第8章 固体的磁性和磁性材料
第8章固体的磁性和磁性材料
§8.1 固体的磁性质及磁学基本概念
8.1.1 固体的磁性质
1. 物质磁性的来源和磁性的普遍性
按照物理学电学原理，任何带电体的运动都必然在周围的空间产生磁场。而且一个环形电流还应该具有一定的磁矩，即它在磁场中行为像个磁性偶极子。
设环形电流的强度为I（A），它所包围的面积为S（m2），则该环流的磁矩m为：
m = I A (A m3) （1-1）
参照玻尔（Bohr）原子模型，原子内的电子在固定的轨道上绕着原子核作旋转运动，同时还绕自身的轴线作自旋运动。前一种运动产生“轨道磁矩”，后一种运动产生“自旋磁矩”。
原子磁矩应该是构成原子的所有基本粒子磁矩的叠加。但是实际上原子核磁矩要比电子磁矩小三个数量级，在一般情况下可以忽略不计。因此，原子磁矩主要来源于原子核外电子的自旋磁矩与轨道磁矩。
如果原子中所有起作用的磁矩全部抵消，则原子的固有磁矩为零。但在外磁场作用下仍具有感生磁矩，并产生抗磁性。
如果原子中所有起作用的磁矩没有完全抵消，则原子的固有磁矩不为零，那么原子就具有磁偶极子的性质。
原子内电子的运动便构成了物质的载磁子。尽管宏观物质的磁性是多种多样的，但这些磁性都来源于这种载磁子。这便是物质磁性来源的同一性。
物质磁性的普遍性首先表现在它无处不在：
（1）物质的各种形态，无论是固态、液态、气态、等离子态、超高密度态和反物质态都会具有磁性；
（2）物质的各个层次，无论是原子、原子核、基本粒子和基础粒子等都会具有磁性。
（3）无限广袤的宇宙，无论是各个天体，还是星际空间都存在着或强或弱的磁场。例如：地球磁场强度约为240A/m，太阳的普遍磁场强度约为80A/m，而中子星的磁场强度高达1013-1014A/m。
物质的磁性的普遍性还表现在磁性与物质的其他属性之间存在着广泛的联系，并构
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成多种多样的耦合效应和双重（多重）效应（例如磁电效应、磁光效应、磁声效应和磁热效应等）。这些效应既是了解物质结构和性能关系的重要途径，又是发展各种应用技术和功能器件（例如磁光存储技术、磁记录技术和霍尔器件等）的基础。
2. 物质磁性的特殊性和多样性
原子磁矩为零的物质具有抗磁性（Diamagnetism ）。原子内具有未成对的电子使得原子的固有磁矩不为零是物质磁性的必要条件。但是，由于近邻原子共用电子（交换电子）所引起的静电作用，及交换作用可以影响物质的磁性。交换作用所产生能量，通常用A 表示，称作交换能，因其以波函数的积分形式出现，也称作交换积分。它取决于近邻原子未填满的电子壳层相互靠近的程度，并决定了原子磁矩的排列方式和物质的基本磁性。一般地：
当A 大于零时，交换作用使得相邻原子磁矩平行排列，产生铁磁性（Iferromagnetism ）。
当A 小于零时，交换作用使得相邻原子磁矩反平行排列，产生反铁磁性（Antiferromagnetism ）。
当原子间距离足够大时，A 值很小时，交换作用已不足于克服热运动的干扰，使得原子磁矩随机取向排列，于是产生顺磁性（Paramagnetism ）
铁氧体磁性材料具有亚铁磁性（Ferrimagnetism ）, 其中金属离子具有几种不同的亚点阵晶格，因相邻的亚点阵晶格相距太远，因此在其格点的金属离子之间不能直接发生交换作用，但可以通过位于它们之间的氧原子间接发生交换作用，或称超交换作用（Superexchange ）。
我们以NiO 为例来讨论自旋耦合如何产生反铁磁性，也就是所谓超交换作用（Superedchange ）。图8.1示意这种超交换作用。
图8.1 超交换作用
Ni2+离子有8个d 电子，在八面体配位环境中，只有其中2个电子为成单状态，它们占据八面体晶体场中的eg 轨道（和）。
2Z d 22Y X d ?这些轨道是平行于晶胞轴取向的，因此指向毗邻的氧负离子O 2-。Ni 2+离子的e g 轨道
上的未成对电子能与O 2-离子p 电子进行磁耦合，
耦合过程发生电子从Ni 2+离子的e g 轨道跃迁到O 2-离子的p 轨道。这样，每个O 2-离子的p 轨道上就有2个反平行耦合的电子。所以，NiO 晶体中允许直链耦合发生，总结果造成毗邻的镍离子和氧离子相间排列，并且是反平行耦合的。
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(b)
(d)
(c)
图8.1 成单电子自旋取向和材料的磁性
a 抗磁性
b 铁磁性
c 反铁磁性
d 亚铁磁性
8.1.2 固体磁性质的类型
1. 抗磁性
拉莫尔进动在外磁场作用下，原子内的电子轨道将绕着场向进动（称作拉莫尔进动），并因此获得附加的角速度和微观环形电流，同时也得到了附加的磁矩。
按照楞次定律：该环形电流所产生的磁矩与外磁场方向相反，由此而产生的物质磁性称作抗磁性。它无例外地存在于一切物质中，但只有原子核磁矩为零的物质才可能在宏观上表现出来，并称这种物质为抗磁性物质。在另外一些物质中，这种磁性往往被更强的其他磁性所掩盖。
如上所述，在外磁场作用下，原子产生与外磁场方向相反的感生磁矩，原子磁矩叠加的结果使得宏观物质也产生了与外磁场方向相反的磁矩。
如果外磁场强度为H（A/m），宏观物质单位体积的磁矩叫磁化强度I（A/m），那么，它与外磁场强度H之比叫做磁化率，通常用K表示，即
K=I/H（1-2）显然，由于抗磁性物质的I与H的方向相反，所以K为负值。它的大小及其与温度的关系因抗磁性物质的类型不同而不同。还可以将K表示为摩尔磁化率χ，χ=KM/d （1-3）式中M是物质的分子量，d为物质样品的密度。
根据抗磁性物质χ值的大小及其与温度的关系可将抗磁性物质分为三种类型：
⑴弱抗磁性例如惰性气体、金属铜、锌、银、金、汞等和大量的有机化合物，磁化率极低，约为-10-6，并基本与温度无关；
⑵反常抗磁性例如金属铋、镓、碲、石墨以及γ-铜锌合金，其磁化率较前者约
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大10-100倍，Bi的磁化率χ比较反常，是场强H的周期函数，并强烈与温度有关；
⑶超导体抗磁性许多金属在其临界温度和临界磁场以下时呈现超导性，具有超导体完全抗磁性，这相当于其磁化率χ=-1。
2.顺磁性
原子、分子或离子具有不等于零的磁矩，并在外磁场作用下沿轴向排列时便产生顺磁性。顺磁性物质的磁化率χ为正值，数值亦很小，约为10-3-10-6，所以是一种弱磁性。顺磁性也可以分为三类：
⑴郎之万（Langevin）顺磁性包括O2和N2气体、三价Pt和Pd、稀土元素，许多金属盐以及居里温度以上的铁磁性和亚铁磁性物质。
这些物质的原子磁矩可自由地进行热振动，它们的χ值与温度有关，并服从居里（Curie）定律：
χ=C/T（1-4）
或者居里-外斯（Curie-Weiss）定律：
χ=C/（T+θ）（1-5）
式中：C—居里常数（K），T—绝对温度（K），θ—外斯常数，可大于或小于零（K）
-1
T(K)
图8.3 χ-1~T的关系图
⑵泡利（Pauli）顺磁性
典型代表物为碱金属，它们的磁化率相对较前一种为低，并且其值几乎不随温度变化。
⑶超顺磁性
在常态下为铁磁性的物质，当呈现为极微细的粒子时则表现为超顺磁性。此时粒子的自发极化本身作热运动，产生郎之万磁性行为，初始磁化率随温度降低而升高。
3. 强磁性
在强磁性物质中，原子间的交换作用使得原子磁矩保持有秩序地排列，即产生所谓自发磁化。原子磁矩方向排列规律一致的自发磁化区域叫做磁畴。该区域的磁化强度称为自发磁化强度，它也是宏观物质的极限磁化强度，即饱和磁化强度，通常用符号M s表示。
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194 强磁性物质的磁化率χ值是很大的正值，并且易于在外磁场作用下达到饱和磁化。强磁性可以分为如下三种类型。
⑴ 铁磁型（ferromagnetism ）
铁磁性物质的原子磁矩的排列为方向一致的整齐排列，随着温度的升高，这种排列受热扰动的影响而愈加紊乱，同时物质的自发磁化强度也愈来愈小。当温度上升到某一定值TC(居里温度)时，自发磁化消失，物质由铁磁型转变为顺磁性。大部分强磁性金属和合金属于这种磁性。 M S
0T C T Q 型
（a ） （b ）
图8.4 铁磁性原子磁矩排列（a ）和磁化率-温度关系（b ）
⑵ 亚铁磁性（Ferrimagnetism ）
在亚铁磁性物质中，金属原子所占据的点阵格点可分为两种或两种以上的亚点阵。同一种亚点阵上的原子磁矩皆互相平行排列，但不同亚点阵间存在着原子磁矩的反平行排列。由于磁矩反平行排列的亚点阵上原子磁矩的数量和（或）大小各不相同，因而相加的结果仍表现为不等于零的自发磁化强度M S 。某些铁氧体属于这一类磁性。由于每种亚点阵的自发磁化强度随温度变化的规律彼此不同，因而相加后的磁化强度随温度的变化曲线可以具有不同于铁磁性的各种特殊形状，可以分为P 型、R 型和N 型，也有与铁磁性相同的Q 型。其中N 型在T =T COM 时，M S =0，表示反平行排列的亚点阵的磁矩在此温度下互相抵消，
T COM 叫抵消点（图8.5）
。
R 型 N 型 T CO T C P 型 T M S
图8.5亚铁磁性原子磁矩排列（a ）和磁化率-温度关系（b ） 图8.6弱铁磁性磁矩排列
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⑶弱铁磁型（寄生铁磁性）
原子磁矩的排列呈反平行的同等磁矩略有倾斜，在倾斜方向产生微弱的自发磁化。α-Fe2O3和亚铁氧体R- Fe2O3中可以观察到这种铁磁性。磁化强度较铁磁性和亚铁磁性弱，故称为弱铁磁型。磁矩的排列与正常铁磁性相似。该类铁磁性似寄生在反铁磁性之中，故又称为寄生铁磁性（图8.6）。
4. 反铁磁性
反铁磁性物质的原子磁矩具有完全相互抵消的有序排列，因而自发磁化强度为零。但在外磁场作用下仍具有相当于强顺磁性物质的磁化率（χ为10-3-10-6），所以这类磁性为弱磁性。随着温度升高，磁矩完全抵消的有序排列受到越来越大的破环，因而磁化率χ值也随之上升。当温度上升到Tn(反铁磁居里温度或称为奈耳温度) 时，χ值达到最大；超过Tn,有序排列完全破环，而成为混乱排列并转化为顺磁性。
根据原子磁矩排列方式的不同，可将反铁磁性分为以下几种类型：
⑴正常反铁磁性
原子磁矩排列为互相平行而大小和数量相等的两组。MnO、NiO及FeS等化合物具有这种磁性。
⑵ 螺旋磁性
原子磁矩排列：在晶体的一个平面内，原子磁矩的排列如铁磁性那样方向一致，而在相邻的另一个平面内，原子磁矩较前一个平面内的原子磁矩，在平面内一致性地旋转了一定的角度。余此类推，形成螺旋式的旋转。每个相邻晶面原子磁矩的旋转角度为20—40度，并通常随温度的升高而减小。重稀土金属Tb、Dy、Ho、Er、Tm等在一定温度范围内具有这种磁性。
⑶自旋密度波
原子磁矩密度（自旋密度）本身具有正旋波调制结构。在Cr及其合金中存在这种结构。
（a）（b）（c）图 8.6 反铁磁性的原子磁矩排列（a）正常反铁磁性（b）螺旋磁性（c）自旋密度波
8.1.3 磁性质的表征
1．物质在磁场中的行为
首先，我们讨论不同材料在磁场中的行为。如果磁场强度为H，样品单位体积的磁矩为I，那么样品的磁力线密度，即所谓磁通量（Magnetic induction）B为：
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196 B = H + 4πI (1-6) 导磁率（Permeability ）P 和磁化率（Susceptinity ）K 定义为：
P = H
B = 1 + 4πK (1-7) K = H
I (1-8) 摩尔磁化率χ为 χ=
d M κ (1-9) 式中M 是分子量，d 式样品密度。根据K 、χ及其与温度和磁场的依赖关系可以区分不同种类的磁行为，这总结在表8.1中。
表8.1 磁化率与磁行为类型
磁性种类 典型的χ值 χ随温度的变化
χ随场强的变化 抗磁性 -1×10-6无变化
无关 顺磁性 0~10-2减小
无关 铁磁性 10-2~10-6减小
无关 反铁磁性 0~10-2
增加 有关 抗磁性物质是那些P <1，K 、χ是小的负值的物质；对顺磁物质则恰恰相反，P >1，K 、χ是正值。当物质置于磁场中时，抗磁性物质其中通过的磁力线大于其在真空中的值，对顺磁性物质，则刚好相反，稍少于真空中数目。于是，顺磁物质和磁场相吸引。抗磁物质与磁场产生稍微的排斥作用。
对于铁磁物质，可观察到P >>1及大的K 、χ值。这样的材料与磁场强烈吸引；反铁磁性物质的P =1，K 、χ为正值并且与顺磁物质值的大小差不多或稍小一些。
还可以看出磁化率与温度关系：
⑴ 顺磁材料的磁化率χ值对应于材料中存在未成对电子，并且这些电子在磁场中呈现某种排列趋势的情况。在铁磁材料中，由于晶体结构中毗邻粒子间的协同相互作用，电子自旋平行排列。大的χ值表示巨大数目自旋子的平行排列。一般地，除非磁场极强或所采用温度极低，对给定的材料来说，并非全部自旋子都是平行排列在反铁磁材料中，电子自旋是反平行排列的，结果对磁化率有抵消作用。因此，磁化率较低，对应反平行自旋排列的无序相。
⑵ 对所有材料来说，升高温度都会影响到离子和电子热能的增加，所以升高温度自然会增加结构无序的趋势。对顺磁物质，离子和电子的热能增加可以部分抵消所加磁场的有序化影响。只要磁场一撤开，电子自旋的方向就变为无序。因此，顺磁物质的磁化率χ值随温度升高遵从居里或居里-威斯定律，呈减小趋势。
⑶ 对于铁磁材料和反铁磁材料，温度的影响是在原本完善的有序地或者反平行的自旋排列中引入了无序化。对铁磁材料，结果造成χ随温度升高而迅速减小；对于反铁磁
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材料，这导致反平行有序化的减弱，即增加了“无序”电子自旋的数目，因而增加了χ值。
材料的磁性质常常很方便的使用磁矩μ来表示。这一参数直接与原子中未成对的电子数目相联系，它与χ值的关系如下：
χ= kT
N 322
βμ (1-10) 式中N 是Avogradlo 常数，β是Bohr 磁子（Magneton ），k 是Bolzman 常数，将此常数代入6.1.7式，可导出：
μ= 2.83 T χ (1-11) 磁化率和磁矩常常使用古埃（Gouy ）天平测定，磁强计还可以测定变温磁化率。
2．磁矩的计算
不成对电子的磁性可以看作由电子自旋和电子轨道运动两部分构成，其中电子自旋是最重要的部分。电子自旋磁矩μs 的大小为：
μs =g )1(+s s (1-12)
式中g 是旋磁比（Gyromagnetic ratio ）.取值为~2.00，s 是不同的成单电子自旋量子数总和，1个电子的s =1/2。磁矩的单位是BM ，称作玻尔磁子，其大小定义为 1BM=mc
eh π4 (1-13) 式中：e-电子电荷，h-普朗克常数， m-电子质量，c-光速。 例如，1个成单电子的磁矩为μs =g )1(+s s =2
)121(21+=1.73 BM 电子轨道围绕原子核运动产生的轨道磁矩也对总磁矩有贡献。如果考虑全部轨道磁矩，这时总磁矩为：
μs+L =)1()1(4+++L L s s (1-14) 式中L 是粒子的轨道量子数。式（1-12）、（1-14）可以应用于自由原子和离子，但对于固体材料，式（1-14）并不成立。这是因为原子或离子周围的电场限制了电子轨道的运动。因此，在一般情况下，实验观察到的磁矩近似等于或者大于仅由电子自旋计算出的磁矩。
尽管上述计算方法有其深奥的量子力学来源，但与实验值之间的符合并不十分好。对铁磁和反铁磁材料，有时也使用更简化的方程：
μ= g s (1-15)
或者干脆将g 作为可调参数以与实验结果吻合。
3. 磁畴和磁滞曲线和磁性材料分类
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198 软磁材料具有磁畴结构是一切磁性材料的共同特点。在每个磁畴中，所有自旋子的取向排列是一平行的方式，但除非材料是在饱和状态下，不同的磁畴具有不同的自旋方向。磁畴的取向与外加磁场强度成正比例关系，但不是线性关系，而是像我们在第5章讨论铁电材料时电滞曲线那样的关系，称作磁滞曲线。随着磁场强度变大，磁畴取向有序度增大，在充分高的磁场下，全部磁畴的自旋方向都是平行的，这时达到饱和磁化状态。但当外加磁场强度变为零时，就是撤去外加磁场，材料并不能达到完全去磁化。要达到完全去磁化，就需要加一个反向磁场，其强度为H C ，同样也可称作材料的矫正顽场。H C 可以作为磁性材料分类的一个参数。
H C (A/m) 106 105 104
103 102 101 1 10-1
永磁材料 磁记录材料 磁记忆材料 软磁记料
H H C M M S 图8.7磁滞曲线 图8.8磁性材料的分类
H C 很低的材料称作软磁材料，其具有相应的的导磁率；H C 高的材料称作硬磁材料，其具有相应高的残余磁化率M r ，就是磁场关闭后所剩余的磁化率。硬磁材料不容易去磁，因此可用于永久磁体。
§8.2代表性磁性材料的结构和性质
8.2.1金属与合金磁性材料
1．过渡金属磁性材料
元素周期表中d 区过渡金属有5个元素Cr 、Mn 、Fe 、Co 、Ni 和f 区的大多数镧系元素呈现出铁磁性或者反铁磁性。Fe 、Co 、Ni 是铁磁体。α-Fe 是体心立方结构，自旋指向平行于立方晶胞的[100]方向；金属镍是面心立方结构，自旋指向平行于立方体体对角线的
[111]方向；而金属钴是六方密堆结构，自旋取向平行于晶体的c 轴。图8.9示意这些情况。由此可见，铁磁性并不要求特定的晶体结构。铬和锰在低温下（T N ：95K （Mn ）;313K(Cr)）是反铁磁体。Mn 具有复杂的结构，Cr 类似于α-Fe 具有体心立方结构。
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199
α-Fe Tc=1043K Ni Tc=631K Co Tc=1404K
图8.9 体心立方α-Fe 、面心立方Ni 和六方密堆Co 中的铁磁性有序
3个铁磁元素都位于周期系第
一过渡系列，电子构型分别为：
Mn ⅠFe d 6s 2 Co d 7s 2 Ni d 8s 2 图8.10α-Mn 的反铁磁性结构中磁矩的排列 在自由态，这些原子的4s 轨道是填满电子的。但能带理论计算表明，在铁
磁态，4s 能带并不是全满，而是部分
迁入d 带。于是，Fe 、Co 、Ni 的未成对电子数依次为2.2、1.7、0.6。饱和磁化率值与未成对电子成正比例，每
个铁原子的净磁矩为2.2BM 。如此计算的Fe 原子的电子构型为d 7.4s 0.6，
未成对电子数为2.4。当形成合金时，随着进入d 轨道的电子总数的增多，其未成对电子数会减少，铁磁性能就会下降。例如组成为Fe 0.8Co 0.2的合金具有最大的未成对电子数为 2.4，经过Co 、Ni ，到Ni 0.4Cu 0.6时，成单电子数变为零；在合金Fe 0.8Co 0.2的另一侧，经过Fe 、Mn 、Cr ，未成对电子数也在减少。事实上，Mn 和Cr 在低温下是反铁磁性的。
Mn 有4种同素异形体存在。δ- Mn 具有体心立方结构，反铁磁性，每一原子磁矩为1μB ；γ-Mn 是面心立方结构，也是反铁磁性，每一原子磁矩为2.4μB ；β-Mn 为复杂的立方型结构A 12，不具有磁有序现象；α-Mn 具有更复杂的立方结构A 12，具有很高的顺磁磁化率，低于100℃时是反铁磁性的。图8.10展示出α-Mn 的反铁磁性结构中磁矩的排列。
其中有3类锰原子Mn Ⅰ处在晶胞体心位置，
其自旋反平行于4个Mn Ⅱ的自旋；这4个Mn Ⅱ的自旋以一个规则四面体的形式围绕Mn Ⅰ自旋；Mn Ⅱ的自旋反平行于畸变四面体顶角上的4
个自旋。这个畸变四面体是由1个Mn Ⅰ(距离为28.2nm)和3个Mn Ⅲ(距离为24.9nm)组成的。
还有围绕1个Mn Ⅱ及具有自旋平行的3个Mn Ⅲ(但距离为29.6nm)组成；
最后。每一个Mn Ⅲ有2个Mn Ⅱ作近邻（1个距离为24.9nm ，另1个距离为29.6nm ）
，有6个其它Mn Ⅲ(距离为26.7nm)，其中4个反平行，2个平行。
镧系元素由于含有未成对电子而具有磁序结构。大多数镧系元素在低温下呈反铁磁性。重镧系元素在不同温度下会形成铁磁性和反铁磁性结构。和过渡金属相比，镧系元素具有许多特异的磁学性质，主要有几下几点：
（1）镧系元素有7个4f 轨道，可容纳未成对的电子数高达7个。而d 区元素最多能容纳5个成单电子。因此，镧系元素是周期表中顺磁磁化率最大的一族元素。
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200 （2）镧系元素的4f 轨道中的电子受其外层5s 25p 6电子所屏蔽，受外场的影响较小。电子对之间的相互作用也较小，主要通过导电电子的间接交换作用。而d 区过渡金属的d 电子受外场的影响较大，电子对之间的相互作用表现为直接交换作用。
（3）镧系元素有很高的饱和磁化强度、磁致伸缩系数、磁光旋转能力以及磁各向异性等常数。例如，Dy 的饱和磁化强度（3000高斯）是铁（1720高斯）的1.5倍。
（4）镧系元素的缺点是居里温度低，高的
才290K ，最低的则只有20K ，而铁、钴、镍则分
别达到1043、1403和631K 。
Al Fe ⅠFe Ⅱ
图8.11 Fe 3Al 的晶体结构
2．合金磁性材料
铁、钴、镍合金是一类重要的合金磁性材料。
铁镍合金 具有高导磁率和低矫顽力，具
有一定强度且不易氧化，亦易于加工，被广泛用于
制作磁性元件。低镍合金和α-Fe 一样是体心立方
结构。含30~100%镍的合金是工业上比较重要的合
金，它们与镍一样是面心立方结构。 铁铬合金 一种高强度的抗蚀材料，可用作永磁体。合金的磁化强度几乎与铬含量成反比，
当铬含量超过80%时，合金则呈无磁状态。在此合金体系中，骤冷可以防止σ相产生，并得到连续的体心立方固溶体。
铁钴合金 铁和钴两元素直到含钴75%为止，可以形成连续体心立方固溶体。它们主要应用于生产高磁能积永磁体。
铁铝合金 有序系统全是体心立方结构。在Fe 3Al 中，Al 原子占据交替的体心位置；
而在FeAl 中，Al 原子占据全部的的体心位置。Fe 在Fe 3Al 中可占据2种位置：Fe Ⅰ和Fe Ⅱ都在
体心位置，但前者周围是其他的铁原子，后者周围是铝原子。Al 原子有负的磁矩，Fe Ⅰ的
磁矩为2.1μB ，Fe 的磁矩为1.5μⅡB 。
除此以外，Fe-Si 、Ni-Co 、Ni-Cu 以及Mn 与许多金属都能形成合金磁性材料。
稀土族中14种元素大多具有彼此密切的晶体结构，其特性也极相近，能与相当其它金属形成合金。应当说在它们之间发现新的磁性合金大有余地。这里值得介绍的所谓第三代永磁材料钕磁铁。其组成可表示为Nd x B y Fe 100-x-y (x=8-30%atom ，y=2-28%atom)。此种材料的磁性能相当好，其磁通密度几乎随外加磁场强度成线性变换关系。另一重要原因是商业上的利益性，它实现了磁铁材料不用高价钴原料的愿望以及稀土资源中钕较为丰富的状况。
8.2.2 化合物磁材料
在磁性材料中，铁氧体是重要的一类。铁氧体材料是以氧化铁为主要成分的磁性氧化物。从结构来分类，主要有尖晶石铁氧体、六方铁氧体和稀土石榴石铁氧体。
1．尖晶石铁氧体
第 8 章 固体的磁性和磁性材料
201
Ba 位16d 位
图8.12 反铁磁性和亚铁磁性尖晶石的磁结构 许多重要的商品铁氧体材料都具有尖晶石结构。这类铁氧体的通式可表示为M 2+O ·Fe 23+O 3，其中M 2+为二价金属离子，如Fe 2+、Ni 2+、Cu 2+、Zn 2+、Mn 2+、Co 2+、Mg 2+等。有关尖晶石结构，我们已在第2章讨论过。在整个尖晶石结构中，有2种位置适合阳离子占据：氧负离子四面体配位体，每个晶胞中有64个，其中只有8个位置上有阳离子；氧负离子八面体配位体，每个晶胞中有32个，其
中仅有16个位置上有阳离子。最简单的铁氧体是
赤铁矿Fe 3O 4，其净磁矩等于二价铁离子的磁矩。
磁赤铁矿γFe 3O 4也具有尖晶石结构，
但是没有二价离子，由二价离子空出的八面体位置有2/3被
三价铁占据，其余1/3位置仍空着。其他具有尖
晶石结构的简单铁氧体还有锰铁氧体、钴铁氧体、
镍铁氧体、铜铁氧体、镁铁氧体等。当两种铁氧
体复合时，可以得到优异磁性能的复合铁氧体，
它可以看作是一种铁氧体溶于另一种铁氧体的固溶体。这类复合铁氧体复合锌铁氧体M 1-x Zn x Fe 2O 4(M 为二价离子)，例如镍锌铁氧体Zn 1-x Ni x Fe 2O 4、钴锌铁氧体Zn 1-x Mn x Fe 2O 4、锰锌铁氧体
Zn 1-x Co x Fe 2O 4。它们一般具有高的导磁率，高的
饱和磁化强度以及高的磁致伸缩性质。这些铁磁体的磁结构示意在图8.12中，8个四面体位置粒子的磁自旋与16个八面体位置离子的磁自旋反平行。
2．六方铁氧体
六方铁氧体具有可以和钴相比的高磁晶各向性，适于作永久磁体。它们具有A 2+O ·6B 3+2O 化学式。A 是二价的Ba 、Sr 、Pb ，B 是三价的Al 、Ga 、Cr 、Fe 等。最为熟知的是钡铁氧体BaFe 12O 19和氧化铅铁淦氧PbO ·6Fe 2O 3，晶体结构属于六方晶体。
3．稀土石榴石铁氧体
图8.13不含氧离子的石榴石结构单元 石榴石型矿物是一类通式为A 3B 2X 3O 12
的复杂氧化物，其中许多是重要的铁磁材料。
稀土石榴石的一般组成可以表示为 （3M 2O 3）c （2Fe 2O 3）a （3 Fe 2O 3）d ，M 为稀
土离子，晶体结构是立方形的。每个晶胞中有
160个原子，含有8个M 3Fe 2Fe 3O 12分子。
图8.13展示了不含氧离子的石榴石结构单元。a 离子排
列在体心立方点阵上， c ，d 离子位于立方体面
上。晶胞由8个亚单元组成，每个亚单元有24
个c 离子，16个a 离子和24个d 离子。每个a 离子周围有6个氧负离子，形成一个八面体配位；每个c 离子周围有4个氧负离子，形成四面体配
第 8 章 固体的磁性和磁性材料
202 位。这些配位多面体中没有一种是规则的，氧点阵严重畸变。a 和d 离子的总磁矩是反平行排列的，c 离子的磁矩与d 离子的磁矩是反平行的。因此，化学式(3M 2O 3）c （2Fe 2O 3）a （3
Fe 2O 3）
d 的排列为6M c ·4F
e a ·6Fe d ，净磁矩（玻尔磁子/单位元）为m=6m c －(6m d －4m a )=6m c －10μB (假设每个铁离子为—5μB 的磁矩)。
4．其他类型磁材料
图8.14 NiO 的磁结构示意图 第一过渡系列金属的性质随原子系数和d 电子数具有极大的系列变化。前过渡元素的氧化物TiO 、VO 、CrO 是顺磁性的。在这些
氧化物中，d 电子并不定域在每个二价离子，而是非定域于整个结构部分充填的t 2g 轨道上。这
些非定域化电子之间不存在相互作用，因此是
抗磁性的，并且是导体；后过渡元素氧化物
MnO 、FeO 、CoO 、NiO 在高温下是顺磁的，在
低温下呈现有序的磁结构。在这些氧化物中，f
电子定域在各自的二价离子上。这些未成对电
子的定域化使得它们具有磁性质并且实际上成为非电导体。
氧化物MnO 、FeO 、CoO 、NiO 在低温下全是反铁磁体，在奈尔温度T N 以上变为顺磁体。它们的T N 值依次为-153、-75、-2、+250℃。所有这些化合物都具有类似的反铁磁结构和顺磁结构。我们以NiO 为例讨论它们的磁结构和磁性关系。
图8.15 信息存储材料的正交磁滞曲线 图8.14是NiO 的磁结构示意图。在高温下，NiO 的晶胞属于氯化钠型。如果沿着立方体体对角线的4个等价的[111]方向任何一个来透视，会看到Ni 2+离子和O 2-离子交替的排列层。在250℃以下，NiO 的晶胞发生沿着平行于[111]方向的轻微压缩畸变，即菱形畸变。这样就失去了原来晶胞具有的4次轴和3个3次轴，仅剩下1个3次轴。换句话说，结构对称性降低了。由于结构畸变，使得Ni 2+离子具有反铁磁有序化，在给定的一层Ni 2+离子中，全部Ni 2+离子的自旋都是平行取向排列的，但毗邻的Ni 2+离子层的自旋却是反平行取向排列的。 6.2.3 磁性材料的应用 磁性材料广泛地应用于电子工业、电气工业以及通讯、测量、印刷、计算机等方面。近年来已深入研究了磁光、磁
电、压磁和磁致伸缩灯光功能转换材料，不断开发出各种磁转换器件。
铁磁和亚铁磁材料的一项重要用途是制作变压器和马
达的磁芯。因此要求其具有大的功率容量和低的损耗，均属
于软磁材。这类材料具有高的导磁率、低磁场中易于磁化，
并且残余磁场极低。此外还要求其磁致伸缩系数小、磁晶各
向异性系数也小。从结构上来看，软磁材料是磁畴容易移动
第 8 章固体的磁性和磁性材料203
的材料。
信息产业的飞速发展日益需要提供高性能的信息存储磁性材料。这类材料属于软磁材料，并且具有如图8.15所示的磁滞曲线，在给样品加上反向磁场后，样品不发生变化，直到磁场达到H C时，磁化突然发生。
用于永磁材料的磁性物质应当具备这样的特点：高的饱和磁化率和磁通量能积、高的后滞磁场H C和高的居里温度以及高的残余磁场和磁晶各向异性。换句话说，永磁材料是硬磁材料。
声、磁、电、光等性质相互作用可以发展许多新的功能转换材料。磁声、磁电、磁光系统的性质近年来已得到深入的研究，发展了许多向光的功能转换材料。
习题
1.为什么含有未成对电子壳层的原子组成的物质只有一部分具有铁磁性？
2.导致铁磁性和亚铁磁性的物质的离子结构有什么特征？
3.试说明你如何用古埃天平实验区分顺磁性、铁磁性和反铁磁性行为？
4.一氧化钒是反铁磁性的，且为电的良导体，而一氧化镍是顺磁性的或反铁磁性的，且是电的不良导体。请解释这些现象。
5.根据下列数据：T（K） 800 900 1000 1100 1200
χ10-5 3.3 2.1 1.55 1.2 1.0
作图证明这些数据符合居里-威斯定律，计算出T C、θ或C。
磁性材料基本特性的研究
实验报告 姓名：什么情况班级：F10 学号：51 实验成绩： 同组姓名：实验日期：2011- 指导老师：助教批阅日期： 磁性材料基本特性的研究 【实验目的】 1．了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线概念，加深对铁磁材料的主要物理量矫顽磁力、剩磁和磁导率的理解； 2．利用示波器观察并测量磁化曲线与磁滞回线； 3．测定所给定的铁磁材料的居里温度． 【实验原理】 1．磁化性质 一切可被磁化的物质叫作磁介质。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M、磁场强度H来描述，它们满足一定的关系 μr的不同一般可分为三类，顺磁质、抗磁质、铁磁质。 对非铁磁性的各向同性的磁介质，H和B之间满足线性关系，B =μH，而铁磁性介质的m 、B 与H 之间有着复杂的非线性关系。一般情况下，铁磁质内部存在自发的磁化强度，当温度越低自发磁化强度越大。如图一所示。 图一B~ H曲线图二μ~ T曲线 它反映了铁磁质的共同磁化特点：在刚开始时随着H的增加，B缓慢的增加，此时μ较小；而后便随H的增加B急剧增大，μ也迅速增加；最后随H增加，B趋向于饱和，而此时的μ值在到达最大值后又急剧减小。图一表明了磁导率μ是磁场H的函数。B-H曲线表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，B随H的增加而增加，称为磁化曲线。从图二中可看到，磁导率μ还是温度的函数，当温度升高到某个值时，铁磁质由铁磁状态转变成顺磁状态，在曲线上变化率最大的点所对应的温度就是居里温度T C。 2．磁滞性质 铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一重要的特性是磁滞现象．当铁磁材料磁化时，磁
感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且与 磁化的历史有关，如图3所示．曲线OA表示铁磁材 料从没有磁性开始磁化，B随H的增加而增加，称 为磁化曲线．当H值到达某一个值H S时，B值几乎 不再增加，磁化趋于饱和．如使得H减少，B将不 再沿着原路返回，而是沿另一条曲线AC'A'下降，当 H从-H S增加时，B将沿着A'CA曲线到达A形成一 闭合曲线．其中当H = 0时，|B| = Br，Br称为剩余 磁感应强度．要使得Br为零，就必须加一反向磁场， 当反向磁场强度增加到H = -H C时，磁感应强度B为零，达到退磁，HC称为矫顽力．各种铁磁材料有不同的磁滞回线，主要区别在于矫顽力的大小，矫顽力大的称为硬磁材料，矫顽力小的称为软磁材料． 3．用交流电桥测量居里温度 铁磁材料的居里温度可用任何一种交流电桥测量。本实验采用如图所示的RL交流电桥， 图三RL交流电桥 在电桥中输入电源由信号发生器提供，在实验中应适当选择不同的输出频率ω为信号发生器的角频率。选择合适的电子元件相匹配，在未放入铁氧体时，可直接使电桥平衡，但当其中一个电感放入铁氧体后，电感大小发生了变化，引起电桥不平衡。但随着温度的上升到某一个值时，铁氧体的铁磁性转变为顺磁性，CD两点间的电位差发生突变并趋于零，电桥又趋向于平衡，这个突变的点对应的温度就是居里温度。实验中可通过桥路电压与温度的关系曲线，求其曲线突变处的温度，并分析研究在升温与降温时的速率对实验结果的影响。4．用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线
磁性材料及其应用研究
万方数据
乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。 图１磁性材料 ２．１永磁材料 一经外磁场磁化以后，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，抗退磁能力强，磁能积（ＢＨ）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、铁氧体和金属间化合物三类。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：ＡＩＮｉ（Ｃｏ）、ＦｅＣｒ（Ｃｏ）、ＦｅＣｒＭｏ、ＦｅＡＩＣ、ＦｅＣｏ（Ｖ）（Ｗ）；烧结合金有：Ｒｅ－－Ｃｏ（Ｒｅ代表稀土元素）、Ｒｅ—Ｆｅ以及ＡｌＮｉ（Ｃｏ）、ＦｅＣｒＣｏ等；可加工合金有：ＦｅＣｒＣｏ、ＰｔＣｏ、ＭｎＡＬＣ、ＣｕＮｉＦｅ和Ａ１ＭｎＡｇ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ＭＯ?６Ｆｅ２０３，Ｍ代表Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ或ＳｒＣａ、ＬａＣａ等复合组分。③金属间化合物类：主要以ＭｎＢｉ为代表。根据使用的需要，永磁材料可有不同的结构和形态。有些材料还有各向同性和各向异性之别。 ２．２软磁材料 它的功能主要是导磁、电磁能量的转换与传输。因此，对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度，同时磁滞回线的面积或磁损耗要小。与永磁材料相反，其Ｂｒ和ＢＨＣ越小越好，但饱和磁感应强度Ｂｓ则越大越好。软磁材料大体上可分为四类。①合金薄带或薄片：ＦｅＮｉ（Ｍｏ）、ＦｅＳｉ、ＦｅＡＩ等。 ②非晶态合金薄带：Ｆｅ基、Ｃ０基、ＦｅＮｉ基或ＦｅＮｉＣｏ基等配以适当的ｓｉ、Ｂ、Ｐ和其他掺杂元素，又称磁性玻璃。③磁介质（铁粉芯）：ＦｅＮｉ（Ｍｏ）、ＦｅＳｉＡＩ、羰基铁和铁氧体等粉料，经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形。④铁氧体：包括尖晶石型一一ＭＯ?Ｆｅ２０３（Ｍ代表ＮｉＺｎ、ＭｎＺｎ、ＭｇＺ．、Ｌｉｌ／２Ｆｅｌ／２Ｚｎ、ＣａＺｒｔ等），磁铅石型一一Ｂａ３Ｍｅ２Ｆ也４０１４１（Ｍｅ代表Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ及其复合组分）。 ２．３矩磁材料和磁记录材料 主要用作信息记录、无接点开关、逻辑操作和信息放大。这种材料的特点是磁滞回线呈矩形。旋磁材料具有独特的微波磁性，如导磁率的张量特性、法拉第旋转、共振吸收、场移、相移、双折射和自旋波等效应。据此设计的器件主要用作微波能量的传输和转换，常用的有隔离器、环行器、滤波器、衰减器、相移器、词制器、开关、限幅器及延迟线等，还有尚在发展。 ３磁性材料的应用及行业发展 ３．１磁性材料的应用 我们知道，硬磁性材料被磁化以后，还留有剩磁，剩磁的强弱和方向随磁化时磁性的强弱和方向而定。录音磁带是由带基，粘合剂和磁粉层组成。带基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁强的ｒ—Ｆｅ２０３或Ｃｒ０２细粉。录音时，是把与声音变化相对应的电流，经过放大后，送到录音磁头的线圈内，使磁头铁芯的缝隙中产生集中的磁场。随着线圈电流的变化，磁场的方向和强度也作相应的变化。当磁带匀速地通过磁头缝隙时，磁场就穿过磁带一３６８～并使它磁化。由于磁带离开磁头后留有相应的剩磁，其极性和强度与原来的声音相对应。磁带不断移动，声音也就不断地被记录在磁带上。 应用于计算机磁性存储设备和作为乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡所用的磁性材科及作用原理，同磁带所用的磁性材料及作用原理基本相同，只是用处不同而已。在磁性卡上有一窄条磁带，当你乘地铁从甲站到乙站时，在甲站向仪器中投入从甲站到乙站的票钱（硬币），之后投出一张磁性卡，在投出这张磁性卡的过程中已录上了到乙站下车的磁记录，拿这张磁性卡乘车到乙站后投入到仪器中，门开，出站。如果没在乙站下车，而是在比乙站远的丙站下车，投入的硬币不够，出站门不开。要拿磁性卡补票后才能出站。在乙站或丙站投入磁性卡的过程，就是磁记录经过磁头变成电信号的过程。再用电信号控制站门开关。电机的铁芯所用的磁性材料一般用硬磁铁氧体，这些材料的特点是磁化后不易退磁。对磁通的阻力小。磁性材料的用途广泛，磁性材料在电子技术领域和其他科学技术领域中都有重要的作用。 ３．２磁性材料的行业发展 中国地大物博，金属和稀有元素矿藏非常丰富，有着丰富而天然的原材料资源优势，磁性材料产业所需的各种原材料几乎国内都能满足。磁性材料行业，离不开稀土。因为稀土成本占磁材原料成本的３０％，而中国是稀土的故乡，世界上８０％的稀土储量在中国，因此中国稀土的资源优势，决定了磁性材料行业的中国优势。 ２００６年中国出口各类磁体２３万吨，出口金额仅８．６亿美元；进口各类磁体６．９万吨，而进口金额达５．７亿美元。２００７年１—８月中国电磁铁；永磁铁等；电磁或永磁工件夹具等进口数量为５７，０３１，９９２．００千克，用汇５１３，１６１，９８７．００美元；出口数量为１９３，８４０，０３５．００千克，创汇８０９，９０９，６２０．００美元。 中国磁性材料工业在产量方面已经初具规模，发展速度很快，但与日本等磁性材料工业发达的国家相比，无论是管理水平、制造工艺、产品质量及产品档次都存在一定差距。中低档产品占据了较大的国际市场，但在高档产品上还缺乏竞争力。随着高清晰度电视等消费类电子产品的日益普及，汽车、通信业的发展，对高档磁性材料的需求越来越多。中国的磁性材料企业应该抓住这个有利的时机，开发高档磁性材料产品，占领国际市场。 “十一五”时期，是中国磁性材料工业大发展时期，世界磁性材料产业中心已经转移到中国。预计中国铝镍钴磁钢产量为３，０００吨（全球产量７，８４０吨），铁氧体永磁产量１９５，０００吨（全球产量６７６，０００吨），稀土钕铁硼磁体９，４００吨（全球１４，４００吨），软磁铁氧体产量９８，８００吨（全球４３１，０００吨）。到２０１０年中国各类磁体的产量均稳居世界之首，占全球的份额还将继续增大。到２０２０年，中国磁性材料的产量将占全球一半以上，成为世界磁性材料产业中心。 参考文献 ［１］胡双锋，黄尚宇，周玲，吕书林．磁学的发展及重要磁性材料的应［Ｊ］．稀有全属材料与工程。２００７．（９）． ［２３余声明．智能磁性材料及其应用ＥＪ］．磁性材料度嚣件，２００４，（５）．［３］宋振纶，李卫．钕铁硼永詹材科表面防护技术：特点?应用?同题 ［Ｊ］．磁性材料及器件，２００８，（１）．万方数据
磁性材料分类
磁性材料的分类 1、铁氧体磁性材料：一般是指氧化铁和其他金属氧化物的符合氧化物。他们大多具有亚铁磁性。特点：电阻率远比金属高，约为1-10（12次方）欧/厘米，因此涡损和趋肤效应小，适于高频使用。饱和磁化强度低，不适合高磁密度场合使用。居里温度比较低。 2 、铁磁性材料：指具有铁磁性的材料。例如铁镍钴及其合金，某些稀土元素的合金。在居里温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。 3 、亚铁磁性材料：指具有亚铁磁性的材料，例如各种铁氧体，在奈尔温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。 4 、永磁材料：磁体被磁化后去除外磁场仍具有较强的磁性，特点是矫顽力高和磁能积大。可分为三类，金属永磁，例：铝镍钴，稀土钴，铷铁硼等；铁氧体永磁，例：钡铁氧体，锶铁氧体；其他永磁，如塑料等。 5、软磁材料：容易磁化和退磁的材料。锰锌铁氧体软磁材料，其工作频率在1K-10M之间。镍锌铁氧体软磁材料，工作频率一般在1-300MHZ 6、金属软磁材料：同铁氧体相比具有高饱和磁感应强度和低的矫顽力，例如工程纯铁，铁铝合金，铁钴合金，铁镍合金等，常用于变压器等。 7 、损耗角正切：他是串联复数磁导率的虚数部分与实数部分的比值，其物理意义为磁性材料在交变磁场的每周期中，损耗能量与储存能量的2派之比。 8、比损耗角正切：这是材料的损耗角正切与起始导磁率的比值。
9 、温度系数：在两个给定温度之间，被测的变化量除以温度变化量。 10、磁导率的比温度系数：磁导率的温度系数与磁导率的比值。 11 、居里温度：在此温度上，自发磁化强度为零，即铁磁性材料（或亚磁性材料）由铁磁状态（或亚铁磁状态）转变为顺磁状态的临界温度。 专业术语: 1 、饱和磁感应强度：(饱和磁通密度)磁性体被磁化到饱和状态时的磁感应强度。在实际应用中，饱和磁感应强度往往是指某一指定磁场（基本上达到磁饱和时的磁场）下的磁感应强度。 2、剩磁感应强度：从磁性体的饱和状态，把磁场（包括自退磁场）单调的减小到0的磁感应强度。 3 、磁通密度矫顽力：他是从磁性体的饱和磁化状态，沿饱和磁滞回线单调改变磁场强度，使磁感应强度B减小到0时的磁感应强度。 4、内部矫顽力：从磁性体的饱和磁化状态使磁化强度M减小到0的磁场强度。 5、磁能积：在永磁体的退磁曲线上的任意点的磁感应强度和磁场强度的乘积。 6 、起始磁导率：磁性体在磁中性状态下磁导率的极限值。
磁性材料研究进展
磁性材料 引言 磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m 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。 抗磁性 diamagnetism 抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零。但是当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。这样表示物质磁性的磁化率便成为很小的负数(量)。磁化率是物质在外加磁场作用下的合磁矩(称为磁化强度)与磁场强度之比值，符号为κ。一般抗磁(性)物 关于磁性材料及其应用的探讨 发表时间：2019-08-15T14:05:45.490Z 来源：《工程管理前沿》2019年第9期作者：程俊峰[导读] 对磁性材料的相关应用进行探讨，以促进磁性材料的不断发展。 宁波招宝磁业有限公司 315000 【摘要】磁性材料的用途多种多样，目前越来越多的学者对其进行了研究，本文对磁性材料的相关应用进行探讨，以促进磁性材料的不断发展。 【关键词】磁性材料；应用；探讨 1引言 磁性材料的种类多种多样，例如磁性纳米材料、磁性气凝胶材料、磁性吸附材料等，不同的材料其用途各不相同，可以被应用与不同的领域。目前，磁性材料已经成为研究热点，根据其优势越来越多的被应用于各个行业中，本文介绍了几种磁性材料以及其应用。2磁性纳米材料 与大多现有生物医用纳米材料不同，以纳米氧化铁为代表的医用磁性纳米颗粒既可介导外场产生局域磁场、热效应、力学效应，又兼顾了本征的类酶催化活性。同时，纳米氧化铁是当前为数不多的已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准可用于临床的无机纳米材料. 因此，将多功能集成于一体的磁性纳米颗粒在磁共振造影成像（MRI）、磁感应热疗、细胞命运调控、生物催化等生物医学相关领域展现出巨大的应用前景. 在生物影像方面，超顺磁性氧化铁纳米颗粒增强的磁共振 T 2 成像已应用于多种疾病的诊断；在肿瘤精准治疗方面，集成影像与热疗为一体的磁性氧化铁诊疗一体化纳米平台材料也展现了巨大潜力；在生物催化方面，磁性氧化铁纳米材料由于具有类生物酶的催化特性，且稳定性高、经济以及可规模化制备等特点，已经成为当前的研究热点之一。然而，磁性纳米材料在取得良好进展的同时，也面临着更重要的挑战. 比如，传统超顺磁氧化铁纳米颗粒作为磁共振T 2 造影剂，在临床应用上存在易与低信号区产生混淆，且图像分辨率仍有待提高的问题，作为磁热疗剂，其低的磁热效率也一直是临床靶向磁热疗应用的障碍. 令人欣慰的是，随着磁性纳米材料合成技术的不断发展，新型的磁性纳米材料不断涌现，不仅有效改善了以往存在的科学问题，而且也进一步扩展了其在生物医学领域的应用面. 如利用准顺磁氧化铁作为T 1 造影剂已被成功开发，高磁-热效率的纳米热疗剂也逐步进入人们视野，在脑神经调控、生物体器官冷冻复苏、细胞命运调控以及肿瘤诊疗一体化等方面也取得了长足进展。目前，磁性纳米材料在生物医学应用的多个领域都展现出其独特的优势，特别是在高效介导外场产生的生物效应及其应用上取得了重要进展。 3磁性气凝胶材料 气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。气凝胶最初由 Kistle制得，他采用超临界干燥技术成功制备了二氧化硅气凝胶，因此将气凝胶定义为湿凝胶通过超临界干燥所获得的材料。随着气凝胶材料的不断发展，具有特殊功能的气凝胶也越来越受到人们的关注。磁性气凝胶是一种具有磁响应性能的气凝胶材料，它同时兼具气凝胶的特性和磁响应性能，在吸附、催化和生物医学等领域的应用都有独特的优势。磁性气凝胶主要采用将磁功能化的材料分散在溶液中，经过凝胶化、老化和超临界干燥等步骤制得，通常的方法是将磁性纳米颗粒物理分散或化学接枝到气凝胶基质中，如在常规气凝胶上负载磁性纳米材料，以赋予其磁性能。因磁功能化的纳米材料和气凝胶基质的不同，磁性气凝胶的结构和性能也会变化，这为制备具有特殊功能的气凝胶提供了条件，具有很广的研究前景。磁性气凝胶可分为无机磁性气凝胶和有机磁性气凝胶两类:无机磁性气凝胶的基质主要是 SiO2 和 TiO2 等气凝胶，主要研究磁性颗粒与气凝胶基体的相互作用机理以及对材料结构和性能的影响。而有机磁性气凝胶的基质主要是石墨烯气凝胶和碳气凝胶等柔性气凝胶，它们主要应用于吸附、催化和医药载体等领域，且具有磁分离效果好、催化效率高和可回收利用的特点。在水处理中，磁性气凝胶材料能在保持其自身结构完整的前提下有效吸附污染物，并且能够通过在外部加载磁场的作用下实现快速分离与回收，是一种新型的环保吸附剂。由于具有高比表面积、高孔隙率以及磁性能，磁性气凝胶在催化效率和磁响应性能上有巨大的优势，也可以作为高效催化剂使用。此外，磁性气凝胶材料还在生物医药和电极材料等领域有优异的性能和广泛的应用，是一种研究与应用潜力巨大的新型材料。 4磁性吸附材料 工业发展一方面促进了科技的发展，给人们生活创造了各种便利，但另一方面由于涉及各种化学反应和材质，生产过后带来的环境垃圾以及废水的排放和处理也是一大难题。废水的排放会导致新的环境安全问题，国家对排放进行了限制，专家们也致力于研究出新的方式来处理废水，那么磁性吸附就是新兴的一种方式。 磁性材料在外加磁场的条件下就可以加速重金属离子与液体的分离，因此确保吸附材料具有稳定的磁性，就需要通过一番实验制得。实验发现制得的磁性氧化石墨烯取得了良好的吸附效果，比如实验将 FeCl 3 ·6H 2 O 作为前驱体制备出 Fe 3 O 4 修饰的三元磁性氧化石墨烯AMGO 很好的对 Cr(VI) 进行了吸附。还有 Cu 2+ 、Pb 2+ 、Ni 2+ 、Hg 2+ 、Cd 2+ 、As 3+ 、As 5+ 、Cr 6+ 等重金属离子存在于水和土壤中给环境带来了很大的污染，简单的物理和化学方法不能高效的除去这些重金属离子，那么研究出完备的吸附法就可以解除燃眉之急。 我们都知道水体中各种成分都是可以共存的，如果采用化学反应之类的除去重金属离子，会对原来的水体造成化学污染，而且浪费了资源，过滤和回收都是需要耗费很大的代价的。在这个基础下，水中的任何物质之间都是有可能发生反应从而影响重金属离子的去除的，为了避免这个弊端，需要保证吸附材料具有稳定的磁性，同样还要保证自身的稳定性。合成物就是一种稳定存在的方式，Fe 表面含有很强络合重金属离子能力的丰富的官能团，被相关人员拿来做研究，经实验发现在此基础下具有一定的吸附量，而且吸附量深受 PH 的影响，为了达到高效的吸附量需要对相关影响因素进行控制和调整。 在不同的 pH 下还有在不同金属离子的存在下，所具备的吸附效果也是不同的。在 pH 为 5.3 的情况下 GO/Fe 3 O 4 对 Cu(II)的最大吸附容量是 18.26 mg/g，但是在 FA 存在时最大吸附容量可以达到19.09 mg/g。除此之外对重金属离子的吸附性还和吸附顺序有关，所以对于不同的重金属离子的吸附量也是不同的。如何制备出更加强效的稳定性的材料就需要通过各种离子的尝试。运用化学反应将实验收获的具有吸附能力的离子制备成稳定的合成物，在加上磁性条件的情况下加强吸附效果。比如将 Fe 3+ 和 Fe 2+ 与 GO 上的羧基形成配合物制得的磁性氧化石墨烯就对许多重金属离子有明显的吸附成效。因此专家和研究人员把目光和研究方向投向具有磁性的吸附材料上，经过尝试和摸索，确实得到比较完备的实验报告和收获，相信在未来会制备出更加高效的吸附材料。 国内磁性材料业状况和前景 1中国磁体产业的发展历程 目前，全球的经济已进入了一个信息时代，作为一种功能材料，磁性 材料所占的地位越来越重要。当前主要的商品磁体共有4类：20世纪 30年代开发的铝-镍-钴永磁（AlNiCo）；50年代初期开发的铁氧体磁体；60年代末开发的钐-钴磁体（Sm-Co），包括第一代稀土永磁－SmCo5和第二代稀土永磁－Sm2Co17；80年代初开发的稀土永磁钕铁硼（Nd-Fe-B）。而稀土永磁，特别是钕铁硼是磁性材料里最重要的一部分，在永磁材料中发展最快，平均以每年10％的速度增长。中国磁体 产业在中国的出现远较西方发达国家晚，起始期是1969年到1987年 之间。因为当时的稀土永磁钐钴磁体的高成本、国内市场的需求量少，所以到八十年代初还没有形成自己的磁体工业。1987～1996的十年是 中国磁体产业开始发展的第一阶段，其特点是起点低：因为投资小， 设备简陋，生产设备基本完全是国产的，经营理念落后，仍局限于小 生产的模式。 1997～2002的五年是中国磁体产业发展的第二阶段，其特点是起点远高于前一阶段：投资强度大，引进一部分国外的先进技术设备，能够 按先进的工艺路线组织生产，产品质量一般属中低档。2003年起，中 国磁体产业的发展将进入第三阶段。企业建立的特点将是“三高”， 即高起点、高投入、高回报：1）产品瞄准特定用途所需的高档磁体； 投资规模巨大，引进整条先进生产线；2）按现代化管理的理念，组织 集约式分段联营的大生产：磁体生产分为两段—母合金/粉料的生产和 磁体制备，投资显著降低，效益则大为提升；3）按资本运作的规律运营，从而保证磁体产业较高的回报率。特别是有可能从国外引进最先 进的或采用国产先进生产线，生产高档的磁体产品。 进入21世纪，发达国家的磁体生产因为成本过高，已难以为继，世 界磁性材料行业纷纷向中国或第三世界地区转移，中国作为首选的国家。世界一些著名的磁性材料制造企业看好中国，如日本的TDK、FDK、 磁性材料的研究现状与应用 磁性材料是功能材料的重要分支，利用磁性材料制成的磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 磁性材料大体上分为两类：其一为铁磁有序的金属磁性材料；其二绝大多数为亚铁磁有序、具有半导体导电性质的非金属磁性材料。磁性材料的发展过程大致可分为三个阶段：50年代以前主要研究金属磁性材料；50到80年代为铁氧体的黄金时代，除电力工业外，各领域中铁氧体占绝对优势；90年代以来，纳米磁性材料崛起。磁性材料由3d过渡族金属与合金的研究扩展到3d-(4f,4d,5d,5f)合金与化合物的研究与应用。同时，磁性功能材料也得到了显著的进展。 一、磁性的描述 磁及磁现象的根源是电流，或者说磁及磁现象的微观机制是电荷的运动形成原子磁矩造成的，而且，所有的物质都是磁性体，只是由于构成物质的原子结构不同，而显示出的磁学性能不同。有铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性、抗磁性以及无磁性等。描述材料的磁性的物理量有磁化强度M、磁化率χ、磁感应强度B、磁导率μ。 根据物质磁化率的符号和大小，可以把物质的磁性大致分为五类：抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体和反铁磁体。影响材料性质的有磁化强度随温度的变化。即在不同温度下，磁化强度不同的性质。铁磁材料的自发磁化在居里温度Tc处发生相变，Tc以下为铁磁性，而Tc以上铁磁性消失。同样亚铁磁性材料也具有类似的特性。另外一个必须注意的因素便是磁各向异性，即磁学特性随材料的晶体学方向不同而不同的性质，典型特征便是在不同方向施加磁场会测得不同的磁滞回线。 磁性材料的基本特征可以分为两大类： (1)完全由物质本身(成分组分比)决定的特性。主要有饱和磁化强度Ms和磁感应强度Bs; (2)由物质决定,但随其晶体组织结构变化的特性。主要有磁导率、矫顽力Hc和矩形比Br/Bs，以及磁各向异性。 由此，利用和开发磁性材料就需要有分析技术和加工工艺两个方面的进展。从历史上而言，按材料加工技术进展区分，大体可有以下几个阶段： (1)熔炼铸造技术，获得铁及其合金等软磁和永磁材料。 (2)粉末冶金，开发绝缘性磁性材料、陶瓷材料和稀土永磁材料。 (3)真空镀膜，开发了镀膜磁性材料及非晶磁性材料，制成磁纪录介质及微磁学器件。 (4)单原子层控制技术，制备了定向晶体学取向型、巨磁电阻多层膜、人工超晶格等有特殊用途的磁性材料。 而磁性材料的开发和利用，也就是采取以上这几种技术工艺方法来加强所需要的性能，抑制不利于所需性能的因素。 二、软磁材料和永磁材料 软磁材料，也是高磁导率材料，是应用中占比例最大的传统磁性材料，多用于磁芯。是指由较低的外部磁场强度就可获得很大的磁化强度及高密度磁通量的材料，对这种材料的基本要求是： (1)初始磁导率μi和最大磁导率μm要高，以提高功能效率； (2)剩余磁通密度Br要低，饱和磁感应强度Ms要高,以节省资源并迅速响应外磁场； (3)矫顽力Hc要小，以提高高频性能； (4)铁损要低以提高功能效率； 一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br∕Bs 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mW）/表面积（cm2） 一、选择题 1．下列用品中，通常情况下属于绝缘体的是 A．金属勺B．瓷碗C．铅笔芯D．铁钉 2．当温度降低到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫做超导体。电流通过超导体时不发热，因此超导体的应用十分广泛。假如有室温环境中的超导体，可用它来制作 A．家用保险丝B．白炽灯灯丝C．电热丝D．输电导线 3．下列物品中使用了半导体材料的是 A．机器人B白炽灯C．滑动变阻器D，机械手表 4．将下面一个物体与小灯泡串联在电源上，闭合开关后，能使小灯泡发光的是 A．橡皮B．铅笔芯C．塑料尺D．透明胶带 5．材料科学的发展正在影响着我们的生活，下列关于材料应用的说法中正确的是 A．保险丝是利用半导体材料制成的B．利用超导材料做电热丝，电热丝会更热 C．利用钨做灯丝，是因为钨的熔点低D．试电笔外壳是用塑料制成的，因为它是绝缘材料 5.小明家装修房屋需要购买导线，关于导线种类的选择，最恰当的是： A．强度大的铁丝B．细小价格较便宜的铝丝 C．粗一点的铜丝D．性能稳定的镍铬合金丝 6．太阳能电池的光伏板是由非晶态硅制成的，它能把太阳能直接转化为电能，其主要材料是A．磁性材料B．纳米材料C．半导体D．超导体 二、填空题 7．有一种材料，它的导电性介于导体和绝缘体之间，这种材料称为_______材料，电脑的微处理器就是由成千上万个这种材料制成的元件组成；某些材料在特定温度下，电阻接近于零，这种材料物理学上称之为_______材料，此处的特定温度通常_______（选填“很高”、“接近常温”或“很低”）． 8．如图（甲）所示，把玻璃珠接入电路中，闭合开关，发现小灯泡不发光。说明：； 现给玻璃珠加热，如图乙所示，当玻璃珠加热到红炽状态时，发现小灯泡发光，说明：。 9．硅、锗等半导体材料的导电能力比铜、铁等金属的导电能力____(选填“强”或“弱”)。某些物质在温度很低时，电阻变为____，这就是超导现象。如果能制造出常温下的超导体，它可以在下列哪些情境得到应用 ____(选填序号)。 ①用作电吹风的电热丝②用作白炽灯的灯丝③用作输电线缆 10.如图所示的是插入式电阻箱的结构示意图。它的最大电阻值是________Ω，图中A、B两个接线柱之间的电阻值是________Ω。 金属磁性材料的划分 发布日期：2013-06-20 浏览次数：485 核心提示：金属磁性材料分为永磁材料、软磁材料二大类。通常将内禀矫顽力大于0.8kA/ m的材料称为永磁材料，将内禀矫顽力小于0.8kA/m的材料称 金属磁性材料分为永磁材料、软磁材料二大类。通常将内禀矫顽力大于0.8kA/m的材料称为永磁材料，将内禀矫顽力小于0.8kA/m的材料称为软磁材料。11、什么叫Nd-F e-B永磁体，它分几大类？Nd-Fe-B永磁体是1982年发现的迄今为止磁性能最强的永磁材料。其主要化学成分为Nd（钕）、Fe（铁）、B（硼），其主相晶胞在晶体学上为四方结构，分子式为Nd2Fe14B（简称2:14:1相）。除主相Nd2Fe14B外，Nd-Fe-B永磁体中还含有少量的富Nd相、富B相等其它相。其中主相和富Nd相是决定Nd-Fe-B磁体永磁特性的最重要的二个相。今天，Nd-Fe-B永磁体已广泛应用于计算机、医疗器械、通讯器件、电子器件、磁力机械等领域。 Nd-Fe-B磁体分为烧结和粘结二大类。通常的Nd-Fe-B烧结磁体是用粉末冶金方法制造的各向异性致密磁体；而通常的Nd-Fe-B粘结磁体是用激冷的方法获得微晶粉末，每个粉末内含有多个Nd-Fe-B微晶晶粒，再用聚合物或其它粘结剂将粉末粘结成大块磁体，因而通常的Nd-Fe-B粘结磁体是非致密的各向同性磁体。因此，通常的Nd-Fe-B烧结磁体的磁性能远高于Nd-Fe-B粘结磁体，但Nd-Fe-B粘结磁体有着许多Nd-Fe-B烧结磁体不可替代的优点：可以用压结、注射等成型方法制作尺寸小、形状复杂、几何精度高的永磁体，并容易实现大规模自动化生产；另外，Nd-Fe-B粘结磁体还便于任意方向充磁，能方便制作多极乃至无数极的整体磁体，而这对于Nd-Fe-B烧结磁体来说通常很难实现；由于Nd-Fe-B粘结磁体中主相Nd2Fe14B呈微晶状态，因此它还具有比烧结磁体耐蚀性好等优点。 磁性材料与技术在现代能源中的应用 1 引言 能源是人类社会发展的物展基础，没有能源人类是无法生存的。所谓能源，就是人类取得能量的来源，它分为1次能源——经开采或收集后未经任何改变或转换的能源，如原煤、原油、河流的水等；2次能源——经过加工转换后获得的1次能源，如油料、电力、沼气、核能等；终端能源——1次、2次能源经过输送、储存和分配，供给用户使用的能源，如用于炊事、照明、运输的热能和电能等。 现在，能源危机是1个世界性的问题。由于目前人类的90％以上工业性能源是来自煤、石油、天然气等天然资源，它们是用之有竭的。所以节约能源、开发新能源就显得十分重要，磁性技术在其中担当着重要的角色，也是确保人类可持续发展的有效措施之一。 2 磁性技术在节约能源方面的应用 2.1 节能的永磁材料 降低现有磁性材料的损耗，研发更低损耗的新材料，便可以在使用磁性材料的各种电机和电器中节约能源。例如，用永磁体代替电流在空间形成1个静磁场（如永磁电机中的定子磁场或转子磁场，扬声器和仪器仪表中的气隙磁场等），这样，不但节省了电能，降低了温度，而且省去1部分电源及控制系统、冷却系统。利用没有励磁线圈的铁芯，不发热的稀土永磁电机来代替常用电动机，可缩小体积，减轻重量，提高效率。如在汽车中用永磁电机替代传统的电机，可使体积和重量减小40％～70％，效率提高50％以上，并可节省铜材和电力。将电气设备中大量使用的电磁开关、电磁阀的电磁铁换成永磁体，可节电90％以上。 在人类活动中，大量的能源消耗在克服摩擦力的做功上。利用永磁体之间的排斥力和吸引力，做成各种磁悬浮系统，如果再将系统中的空气抽出，则摩擦力几乎按近于零。例如，利用磁悬浮原理制成新型磁轴承，其能源可降低90％以上，转速可达每分钟几十万转。又如，应用磁耦合的齿轮传动机构，可以做到不啮而合，隔而不断，从而大量节约能源。再如，有1种在100大气压高压室内工作的机构，仅用以克服从动轴与高压室壁间所设置的轴封摩擦即要消耗25kW的功率，如应用磁耦合减速器，用1kW电动机便可操纵高压室内的机构工作。同时，磁性轴承和磁性传动器均无需直接接触，不必润滑，没有污染。 用永磁体在空间建立1个磁场，除了在制作该永磁体时消耗一定能源外，长期使用过程中不再另外消耗能源，显然，利用永磁体能够取得节约资源、节省能源的显著效果。 2.2 奇特的非晶态磁性合金 非晶态磁性合金就是磁性玻璃。这种非晶态合金材料是将熔融的金属用每秒近100万℃的超急冷方法直接喷在高速旋转的风轮上，使熔化的液态合金立即凝固成薄带，来不及结晶而形成非晶态。 中国磁性材料产业现状及其发展展望(1) 摘要：磁性材料是各种电子产品主要的配套产品，无论是消费家电产品和工业类如计算机、通讯设备、汽车，以及国防工业均离不开磁性材料。当前，中国各种磁性材料的产量基本上世界第一，成为磁性材料生产大国和磁性材料产业中心。中国磁性材料的中长期市场前景十分光明，中国的磁性材料产品在全球的地位必将进一步提高。必须加强科技创新力度、加强技术改造加强企业管理水平，调整产业结构和提高产品档次，使中国磁性材料从大国走向强国。本文着重从宏观角度分析了中国磁体产业整体情况，介绍了稀土永磁材料特别是中国钕铁硼烧结和粘结产业现状，以及中国新型的稀土永磁材料的研究开发情况，同时对我国磁体产业发展前景进行了预测和分析。 1 中国磁体产业的发展历程 目前，全球的经济已进入了一个信息时代，作为一种功能材料，磁性材料所占的地位越来越重要。当前主要的商品磁体共有4类：20世纪30年代开发的铝-镍-钴永磁；50年代初期开发的铁氧体磁体；60年代末开发的钐-钴磁体，包括第一代稀土永磁－SmCo5和第二代稀土永磁－Sm2Co17；80年代初开发的稀土永磁钕铁硼。而稀土永磁，特别是钕铁硼是磁性材料里最重要的一部分，在永磁材料中发展最快，平 均以每年10％的速度增长。中国磁体产业在中国的出现远较西方发达国家晚，起始期是1969年到1987年之间。因为当时的稀土永磁钐钴磁体的高成本、国内市场的需求量少，所以到八十年代初还没有形成自己的磁体工业。1987～1996的十年是中国磁体产业开始发展的第一阶段，其特点是起点低：由于投资小，设备简陋，生产设备基本完全是国产的，经营理念落后，仍局限于小生产的模式。 1997～20XX的五年是中国磁体产业发展的第二阶段，其特点是起点远高于前一阶段：投资强度大，引进一部分国外的先进技术设备，能够按先进的工艺路线组织生产，产品质量一般属中低档。 20XX年起，中国磁体产业的发展将进入第三阶段。企业建立的特点将是“三高”，即高起点、高投入、高回报：1）产品瞄准特定用途所需的高档磁体；投资规模巨大，引进整条先进生产线；2）按现代化管理的理念，组织集约式分段联营的大生产：磁体生产分为两段—母合金/粉料的生产和磁体制备，投资显著降低，效益则大为提高；3）按资本运作的规律运营，从而保证磁体产业较高的回报率。特别是有可能从国外引进最先进的或采用国产先进生产线，生产高档的磁体产品。 进入21世纪，发达国家的磁体生产由于成本过高，已难以为继，世界磁性材料行业纷纷向中国或第三世界地区转移，中国作为首选的国家。世界一些著名的磁性材料制造企 一.磁性材料的基本特性 1.磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2.软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br∕Bs 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁 性材料的厚度t及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mW）/表面积（cm2） 3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1.软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。 到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。 2.常用软磁磁芯的种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。 按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类：磁性材料分类
关于磁性材料及其应用的探讨
国内磁性材料业状况和前景
磁性材料的研究现状与应用
磁性材料的基本特性及分类参数
导体、绝缘体、半导体和超导体
金属磁性材料的划分
磁性材料与技术在现代能源中的应用
中国磁性材料产业现状及其发展展望(1)
磁性材料的基本特性及分类参数