应用主要有：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。
③基于磁力作用原理的应用主要有：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。
磁性功能材料(ppt 72张)
χ ：10-2-10-4
反铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化
反铁磁性：
磁化率和温度的关系在涅耳点(TN)有一转折。在TN点以下 为反铁磁性,χ 随温度升高而升高。在TN以上，χ随温度 升高而下降，表现如顺磁性行为。 反铁磁性物质中有A、B两个次晶格，其原子磁矩反平行 排列，且大小相等，自发磁化强度相互抵消，总磁矩为零。
抗磁性
物 质 磁 性 分 类 与外加磁 场的关系 顺磁性 反铁磁性 亚铁磁性 铁磁性
⑴ 抗磁性
χ： －（10-5 – 10-6 ）
抗磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化
抗磁性： 磁化率小于零，在外磁场的作用下产生一个与 外磁场方向相反且很小的附加磁场，其值和温 度无关。 抗磁性物质：He，Ne，Ar，H2，N2，C，Si， Ge等
（二）基本磁性参量 磁场强度(H)： 电流强度为i的电流在一个每米有N匝线圈的无 限长螺旋管轴线中央产生的磁场强度 H 为：
HNi
距离永磁体r处的磁场强度 H 为：
2 H km r / r l 0
m1为磁极的磁极强度，；r0是r的矢量单位； 磁化强度(M，σ): 单位体积磁性材料内原子磁矩的矢量和
Cr、Mn以及含有Cr、Mn的一些合金是反铁磁性的。
(4)
铁磁性
χ ：102-106
铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化
铁磁性：
在不大的磁化场下，该物质有较高的磁化强度，并达到饱和 状态； 磁化率随磁场非线性变化； 饱和磁化强度随温度升高而下降，并在一定温度Tc（居里温 度）下，铁磁性消失，变成顺磁性。 铁磁性物质： ①Fe、Co、Ni等纯金属。某些稀土元素如Gd（钆gá）等 ②含Fe、Co、Ni的合金及化合物； ③某些过渡元素组成的合金。
磁性材料分类
磁性材料主要是指由过度元素铁,钴,镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质.磁性材料从材质和结构上讲，分为“金属及合金磁性材料”和“铁氧体磁性材料”两大类，铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。
从应用功能上讲，磁性材料分为：软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。
软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了，因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应，导致金属磁性材料无法使用，而铁氧体的电阻率非常高，将有效的克服这一问题、得到广泛应用。
磁性材料从形态上讲。
包括粉体材料、液体材料、块体材料、薄膜材料等。
磁性材料的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。
可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。
顺磁性 paramagnetism顺磁性物质的磁化率为正值，比反磁性大1～3个数量级，X约10-5～10-3，遵守Curie定律或Curie-Weiss定律。
物质中具有不成对电子的离子、原子或分子时，存在电子的自旋角动量和轨道角动量，也就存在自旋磁矩和轨道磁矩。
在外磁场作用下，原来取向杂乱的磁矩将定向，从而表现出顺磁性。
顺磁性是一种弱磁性。
顺磁(性)物质的主要特点是原子或分子中含有没有完全抵消的电子磁矩，因而具有原子或分子磁矩。
但是原子(或分子)磁矩之间并无强的相互作用(一般为交换作用)，因此原子磁矩在热骚动的影响下处于无规(混乱)排列状态，原子磁矩互相抵消而无合磁矩。
但是当受到外加磁场作用时，这些原来在热骚动下混乱排列的原子磁矩便同时受到磁场作用使其趋向磁场排列和热骚动作用使其趋向混乱排列，因此总的效果是在外加磁场方向有一定的磁矩分量。
这样便使磁化率(磁化强度与磁场强度之比)成为正值，但数值也是很小,一般顺磁物质的磁化率约为十万分之一(10-5)，并且随温度的降低而增大。
特种功能材料
特种功能材料特种功能材料是指通过对材料进行改性和加工等手段，使其具备特殊的功能和性能的材料。
这类材料具有广泛的应用领域和潜在的经济效益。
下面将介绍一些常见的特种功能材料和其应用。
一、磁性材料磁性材料是具有磁性的材料，常见的磁性材料有永磁材料、磁性合金和软磁材料等。
永磁材料可广泛应用于电机、声学、电子等领域，如用于制造电机、传感器和磁存储器等；磁性合金可用于制造变压器和电磁线圈；软磁材料可用于制造变压器、电感器和传感器等。
二、电子功能材料电子功能材料主要包括导电材料和绝缘材料。
导电材料可以将电能导入或传出某一部件，广泛应用于电子器件、电池和发电设备等，如金属、半导体和导电聚合物等。
绝缘材料可以阻隔电流，在电子器件中常用于绝缘保护和电介质应用。
三、光电材料光电材料是指能够吸收光能并将其转换为电能的材料，广泛应用于光电子、光伏和光学等领域。
光电材料具有快速响应、高灵敏度和稳定性好等特点。
常见的光电材料有太阳能电池材料、光电导材料和光纤材料等。
四、热电材料热电材料是指能够将热能转化为电能的材料，广泛应用于能源领域。
热电材料具有高热电效应、长寿命和稳定性好等特点。
常见的热电材料有铜铟镓硒、硅锗和硫化柱英等。
五、阻尼材料阻尼材料是指能够吸收机械振动和减缓能量传递的材料，广泛应用于结构、航空和交通等领域。
阻尼材料能够减小结构的振动幅度，提高结构的稳定性和安全性。
常见的阻尼材料有聚合物阻尼材料、金属阻尼材料和纳米阻尼材料等。
总之，特种功能材料具有丰富的种类和广泛的应用领域，可以满足不同领域的需求。
随着科技的不断发展，特种功能材料的研究和应用将不断拓展，为人们的生活和产业带来更多的便利和创新。
磁性功能材料
磁性功能材料磁性功能材料是一类具有特殊磁性性质的材料，它们在现代科学技术和工程领域中具有广泛的应用。
磁性功能材料以其独特的磁性特性，在电子、信息、能源、医疗等领域发挥着重要作用。
本文将对磁性功能材料的定义、分类、性能及应用进行介绍。
首先，磁性功能材料根据其磁性特性可分为铁磁性材料、铁磁性材料、铁磁性材料和超导材料。
铁磁性材料是指在外磁场作用下具有明显磁化特性的材料，如铁、镍、钴等；铁磁性材料是指在一定温度下具有铁磁性的材料，如铁氧体、钡铁氧体等；铁磁性材料是指在外磁场下不具有自发磁化的材料，但具有铁磁性的材料，如铁氧体、铁氧体等；超导材料是指在一定温度下具有完全抗磁性的材料，如铜氧化物、铁基超导体等。
其次，磁性功能材料具有多种磁性特性，如饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力、磁导率等。
饱和磁化强度是指在外磁场作用下，材料磁化达到饱和时的磁场强度；剩余磁化强度是指在去除外磁场后，材料仍保留的磁化强度；矫顽力是指在外磁场作用下，材料磁化反转所需的磁场强度；磁导率是指材料对磁场的导磁能力。
这些磁性特性对磁性功能材料的应用具有重要的影响。
最后，磁性功能材料在电子、信息、能源、医疗等领域具有广泛的应用。
在电子领域，磁性功能材料可用于制造磁存储器件、磁传感器、磁随动器等；在信息领域，磁性功能材料可用于制造磁记录材料、磁性传感器、磁性透镜等；在能源领域，磁性功能材料可用于制造磁性发电机、磁性制冷材料、磁性储能材料等；在医疗领域，磁性功能材料可用于制造磁共振成像设备、磁性靶向药物传递系统、磁性植入材料等。
可以看出，磁性功能材料在各个领域都具有重要的应用前景。
综上所述，磁性功能材料是一类具有特殊磁性性质的材料，它们在现代科学技术和工程领域中具有广泛的应用。
了解磁性功能材料的定义、分类、性能及应用对于推动相关领域的发展具有重要意义。
希望本文能够为读者对磁性功能材料有更深入的了解提供帮助。
永磁功能材料和软磁功能材料
永磁功能材料和软磁功能材料永磁功能材料常称永磁材料，又称硬磁材料，而软磁功能材料常称软磁材料。
这里的硬和软并不是指力学性能上的硬和软，而是指磁学性能上的硬和软。
磁性硬是指磁性材料经过外加磁场磁化以后能长期保留其强磁性(简称磁性)，其特征是矫顽力(矫顽磁场)高。
矫顽力是磁性材料经过磁化以后再经过退磁使具剩余磁性(剩余磁通密度或剩余磁化强度)降低到零的磁场强度。
而软磁材料则是加磁场既容易磁化，又容易退磁，即矫顽力很低的磁性材料。
退磁是指在加磁场(称为磁化场)使磁性材料磁化以后，再加同磁化场方向相反的磁场使其磁性降低的磁场。
永磁材料是发现和使用都最早的一类磁性材料。
我国最早发明的指南器(称为司南)便是利用天然永磁材料磁铁矿制成的。
现在的永磁材料不但种类很多，而且用途也十分广泛。
常用的永磁材料主要具有4种磁特性：(1)高的最大磁能积。
最大磁能积[符号为(BH)m]是永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能量密度的量度；(2)高的矫顽(磁)力。
矫顽力[符号为(H)c]是永磁材料抵抗磁的和非磁的干扰而保持其永磁性的量度；(3)高的剩余磁通密度(符号为Br)和高的剩余磁化强度(符号为Mr)。
它们是具有空气隙的永磁材料的气隙中磁场强度的量度；(4)高的稳定性，即对外加干扰磁场和温度、震动等环境因素变化的高稳定性。
当前常用的重要永磁材料主要有：(1)稀土永磁材料，这是当前最大磁能积最高的一大类永磁材料，为稀土族元素和铁族元素为主要成分的金属互化物(又称金属间化合物)。
我国研制和生产的钕铁硼稀土合金就是永磁材料。
(2)金属永磁材料。
这是一大类发展和应用都较早的以铁和铁族元素(如镍、钴等)为重要组元的合金型永磁材料，主要有铝镍钴(AlNiCo)系和铁铬钴(FeCrCo)系两大类永磁合金。
铝镍钴系合金永磁性能和成本属于中等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围较宽，故应用范围也较广。
铁铬钴系永磁合金的特点是永磁性能中等，但其力学性能可进行各种机械加工及冷或热的塑性变形，可以制成管状、片状或线状永磁材料而供多种特殊应用。
材料磁学性能-磁学性能(第四节)
50Cu 34Fe7Al 15Ni35Co 4Cu5Ti
0.95
5900
2600
0.54
44000
12000
0.34
54000
6400
0.76
123000 36000
BaO-6Fe2O3
0.32
240000 20000
TC （oC）
⎯ 760 410 860
860
450
电阻率 ρ ( Ω·m )
部分磁粉的性能
γ-Fe2O3 CrO2 CoFe 金属颗粒 钡铁氧体
比表面积 （m2/g）
15∼50
15∼40
20∼50
30∼60
25∼70
颗粒尺寸 （nm） 270∼500 190∼400 150∼400 120∼300 500∼200
颗粒体积 （10-5μm3） 30∼200 10∼100 5∼100
14
理想的磁光存储材料应具备以下基本性能：
材料的饱和磁化强度MS应偏小，以使磁光存储薄膜的磁化矢量垂直于膜面 薄膜的磁滞回线必须是矩形，即剩磁比为1，从而确保良好的记录开关特性 适中的居里温度，否则记录用半导体激光器的功率要增大 稳定的记录位尺寸d可以粗略地用d ∝1/HC表示，因此材料的矫顽力要足够大 记录材料要有高的热传导率，当激光作用时，记录介质能快速升温和冷却 热稳定性好，在记录/擦除激光光束反复作用下，材料的结构不发生变化 优良的抗氧化、抗腐蚀性能，要求存储介质经长期存放后性能不变 大面积成膜容易
易去磁，即磁滞回线很窄
高的磁导率和小的矫顽力要求材料的结构尽 量均匀，没有缺陷，在磁学上各向同性
若要在交变磁场中用作软磁材料，铁磁体应 有较大的电阻率，这可以通过材料的合金化 来做到，如铁-硅合金、铁-镍合金等
磁性材料及其应用
磁致伸缩可用于制备称重、测力、扭矩 传感器等
四、磁记录材料
我们已经进入信息社会？
“知识大爆炸”？
记忆靠人脑？
磁记录：是使用记录磁头在磁记录介质内写入磁化强度图纹 作为信息存储，用同一或另外记录磁头可从磁化强度图纹读 出所储存的信息。
磁 记 录 的 基 本 过 程
抹音磁头 录音磁头
放音磁头 驱动器
工作缝隙小、磁场分布陡河磁迹宽 度窄，故可提高记录速度和读出分 辨率
磁电阻磁头
利用磁电阻效应制成
磁头材料
合金磁头材料：含钼 坡莫合金和仙台斯特 合金 铁氧体磁头材料：镍锌铁 氧体和锰锌铁氧体
非晶态磁头材料： Co-(Zr， Hf，Nb，Ta，Ti) 二元系合 金薄膜和Co-Fe-B类金属非 晶态薄膜
• 3d过渡金属（T） －非金属系 • 3d过渡金属（T） －金属系 • 过渡金属（T） －稀土类金属（R） 系
软磁材料主要用于动力工程、高性能电子学、通信技术、 航空及空间技术等，来制造磁导体，增加磁路的磁通量，降低 磁阻。
二、永磁材料 永磁材料又称硬磁材料，是用于制造各种永久磁铁的磁性 M 材料。 1、性能特点
改善材料的显微结构，降低杂质和气 孔的含量，增大晶粒尺寸。 降低内应力σ
磁滞回线示意图
3、软磁材料的分类及其应用 软磁材料
金属软磁
铁氧体软磁
非晶及纳米晶软磁
• 电工纯铁 • 硅钢 • 坡莫合金 • 其它软磁合金 （Fe-Al、Fe-Si-Al、 Fe-Co）
• MnZn，NiZn， MgZn等尖晶石型 铁氧体 • Co2Y，Co2Z等平 面六角型铁氧体
有机粘接剂及润滑剂 磁性粉 Al2O3粉/铁丹粉/碳粉
记录层 带基 涂布型磁带结构示例
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永磁功能材料和软磁功能材料
永磁功能材料常称永磁材料，又称硬磁材料，而软磁功能材料常称软磁材料。
这里的硬和软并不是指力学性能上的硬和软，而是指磁学性能上的硬和软。
磁性硬是指磁性材料经过外加磁场磁化以后能长期保留其强磁性(简称磁性)，其特征是矫顽力(矫顽磁场)高。
矫顽力是磁性材料经过磁化以后再经过退磁使具剩余磁性(剩余磁通密度或剩余磁化强度)降低到零的
磁场强度。
而软磁材料则是加磁场既容易磁化，又容易退磁，即矫顽力很低的磁性材料。
退磁是指在加磁场(称为磁化场)使磁性材料磁化以后，再加同磁化场方向相反的磁场使其磁性降低的磁场。
永磁材料是发现和使用都最早的一类磁性材料。
我国最早发明的指南器(称为司南)便是利用天然永磁材料磁铁矿制成的。
现在的永磁材料不但种类很多，而且用途也十分广泛。
常用的永磁材料主要具有4种磁特性：
(1)高的最大磁能积。
最大磁能积[符号为(BH)m]是永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能量密度的量度；
(2)高的矫顽(磁)力。
矫顽力[符号为(H)c]是永磁材料抵抗磁的和非磁的干扰而保持其永磁性的量度；
(3)高的剩余磁通密度(符号为Br)和高的剩余磁化强度(符号为Mr)。
它们是具有空气隙的永磁材料的气隙中磁场强度的量度；
(4)高的稳定性，即对外加干扰磁场和温度、震动等环境因素变化的高稳定性。
当前常用的重要永磁材料主要有：
(1)稀土永磁材料，这是当前最大磁能积最高的一大类永磁材料，为稀土族元素和铁族元素为主要成分的金属互化物(又称金属间化合物)。
我国研制和生产的钕铁硼稀土合金就是永磁材料。
(2)金属永磁材料。
这是一大类发展和应用都较早的以铁和铁族元素(如镍、钴等)为重要组元的合金型永磁材料，主要有铝镍钴(AlNiCo)系和铁铬钴(FeCrCo)系两大类永磁合金。
铝镍钴系合金永磁性能和成本属于中等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围较宽，故应用范围也较广。
铁铬钴系永磁合金的特点是永磁性能中等，但其力学性能可进行各种机械加工及冷或热的塑性变形，可以制成管状、片状或线状永磁材料而供多种特殊应用。
(3)铁氧体永磁材料。
这是以Fe2O3为主要组元的复合氧化物强磁材料(狭义)和磁有序材料如反铁磁材料(广义)。
其特点是电阻率高，特别有利于在高频和微波应用。
如钡铁氧体(BaFe12O19)和锶铁氧体(SrFe12O19)等都有很多应用。
除上述3类永磁材料外，还有一些制造、磁性和应用各有特点的永磁材料。
例如微粉永磁材料、纳米永磁材料、胶塑永磁材料(可应用于电冰箱门的封闭)、可加工永磁材料等。
软磁材料种类多和用途广，具有5种主要的磁特性：
(1)高的磁导率。
磁导率(符号为μ)是对磁场灵敏度的量度；
(2)低的矫顽力Hc显示磁性材料既容易受外加磁场磁化，又容易受外加磁场或其他因素退磁，而且磁损耗也低；
(3)高的饱和磁通密度Bs和高的饱和磁化强度Ms。
这样较容易得到高的磁导率μ和低的矫顽力Hc，也可以提高磁能密度；
(4)低的磁损耗和电损耗。
这就要求低的矫顽力Hc和高的电阻率；
(5)高的稳定性，这就要求上述的软磁特性对于温度和震动等环境因素有高的稳定性。
当前常用的重要的软磁材料主要有：
(1)铁-硅(Fe-Si)系软磁材料，常称硅钢片，是电机工业广泛使用磁性材料。
这一磁性材料系统的非取向Fe-Si合金(i)、单取向Fe-Si合金(ⅱ)、双取向Fe-Si合金(ⅲ)、特殊处理Fe-Si 合金(ⅳ)和非晶Fe-Si-B材料(v)的磁和电损耗P降低随年代的进展。
(2)铁-镍(Fe-Ni)系软磁合金是磁导率μ和矫顽力Hc低的性能良好的软磁材料，有着广泛的应用。
(3)铁氧体软磁材料，其突出优点是电阻率极高，可以在高频率和超高频率使用，在通信和多种电子学器件中有着重要的应用。
(4)非晶软磁材料和纳米晶软磁材料，是在20世纪后期发展起来的新软磁材料。
非晶软磁材料的特点是制造工艺较简单，化学成分变化范围较宽、磁性均匀和良好的各向同性(因无晶粒结构)。
从图3中可以看出非晶软磁材料的低损耗的优点。
将适当成分的非晶软磁材料通过适当的热处理后，可以使非晶状态转变为晶粒直径为纳米量级的结晶态软磁材料，也可以得到良好的软磁材料。
(5)其他软磁材料。
选择适当的化学成分和适当的制造工艺，可以得到具有特定软磁等性能的软磁材料。
例如，具有高能和磁化强度的铁-钴(Fe-Co)系软磁合金，具有较高电阻率的铁-铝(Fe-Al)系软磁合金，具有磁晶各向异性和磁致伸缩都趋近于零的铁-硅-铝(Fe-Si-Al)等。