新型磁性材料的发展

新型磁性材料的发展
新型磁性材料的发展

新型材料的发展与前景

——主要介绍新型磁性材料的发展

xxx

(江西理工大学冶金xxx班18号341000)

【摘要】本文主要介绍中国磁产业的发展及现状。磁性材料主要包括永磁材料、软磁材料、信磁材料、特磁材料等,覆盖很多高新技术领域。在稀土永磁材料技术、永磁铁氧体技术、非晶软磁材料技术、软磁铁氧体技术、微波铁氧体器件技术、磁性材料专用设备技术等领域,全球已经形成庞大的产业群。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。

【关健词】新型材料磁性材料软磁材料永磁材料磁性材料行业

材料工业是国民经济的基础产业,新材料是材料工业发展的先导,是重要的战略性新兴产业。“十二五”时期,是我国材料工业由大变强的关键时期。加快培育和发展新材料产业,对于引领材料工业升级换代,支撑战略性新兴产业发展,保障国家重大工程建设,促进传统产业转型升级,构建国际竞争新优势具有重要的战略意义。

近年来,在国家政策的大力扶持和业内企业的不断努力下,新材料产业持续良好发展势头,市场规模持续扩张,经济效益显著。同时,《新材料产业“十二五”发展规划》明确表明,“十二五”期间,我国新材料产业预计总产值达2万亿元,年均增长率超过25%。到2015年要建立起具有一定自主创新能力、规模较大、产业配套齐全的新材料产业体系。到2020

【1】年,新材料产业成为国民经济的先导产业,主要产品能满足国民经济和国防建设的需要。

新材料产业体系初步形成。我国新材料研发和应用发端于国防科技工业领域,经过多年发展,新材料在国民经济各领域的应用不断扩大,初步形成了包括研发、设计、生产和应用,品种门类较为齐全的产业体系。

新材料产业规模不断壮大。进入新世纪以来,我国新材料产业发展迅速,2010年我国新材料产业规模超过6500亿元,与2005年相比年均增长约20%。其中,新型磁性材料、稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、有机硅、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等产能居世界前列。

(一)先进高分子材料

特种橡胶。自主研发和技术引进并举,走精细化、系列化路线,大力开发新产品、新牌号,改善产品质量,努力扩大规模,力争到2015年国内市场满足率超过70%。扩大丁基橡胶(IIR)、丁腈橡胶(NBR)、乙丙橡胶(EPR)、异戊橡胶(IR)、聚氨酯橡胶、氟橡胶及相关弹性体等生产规模,加快开发丙烯酸酯橡胶及弹性体、卤化丁基橡胶、氢化丁腈橡胶、耐寒氯丁橡胶和高端苯乙烯系弹性体、耐高低温硅橡胶、耐低温氟橡胶等品种,积极发展专用助剂,强化为汽车、高速铁路和高端装备制造配套的高性能密封、阻尼等专用材料开发。

工程塑料。围绕提高宽耐温、高抗冲、抗老化、高耐磨和易加工等性能,加强改性及加工应用技术研发,扩大国内生产,尽快增强高端品种供应能力。加快发展聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚(PP0)和聚苯硫醚(PPS)等产品,扩大应用范围,提高自给率。积极开发聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等新型聚酯、特种环氧树脂和长碳链聚酰胺、耐高温易加工聚酰亚胺等新产品或高端牌号。力争到2015年国内市场满足率超过50%。

其他功能性高分子材料。巩固有机硅单体生产优势,大力发展硅橡胶、硅树脂等有机硅聚合物产品。着力调整含氟聚合物产品结构,重点发展聚全氟乙丙烯(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)

及高性能聚四氟乙烯等高端含氟聚合物,积极开发含氟中间体及精细化学品。加快电解用离子交换膜、电池隔膜和光学聚酯膜的技术开发及产业化进程,鼓励液体、气体分离膜材料开发、生产及应用。大力发展环保型高性能涂料、长效防污涂料、防水材料、高性能润滑油脂和防火隔音泡沫材料等品种。

(二)新型无机非金属材料

先进陶瓷。重点突破粉体及先驱体制备、配方开发、烧制成型和精密加工等关键环节,扩大耐高温、耐磨和高稳定性结构功能一体化陶瓷生产规模。重点发展精细熔融石英陶瓷坩埚、陶瓷过滤膜和新型无毒蜂窝陶瓷脱硝催化剂等产品。积极发展超大尺寸氮化硅陶瓷、烧结碳化硅陶瓷、高频多功能压电陶瓷及超声换能用压电陶瓷。大力发展无铅绿色陶瓷材料。建立高纯陶瓷原料保障体系。

特种玻璃。以满足建筑节能、平板显示和太阳能利用等领域需求为目标,加快特种玻璃产业化,增强产品自给能力。重点发展平板显示玻璃(TFT/PDP/OLED),鼓励发展应用低辐射(Low-E)镀膜玻璃、涂膜玻璃、真空节能玻璃及光伏电池透明导电氧化物镀膜(TCO)超白玻璃。加快发展高纯石英粉、石英玻璃及制品,促进高纯石英管、光纤预制棒产业化。积极发展长波红外玻璃、无铅低温封接玻璃、激光玻璃等新型玻璃品种。

其他特种无机非金属材料。巩固人造金刚石和立方氮化硼超硬材料、激光晶体和非线性晶体等人工晶体技术优势,大力发展功能性超硬材料和大尺寸高功率光电晶体材料及制品。积极发展高纯石墨,提高锂电池用石墨负极材料质量,加快研发核级石墨材料。大力发展非金属矿及其深加工材料。开发高性能玻璃纤维、连续玄武岩纤维、高性能摩擦材料和绿色新型耐火材料等产品。加快推广新型墙体材料、无机防火保温材料,壮大新型建筑材料产业规模。

(三)前沿新材料

纳米材料。加强纳米技术研究,重点突破纳米材料及制品的制备与应用关键技术,积极开发纳米粉体、纳米碳管、富勒烯、石墨烯等材料,积极推进纳米材料在新能源、节能减排、环境治理、绿色印刷、功能涂层、电子信息和生物医用等领域的研究应用。

生物材料。积极开展聚乳酸等生物可降解材料研究,加快实现产业化,推进生物基高分子新材料和生物基绿色化学品产业发展。加强生物医用材料研究,提高材料生物相容性和化学稳定性,大力发展高性能、低成本生物医用高端材料和产品,推动医疗器械基础材料升级换代。

智能材料。加强基础材料研究,开发智能材料与结构制备加工技术,发展形状记忆合金、应变电阻合金、磁致伸缩材料、智能高分子材料和磁流变液体材料等。

超导材料。突破高度均匀合金的熔炼及超导线材制备技术,提高铌钛合金和铌锡合金等低温超导材料工程化制备技术水平,发展高温超导千米长线、高温超导薄膜材料规模化制备技术,满足核磁共振成像、超导电缆、无线通信等需求。

磁性材料。主要包括金属软磁合金、软磁铁氧体等软磁村料和永磁铁氧体、稀土永磁、铝镍钴永磁等永磁材料。金属软磁合金包括硅钢铁镍合金,在传统产业应用较多,软磁铁在电子信息领域应用较多。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。

一、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: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。

1997~2002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业看好中国,如日本的TDK、FDK、EPSON、日立金属、住友特殊等,韩国的梨树、三和、磁化等,欧洲的PHILIPS、德国的VAC、EPCOS,美国的ARNORD、MAGNEQUENCH 已经转移到中国。世界磁性材料生产向中国转移,增强了中国磁性材料工业的整体实力,提高生产技术,加速了中国成为世界磁性材料生产基地和销售市场的建设。

在现代科技社会中,磁性材料已成为必不可少的功能性基础材料。其应用之广泛几乎无处不在,其涉及领域有航空、航天、核技术、汽车、电子、信息、通讯、动力、机械、照明、家用电器、矿山机械、工业技术等。其在国民经济中的地位不言而喻。

早在20世纪80年代就有以一个家庭拥有的电机数来衡量一个国家的技术发展程度的说法,据统计当时美国为26台,日本为14台,每台电机内都含有永磁体。近年又有以人均磁性材料消耗值来衡量一个国家人民生活水平的新说法,据统计2003年发达国家人均磁性材料消耗值约为USD4.772,我国则为USD1.023,约为发达国家的21.5%。

二、我国磁性材料工业现状

1、产品产量和产值不适配

目前,我国的磁性材料工业在产量方面已经初具规模,根据本行业协会的统计,1998年我国的永磁铁氧体销售量约11.5万吨(其中粘结铁氧体0.5万吨),出口约6. 5万吨。软磁铁氧体销售量约4.2万吨(其中偏转磁芯约1万吨),出口约1万吨。稀土钕铁硼成品销售约4100吨,铝镍钴约2000吨。中低档产品占据了较大的国际市场, 但在高档产品方面还没有形成较强的实力,缺少国际竞争能力。从行业整体来看,我国的磁性工业与国外先进国家相比,存在着管理水平低、制造工艺落后,产品质量差和产品档次低的问题。粘结钕铁硼产业中,由于国内不能大批量生产快淬磁粉,磁粉原料进口价格相对昂贵,同时IT产业对粘结钕铁硼需求远小于欧美日,产品主要用于出口,因此发展相对缓慢。目前国内具有规模化生产能力的企业有4家,年产量达到160吨左右。

2、磁性产品性能偏低

国内的磁性材料产品的大部分集中在低档次,缺少参与国际市场竞争的能力。另外,价格低廉,赢利极微薄。永磁铁氧体以扬声器磁体为主,产品性能在Y30以下。电扬磁瓦的性能在Y30H-1,但大批量生产时性能不够稳定。软磁铁氧体的产品集中在消费类产品,工业类磁芯的产量较少。大批量生产的功率铁氧体材料的性能相当于日本TDK产品的PC30版号;高磁导率铁氧体的μ在6000左右。少数企业能小批量生产PC40牌号和磁导率达到10000以上的产品。钕铁硼磁体的生产性能一般在N35左右(磁能积为35MGOE),N40以上和高

矫顽力牌号N38H。N32SH的只有少数企业能生产。国外推出的新牌号已经达到N50,N48H。

3、生产工艺和设备相对落后

目前,我国的磁性材料专用设备销售总额达到1.43亿元,能提供成套成线的磁性材料生产设备。“十五”期间我国磁性材料的性能和档次将会有新的提高,同时,由于国内外竞争激烈,要求产品成本不断降低。为此,磁性材料专用设备应开发自动化程度高,低能耗和高效率的设备。工装设备的改善,可使磁性产品提高一个档次,采用自动化程度高的连续生产线,能减少人为因素的影响,保证产品的一致性.

二、磁性材料发展趋势

磁性材料是各种电子产品主要的配套产品,无论是消费类家电产品和工业类整机, 如计算机、通讯设备、汽车以及国防工业均离不开磁性材料。据专家分析,世界磁性材料市场将以15%的年增长率发展。今后5年内,中国的磁性材料工业主要将在质量和性能方面得以提高,在产量方面增长的速度会较慢。同时,一些发达国家以及港台地区的磁性材料工业向中国转移。总产量要突破预测的数字。

根据原电子部的21世纪规划目标来看,电子产品的趋势大约总体在15%。规划目标程控交换机80000万线、移动通信电话手机3000万部、彩电6000万台、黑白电视机1500-1600万台、录像机440万部。根据汽车行业的发展,规划“九五”末产量达40 0万辆,其中轿车120-130万辆,预计配套电机1500万套。品种有摇窗电机、空调电机、油泵电机、仪表电机、门锁电机、刮水器电机、散热风扇电机、起动电机及发电机。预计2005年摩托车总产量突破1500万辆,需要起动电机1000万套/年。据电声行业的发展规划,21世纪初国内市场将需扬声器12亿只,受话器3.6亿只,耳机300万付。世界电声器件市场需要配套扬器33亿只,送受话器约4亿只,传声器约2.9亿只, 要满足和达到配套能力,磁体需要量是很大的。

计算机发展带动了相关配套元件的发展,磁盘、光盘驱动器和打印机驱动头是使用钕铁硼最大的一个方面。显示器需要各种高档次铁氧体软磁、多媒体音响对永磁材料的需求量也是很大的。随着信息时代到来,近几年工业发达国家正形成计算机进入家庭的热潮。据美国市场抽查,1996年全世界家用PC机总销量达2000万台,2000年将达4000万台,2005年约达8000万台。

通迅业的发展,电话和移动电话装置需要越来越多的抗干扰磁芯、片式微型化电感,以及传声器和扬声器,这对软磁和永磁材料带来了良好的市场。

在消费类产品方面,到2005年,全世界市场彩电总需求量为20000万台。录像机达6000万台,摄像机2000万台,家用音响市场总需求达16707万台,车音响市场需求量达7157万台。新一代的DVD机,到2005年,其市场需求量将达到4000万台。MD录音机市场总销量将达2990万台。总之,从市场发展看,到21世纪全球市场发展将比目前翻一番,相应的磁性材料发展前景是乐观的。

磁性料材主要有二大类:

第一是永磁材料(也叫硬磁):材料本身就具有保存磁力的特点。

第二是软磁(也叫电磁铁):需要外界通电才能产生磁力。

我们平是说的磁铁,一般都是指永磁材料永磁材料也有二大分类:【2】

第一大类是:合金永磁材料包括稀土永磁材料(钕铁硼Nd2Fe14B)、钐钴(SmCo)、钕镍钴(NdNiCO)。

第二大类是:铁氧体永磁材料(Ferrite)按生产工艺不同分为:烧结铁氧体(Sintered Ferrite)、粘结铁氧体(橡胶磁Rubber Magnet)、注塑铁氧体(Zhusu Ferrite),这三种工艺依据磁晶的取向不同又各分为等方性和异方性磁体。这些就是目前市面上的主要永磁材料,还有一些因生产工艺原或成本原因,不能大范围应用而淘汰,如Cu-Ni-Fe(铜镍铁)、Fe-Co-Mo(铁

钴钼)、Fe-Co-V(铁钴钒)、MnBi(锰铋)、AlMnC(钴锰碳)。

1、稀土永磁材料(钕铁硼Nd2Fe14B)【3】:按生产工艺不同分为以下三种:

(1)、烧结钕铁硼(Sintered NdFeB)——(烧结钕铁硼永磁体经过气流磨制粉后冶炼而成,矫顽力值很高,且拥有极高的磁性能,其最大磁能积(BHmax)高过铁氧体(Ferrite)10倍以上。其本身的机械性能亦相当之好,可以切割加工不同的形状和钻孔。高性能产品的最高工作温度可达200摄氏度。由於它的物质含量容易导致锈蚀,所以根据不同要求必须对表面进行不同的凃层处理。(如镀Zn,Ni,Au,Epoxy等)。非常坚硬和脆、有高抗退磁性、高成本/性能比例、不适用于高工作温度);

(2)、粘结钕铁硼(Bonded NdFeB)——粘结钕铁硼是将钕铁硼粉末与树脂、塑胶或低熔点金属等粘结剂均匀混合,然后用压缩、挤压或注射成型等方法制成的复合型钕铁硼永磁体。产品一次成形,无需二次加工、可直接做成各种复杂的形状。粘结钕铁硼的各个方向都有磁性,可以加工成钕铁硼压缩模具和注塑模具。精密度高、磁性能极佳、耐腐蚀性好、温度稳定性好。

(3)、注塑钕铁硼(Zhusu NdFeB)——有极高之精确度、容易制成各向异性形状复杂的薄壁环或薄磁体

2. 烧结铁氧体(Sintered Ferrite)的主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19,依据磁晶的取向不同分为等方性和异方性磁体。由于其低廉的价格和适中的磁性能而成为目前应用最为广泛的一种磁体。年产量达300吨以上。铁氧体磁铁是通过陶瓷工艺法制造而成,质地也比较坚硬,也属脆性材料,由于铁氧体磁铁有很好的耐温性及价格低廉,已成为应用最为广泛的永磁体。

3.橡胶磁(Rubber Magnet)是铁氧体磁材系列中的一种,由粘结铁氧体料粉与合成橡胶复合经挤出成型、压延成型、注射成型等工艺而制成的具有柔软性、弹性及可扭曲的磁体。可加工成条状、卷状、片状及各种复杂形状。橡胶磁体由磁粉(SrO6Fe2O3)、聚乙烯(CPE)和其它添加剂(EBSO、DOP)等组成,通过挤出、压延制造而成。橡胶磁材可以是同性的或异性的,它由铁氧体磁粉、CPE和某些微量元素制成,可弯、可捻、可卷。它无需更多机械加工即可使用,也可以按所需尺寸修整形状,橡胶磁也可以根据客户要求复PVC,背胶,上UV 油等。它的磁能积在0.60 至1.50 MGOe之间。橡胶磁材的应用领域:冰箱、讯息告示架、将物件固定于金属体以用作广告等的紧固件,用于玩具、教学仪器、开关和感应器的磁片。主要应用于微特电机、电冰箱、消毒柜、厨柜、玩具、文具、广告等行业。

4. 铝镍钴(AlNiCo)是最早开发出来的一种永磁材料,是由铝、镍、钴、铁和其它微量金属元素构成的一种合金。根据生产工艺不同分为烧结铝镍钴(Sintered AlNiCo)和铸造铝镍钴(Cast AlNiCo)。产品形状多为圆形和方形。铸造工艺可以加工生产成不同的尺寸和形状;与铸造工艺相比,烧结产品局限于小的尺寸,其生产出来的毛坯尺寸公差比铸造产品毛坯要好,磁性能要略低于铸造产品,但可加工性要好。在永磁材料中,铸造铝镍钴永磁有着最低可逆温度系数,工作温度可高达600摄氏度以上。铝镍钴永磁产品广泛应用于各种仪器仪表和其他应用领域。

5、钐钴(SmCo)依据成份的不同分为SmCo5和Sm2Co17,分别为笫一代和笫二代稀土永磁材料。由于其原材料十分稀缺,价格昂贵而使其发展受到限制。钐钴(SmCo)作为第二代稀土永磁体,不但有着较高的磁能积(14-28MGOe)和可靠的矫顽力,而且在稀土永磁系列中表现出良好的温度特性。与钕铁硼相比,钐钴更适合工作在高温环境中。

三、中国磁体产业发展思路和前景预测

跨入21世纪,中国的磁性材料产业得到了进一步发展,年增长超过20%【4】。初步统计,2004年中国烧结铁氧体达到350,000吨(占全球总量的51%),粘结铁氧体50,000吨(占全球总量的32%);烧结钕铁硼永磁达到27,510吨(占全球总量的81%),粘结钕铁硼永磁达

到1350吨(占全球总量的35%);铸造磁体3,500吨(占全球总量的56%)。世界磁性材料生产向中国转移,增强了中国磁性材料工业的整体实力,提高了生产技术,加速了中国成为世界磁性材料生产基地和销售市场的建设。

稀土永磁的发展和前景

作为朝阳产业,稀土永磁产业是磁性材料产业的重中之重,其新的应用成长点在不断涌现,特别是信息产业为代表的知识经济的发展,给稀土永磁等功能材料不断带来新的用途。除了在计算机、打印机、移动电话、家用电器、医疗设备等方面的广泛应用外,汽车中的发电机、电动机和音响系统的应用已经开始,这将极大的带动钕铁硼产业的发展。由于我国丰富的稀土资源,较低的人工成本和广阔的市场,从而在未来的五年至十年内,国外的钕铁硼制造业继续逐步向中国转移的态势势不可挡,中国必将吸引大量国外先进的钕铁硼永磁材料制造商,比如美、日、欧等国家、地区的企业进入,一方面会对中国稀土永磁企业带来挑战,另一方面也会将先进的技术、管理经验带入中国,从而进一步推动中国稀土永磁产业的发展。“十五”期间,我国钕铁硼磁体的总产量超过了5万吨,烧结钕铁硼磁体产业会保持继续增长的势头,年增长率仍会保持在20~30%以上,粘结钕铁硼磁体产业在我国的规模还小,还有很大的发展空间。预计到2005年,我国烧结钕铁硼磁体年产量将达到3万吨左右,粘结钕铁硼磁体年产量将达到2000吨左右。预计到2010年,我国烧结钕铁硼磁体产量将达到7万吨,占全球产量的75%;粘结钕铁硼磁体产量将达到1万吨,占全球产量的50%。中国磁性材料行业的大发展“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【5】。

(1) 家电领域。中国电视行业预测到2010年,中国彩电总量达到1亿台,占世界产量的63%。据此估计,全球需要软磁铁氧体6万吨,永磁铁氧体8万吨。

(2) 信息化领域。电脑的普及带动了相关外置设备的发展,尤其是硬盘驱动器(HDD),预计到2010年全球产量超过5亿只;DVD、DVD-ROM和刻录机,到2010年全球的产量超过10亿。这是钕铁硼磁体应用的大市场,全球需要量在2万吨。

(3) 汽车领域。汽车已经成为中国国民经济发展的第五大支柱工业,到2010年,中国的汽车产量达到1000万辆,如每辆汽车用电机数在30只,扬声器在5只,将需要永磁体10万余吨。由于能源的紧张和环保要求,电动汽车的开发在加速,预测到2010年全球产量在350万辆,需要钕铁硼磁体4200吨。

(4) 其他配套领域。由于世界各类磁体配套件市场向中国转移,例如电动自行车的需求量越来越大。据中国助力车专业委员会不完全统计,2004年中国电动自行车产量约达500万辆。以每辆电动自行车平均需要0.3公斤烧结钕铁硼计算,需用磁体1500吨(折合毛坯近2500吨);由于国外劳动力成本等因素,加上中国磁体价廉物美,一些涉及劳动密集型的行业,如电子变压器、电机、电感、电声,均转移到中国或第三世界国家,同时磁体的销售市场也在中国。

中国磁性材料行业要从大国向强国转变,就要加速行业内的规模经济建设,发展强强联合,要有若干个年销售收入达到100亿的企业。中国企业必须要走出国门,收购或合资国外企业,建立跨国公司,树立国际名牌。中国企业必须投入应用开发领域,配合整机开发磁性材料配套部件和组件,到2010年全行业争取达到产值400亿人民币.

我国的磁性材料产业需要通过技术创新,继续加强稀土永磁材料的探索、加强高档稀土永磁材料的开发,使我国稀土永磁材料能保持持续发展。从整体上看中国磁性材料技术水平接近国际水平,但没有自已的知识产权和创新的产品。重点扶植中国专利产品,如钕铁氮磁体,但必须要全行业和相关的配套行业一起合作。同时还有产业的结构调整,中国的磁性材料企业一定要有自己特色的产品,在某一方面(价格、质量、市场占有率)领先全行业,使国内外其他企业无法竞争。中国的磁性材料产品特点要低价优质,才能参于国际竞争。我国

的磁性材料企业,加强自身的整合,不断提高管理和技术水平,通过与国外先进磁性材料企业加强合作,互助互利,使磁性材料产业更好的扎根于中国,使中国的磁性材料产业更好的服务于全球。

参考文献及资料:

【1】《2012-2016年中国新材料产业深度分析及发展规划报告》https://www.360docs.net/doc/e02986063.html, 【2】《百科知识》刘荣明2012年09期《纳米技术与永磁体》

【3】徐丽琴,解传娣等.《稀土永磁体研究发展动态综述》2008年12月第29卷第6期

【4】《“十一五”磁性材料行业发展规划纲要》https://www.360docs.net/doc/e02986063.html,

【5】陈浩,陈国华.中国磁性材料产业中长期发展战略研讨会,2004年11月

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

纳米磁性材料的制备和研究进展综述教案资料

纳米磁性材料的制备和研究进展综述 一.前言 纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。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)。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。 司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学,磁流体力学,原子核磁学,机体物理学,磁化学,

天文学,磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。 本次综述,主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先,介绍磁性纳米材料的发展历史,可以追溯到黄帝时期。其次,介绍磁性纳米材料的分类。------再次,重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类:1.由上到下,即由大到小,将块材破碎成纳米粒子,或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上,即由小到大,将原子,分子按需要生长成纳米颗粒,纳米丝,纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后,将全文主题扼要总结,并且找出研究的优缺点和差距,提出自己的见解。 二、主题 1、纳米磁性材料的发展史 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料,磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长,早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),,据传说,那是黄帝大战蚩尤于涿鹿,迷雾漫天,伸手不见五指,黄帝利用磁石指南的特性,制备了能指示方向的原始型的指南器,遂大获全胜.古代取其名为慈石,所谓“慈石吸铁,母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。

磁性材料基本特性

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。 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m: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mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp 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+cPeμf2t2/,r 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r 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(亳瓦特)/表面积(平方厘米) 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 设计软磁器件通常包括三个步骤:正确选用磁性材料;

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

磁性材料的研究现状与应用

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;

国内磁性材料业状况和前景

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、

关于磁性材料的发展研究综述

关于磁性材料的发展研究综述 关键词:磁性材料、钕铁硼永磁材料、纳米磁性材料、磁电共存、应用及前景 摘要:磁性材料,是古老而用途十分广泛的功能材料,与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。人们对钕铁硼永磁材料的研究和优化,是磁性材料进一步发展,并逐渐深入到纳米磁性材料的研发和研究…… 关于磁性材料的研究发展综述 一、磁性材料简介 实验表明,任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化,只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性,物质可分为五类:顺磁性物质,抗磁性物质,铁磁性物质,亚磁性物质,反磁性物质。根据分子电流假说,物质在磁场中应该表现出大体相似的特性,但在此告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大.这反映了分子电流假说的局限性。实际上,各种物质的微观结构是有差异的,这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因。我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质,把铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料,不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小,硬磁性材料剩磁较大。 二、磁性材料分类 磁性是物质的一种基本属性。实验表明,任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化,只是磁化的程度不同。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、镍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、硬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。 1、软磁材料软磁材料亦称高磁导率材料、磁芯材料,对磁场反应敏感,易于 磁化。大体上可分为四类:①合金薄带或薄片:FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等。 ②非晶态合金薄带:Fe基、Co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。。磁介质(铁粉芯):FeNi(Mo)、FeSiAl、 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──M O·Fe2O3 (M代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等),磁铅石型──Ba3Me2Fe24O41(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其复合组分)。 2、硬磁材料硬磁材料,又称永磁材料,不易被磁化,一旦磁化,则磁性不易消 失。目前使用的永磁材料答题分为四类:①阿尔尼科磁铁:其构成元素Al、Ni、Co(其余为Fe),是强磁性相α1在非磁性相α2中以微晶析出而呈现高矫顽力的材料,对其进行适当处理,可增大磁积能。②铁氧体永磁材料:以Fe2O3为主要成分的复合氧化物,并加入钡的碳酸盐。③稀土类钴系磁铁:含有稀土金属的钴系合金,具有非常强的单轴磁性各向异性。④钕铁硼系稀土永磁合金:该合金采用粉末冶金方法制造,是由④Nd2Fe14B、 Nd2Fe7B6和富Nd相(Nd-Fe,Nd-Fe-O)三相构成,其磁积能是目前永磁材料中的最高纪录。 三、磁性材料的应用 由于磁体具有磁性,所以在功能材料中备受重视。磁体能够进行电能转换(变压器)、机械能转换(磁铁、磁致伸缩振子)和信息储存(磁带)等。 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁

磁性材料与器件

磁性材料与器件结课论文 电科1303班白晋轩 2013016078 这个学期我因为兴趣原因选择了磁性材料与器件这门选修课,经过一个学期的学习与交流,有了很多感悟与心得,很感谢王维老师的精彩教学,让我经历了一个充实而又有趣的课程学习 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料,人们对物质磁性的认识源远流长,据传说,公元前P 世纪黄帝大战蚩尤于涿鹿,迷雾漫天,伸手不见五指,黄帝利用磁石指南的特性,制备了能指示方向的原始型的指南器,遂大获全胜&古时的磁石为天然的磁铁矿,其主要成分为Fe3O4,古代取名为慈石,所谓“慈石吸铁,母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用磁性材料的进展大致上分几个历史阶段:当人类进入铁器时代,除表征生产力的进步外,还意味着金属磁性材料的开端,直到18世纪金属镍、钴相继被提炼成功,这一漫长的历史时期是3d过渡族金属磁性材料生产与原始应用的阶段;20世纪初期磁性合金人工制备成功,并广泛地应用于电力工业、电机工业等行业,成为3d过渡族金属磁性材料的鼎盛时期,从此以后,电与磁开始了不解之缘;20世纪后期,从50年代开始,3d过渡族的磁性氧化物(铁氧体)逐步进入生产旺期,由于铁氧体具有高电阻率,高频损耗低,从而为当时兴起的无线电、雷达等工业的发展提供了所必需的磁性材料,标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段;1967年,SmCo合金问世,这是磁性材料进入稀土-3d; 过渡族化合物领域的历史性开端1983年,高磁能积的钕铁硼稀土永磁材料研制成功,现已誉为当代永磁王TbFe2巨磁致收缩材料与稀土磁光材料的问世更丰富了稀土-3d过渡族化合物磁性材料的内涵1972年的非晶磁性材料与1988年的纳米微晶材料的呈现,更添磁性材料新风采1988年,磁电阻效应的发现揭开了自旋电子学的序幕- 因此从20世纪后期延续至今,磁性材料进入了前所未有的兴旺发达时期,并融入到信息行业,成为信息时代重要的基础性材料之一- 磁性材料应用十分广泛,品种繁多,存在以下多种分类方式- 按物理性质分类:(1)按静磁特性:即根据静态磁滞回线上的参量,如矫顽力、剩磁等来确定磁性材料的类型- 例如:永磁属高矫顽力一类磁性材料;软磁属低矫顽力的一类磁性材料;矩磁属高剩磁、低矫顽力的一类磁性材料;磁记录介质属于中等矫顽力同时,具有高剩磁的一类磁性材料,而磁头却要求低矫顽力、高饱和磁化强度-(2)按交叉耦合效应:分为磁光、磁热、磁致收缩、旋磁、吸波材料- 按反常霍尔效应:分为铁电E 铁磁、巨磁阻抗材料等-(3)按与自旋相关的输运性质:有自旋电子学材料- 按化学组成分类:可分为金属(合金)、无机(氧化物)、有机化合物以及其复合磁性材料按维度分类:可分为纳米(零维、一维、二维)、颗粒膜、非晶、纳米微晶、块体磁性材料 按磁有序结构分类:可分为铁磁、亚铁磁、反铁磁、超顺磁材料 按应用分类:可分为永磁、软磁、磁记录、旋磁、磁致收缩、磁传感器、隐身、磁制冷等材料 这是磁性材料领域的最基础的知识,我印象深刻,整个教学中除了老师的授课外还有我们学生自己成立小组讨论学习感兴趣的内容并上台讲述,整个过程也是让人难以忘怀,感谢老师能给我们这样一个展示自我的机会。

导体、绝缘体、半导体和超导体

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。

分子磁性材料及其研究进展

第27卷第4期2012年8月 大学化学 UNIVERSITY CHEMISTRY Vol.27No.4 Aug.2012  分子磁性材料及其研究进展* 袁梅 王新益 张闻 高松** (北京大学化学与分子工程学院 北京100871) 摘要 对分子磁性材料的一些基本概念和磁学现象作了简单介绍,主要包括磁耦合二磁有序二磁弛豫和自旋交叉等几个方面三重点综述了单分子磁体二单链磁体二自旋交叉化合物二多功能复合磁体以及磁性分子组装领域的研究进展三 关键词 分子磁性 单分子磁体 单链磁体 自旋交叉 多功能复合磁体 分子磁性材料是一类通过化学方法将自由基或顺磁离子(包括过渡金属离子和稀土金属离子)及抗磁配体以自发组装和控制组装的方式组合而形成的磁性化合物三由于较传统磁体有着密度小二透明度高二溶解性好二易于加工二可控性好等优点,并有望在航天材料二微波材料二信息记录材料二光磁及电磁材料等领域得到应用,所以近年来对分子磁性的研究已经成为化学二物理学以及材料科学等多个领域研究的热点之一[1]三 分子磁性是指由材料中具有未成对电子的顺磁中心在配位化学环境中通过孤立或者协同作用表现出来的行为三通过研究孤立顺磁离子在配体场中的自旋状态,人们可以实现高低自旋态之间的转变,并通过温度二压力二光照等外场实现可控调节[2];通过研究自旋之间的协同行为,人们可以对磁耦合作用二磁有序温度等进行调节,从而得到各种具有不同体相磁性质的材料三除了常见的抗磁二顺磁二铁磁二亚铁磁和反铁磁性外,在分子磁性材料中还发现了很多新颖和复杂的磁现象,如单分子磁体二单链磁体二自旋交叉等磁性双稳态,spin?flop转变,变磁性和弱铁磁性等三化学家希望在分子化合物中实现和观察到这些新的磁现象,给物理学家提供新的研究模型,进而探讨它们的物理机制三本文将对这些分子磁性材料的基本概念和各种磁现象作简单介绍,并对目前的若干研究热点如单分子磁体二单链磁体以及自旋交叉配合物等作重点介绍[3?5]三 1 磁耦合[6?10] 要得到具有协同磁作用的磁性材料,体系中就必须存在磁耦合三在量子理论中,耦合也称为交换(exchange),最重要的几种交换作用包括直接交换二间接交换二各向异性交换以及偶极?偶极交换等三1.1 直接交换 直接交换(direct exchange)作用起源于相邻原子轨道的重叠,仅涉及相邻原子局域的电子自旋,即原子间没有其他原子来隔开传递交换的通路三这种作用主要存在于金属和合金中,而在金属配合物中则可以被忽略三 * **基金资助:国家自然科学基金项目;科技部项目通讯联系人,E?mail:gaosong@https://www.360docs.net/doc/e02986063.html,

磁性材料与技术在现代能源中的应用

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。

磁性材料的研究进展汇总

《磁性材料的研究进展》 学院:物理与材料科学学院 班级:13级材料物理 姓名: 王郁 学号:B51314019 指导老师:李秋菊 完成日期:2016年5月11日

摘要: 目前,磁性材料蓬勃发展,磁性材料的应用已渗透到国防、工业、信息等各个领域,对我们的生活产生了巨大的影响。同时,各种新磁性材料的诞生,也不断推动着现代材料科学的进展。本文对磁性材料进行了概述,并简介了其最新研究进展,尤其是对稀土磁性材料、巨磁电阻材料、纳米微晶磁性材料的研究进展进行了详细论述。 关键词: 磁性材料铁氧体稀土磁性材料巨磁电阻材料 前言 磁性材料广义上分为两大类:软磁材料和硬磁材料。软磁材料能够用相对低的磁场强度磁化,当外磁场移走后保持相对低的剩磁。软磁材料的矫顽力为400~0116A?m-1 ,主要应用于任何包括磁感应变化的场合。硬磁材料是在经受外磁场后能保持大量剩磁的磁性材料,这类磁性材料的典型矫顽力值,Hc为10~1000kA?m-1 ,具有高Hc值的硬磁材料称为永磁材料,主要用于提供磁场。磁性材料的磁导率、矫顽力、磁致损失、剩磁和磁稳定性是结构敏感性的,这些性能可以通过加工(包括机械加工和热处理)来控制。目前,磁性材料的研究方向主要有软磁材料、硬磁材料、磁力学材料、磁电子材料。磁性材料的进展大致上分几个历史阶段:当人类进入铁器时代时,标志着金属磁性材料的开端。直到18世纪,金属镍、钴相继被提炼成功,这一漫长的历史时期是3d过渡族金属磁性材料生产与原始应用的阶段;20世纪初期,FeSi、FeNi、FeCoNi磁性合金人工制备成功,并广泛地应用于电力工业、电机工业等行业,成为3d过渡族金属磁性材料的鼎盛时期;从20世纪50年代开始,3d过渡族的磁性氧化物(铁氧体)逐步进入生产旺期,由于铁氧体具有高电阻率,高频损耗低等优点,从而为当时兴起的无线电、雷达等工业的发展提供了所必需的磁性材料,标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段;1967年,SmCo合金问世,这是磁性材料进入稀土-3d化合物领域的历史性开端。巨磁致收缩材料与稀土磁光材料的问世更丰富了稀土-3d化合物磁性材料的内涵。1972年的非晶磁性材料与1988年的纳米微晶材料的呈现,更添磁性材料新风采。1988年,磁电阻效应的发现揭开了自旋电子学的序幕.因此从20世纪后期延续至今,磁性材料进入了前所未有的兴旺发达时期,并融入到信息行业,成为信息时代重要的基础性材料之一。 1、磁性材料的分类 磁性材料从材质和结构上讲,可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[1]。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

中国磁性材料产业现状及其发展展望(1)

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

全球磁性材料顶级企业

全球磁性材料顶尖企业 德国VAC公司 VACUUMSCHMELZE (VAC)公司是全球高性能磁性材料及器件生产商的领导者。产品涵盖半成品材料及其零部件,元器件及其集成系统,产品被广泛应用于电力电子及电子工程领域。从软磁产品到世界上磁性最强的永磁产品,VACUUMSCHMELZE是全球屈指可数的可以给客户提供整套磁性技术方案的跨国 公司之一。 今天的 VAC 已经拥有超过3000 名员工,分支结构(包括生产和销售)遍布在全世界40 多个国家,其年均销售额约为3亿欧元。正不断发展壮大成为一家国际化的企业。 美国莱尔德电子材料集团 美国莱尔德电子材料集团是设计和制造电磁屏蔽材料、导热界面材料和无线天线产品的世界著名公司,产品广泛应用于电信、数字通讯、手机, 计算机、通用电子装置、网络设备、航空、国防、汽车以及医疗设备等领域。美国莱尔德电子材料集团的客户均为世界著名厂商。美国莱尔德集团的母公司为英国莱尔德集团公众有限公司(其为英国伦敦股票交易所上市公司具有140多年历史)。 美国莱尔德电子材料集团注册于美国的特拉华州,通过并购一系列世界著名的电磁屏蔽产品、导热产品和无线天线产品的制造厂家(包括诸如 Instrument Specialties, APM, Bavaria Elektronik, Altoflex, R&F Produc ts, BMI, Warth, Thermagon, Centurion, Melcor等著名公司)而形成今天的 规模 美国莱尔德电子材料集团总部设于美国圣路易斯市,其制造基地和技术支援公司分布在美国,中国 (北京, 天津, 上海, 昆山, 苏州, 泉州, 深圳),法国,德国,匈牙利,瑞典,日本,英国,捷克共和国,新加坡,马来西亚,韩国和中国台湾。 美国莱尔德电子材料集团的战略发展是向客户提供全球技术解决方案及当地制造就近供货。自2000年美国莱尔德电子材料集团开始进入中国的市场, 现已拥有八家大型生产制造企业分布在北京,上海,天津,深圳,苏州,昆山和泉州, 为国内外客户生产具世界领先水平的电子元件及提供当地便捷、周到的各项服务。 日本国电磁测器株式会社 日本国电磁测器株式会社(简称NDK)专注于磁性材料的研究60余载,是日本充磁设备生产行业的领军企业,跻身世界顶尖公司行列,带着领先的科学技术和雄厚的资金实力,在中国上海先后投资成立了上海平野(瑞穗)磁气有限公司和上海笠原电装有限公司,引领了国内整个磁性材料行业的科技进步,促进了产业的蓬勃发展。 上海平野(瑞穗)磁气有限公司主要从事节能永磁材料先端设备的引进、开发、制造和销售,是一所集高端专业技术人才的科技型企业。在国内同行企业中,率先建立符合ISO9001-2000标准的质量管理体系,并通过TUV-CENT的认证,产品荣获CE认证证书,远销欧、美、日、韩、港、台和东南亚等世界各地,已成

我国磁性材料行业发展概况及行业竞争格局分析

我国磁性材料行业发展概况及行业竞争 格局分析 磁性材料主要是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等组成的能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料是电子工业的重要基础功能材料,广泛应用于计算机、电子器件、通讯、汽车和航空航天等工业领域和家用电器、儿童玩具等日常生活用品。 由于依据的重点不同,磁性材料有着不同的分类。磁性材料按应用类型分类,可分为软磁材料、永磁(或硬磁)材料、磁存储矩磁材料、微波旋磁材料、磁敏感(磁致伸缩)压磁材料及其它磁补偿材料等。按导电性能,又可分为金属磁性材料、铁氧体磁性材料、稀土磁性材料和其他非金属磁性材料。 磁性材料具体应用领域及产品 资料来源:产业信息网整理磁性材料产业链 磁性材料行业,从广义上讲,是将矿物材料或金属材料通过深加工将其变成与相关产业配套的零部件产品的制造行业,其产品不是最终的消费品,所以处于中游行业。 磁体行业产业链

永磁产品上游主要是钢铁制造,提供主要原材料铁鳞和铁红。下游行业主要有汽车、计算机及办公设备、家电、电动工具和电动玩具。软磁上游产业是钢铁制造行业和化工行业,钢铁制造行业提供主要原材料铁红,化工行业提供四氧化三锰、氧化锌,氧化镍等。下游包括计算机及办公设备、家电、消费电子、汽车、通讯设备、节能灯及LED等。 2013年全球、中国及横店东磁磁体产量 产业信息网发布的《2013-2018年中国磁性材料行业深度研究及投资前景评估报告》指出:二十一世纪经济全球化和国际产业结构的调整,我国正在形成全球最大的电子元件消费市场,这带动我国磁性材料的持速发展。2004-2012年,全球永磁材料和软磁材料产量的年复合增长率达到10%多,中国磁性材料产量一直位居世界第一。全球的永磁、软磁产量为105万吨和50万吨左右,中

磁性材料应用与进展

磁性材料应用与进展 庞丽丽 (萍乡学院,13级无机非金属材料1班,学号13461025) 摘要磁性材料广泛的用在我们的生活之中,特别在节约能源方面的应用。新型的纳米结构自旋电子学材料已是磁性材料领域中的传奇。 关键词磁性材料、自选电子学、永磁、软磁。 Abstract:Magnetic materials are widely used in our lives, p articularly in the application of energy conservation. Structure of new Nano-spintronics material is legendary in th e field of magnetic materials. Key words: Magnetic materials. Spin electronics. Permanent magnet.Soft magnetic. 1引言 磁性材料,通常所说的磁性材料是指强磁性物质,是古老而用途十分广泛的功能材料。而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用,例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中,例如将永磁材料用作马达,应用于变压器中的铁心材料,作为存储器使用的磁光盘,计算机用磁记录软盘等。而通常认为,磁性材料是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料,不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小,硬磁性材料剩磁较大。 20世纪80年代在(Fe/Cr/Fe)n纳米多层膜中发现了巨磁电阻效应,其物理本质是薄膜厚度小于自旋扩散长度,因此电子在输运过程中将保持自旋方向,通过外磁场可以改变自旋方向,从而改变电阻值,这发现开拓了在电子输运过程中通过调控自旋,显示与利用自旋特性的新领域,从而产生重要的自旋电子学新学科,利用调控自旋的特性,首先制备成高灵敏度的磁盘读出磁头,使磁盘的记录密度提高千倍,至今保持着信息存储的主流地位,其产值超过300亿美元,此外各种利用磁电阻效应的新颖传感器脱颖而出,其应用领域十分宽广。与微电子技术相结合,目前已研发成磁随 机储存器,MRAM,不同类型的MRAM如STT-MRAM;MeRAM等可统称为自旋芯片,自旋芯片属于核心高端芯片,是科技关键核心技术,可军民两用,具有高达上千亿美元的巨大市场前景,有可能成为后摩尔时代的主流芯片。[1] 2磁性材料 - 分类[2] 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

磁性材料原理及应用

磁性的起源和常见磁性材料应用 陈阳,王皓,徐航,信跃龙 磁性,在很久以前就引起了人们的兴趣。早在3000多年前,中国人就发现了自然界中存在一种磁石,它们可以相互吸引或吸引铁石。人们以丰富地想象力将此现象比喻为母亲慈爱地对待幼儿,《吕氏春秋·季秋记》中就有“慈石召铁,或引之也”的记述。现今汉语中的“磁”字就来源于当时的“慈”。中国古代的四大发明之一的指南针就是中国古代人民很早就开始利用磁性的实例。我们知道,所谓磁石其实也就是铁矿石(一般为磁铁矿Fe3O4)。我们也知道,铁会被磁铁吸引而且会被磁铁磁化。那么,它们为什么会有磁性或会被磁化?磁性到底是怎样产生的呢?为了解释物质的宏观磁性的性质,我们从原子着手来考察一下磁性的来源。 一、磁性的起源 “结构决定性质”。磁性当然也是由物质原子内部结构决定的。原子结构与磁性的关系可以归纳为: (1) 原子的磁性来源于电子的自旋和轨道运动; (2) 原子内具有未被填满的电子是材料具有磁性的必要条件; (3) 电子的“交换作用”是原子具有磁性的根本原因。 1.电子磁矩的产生 原子磁性是磁性材料的基础,而原子磁性来源于电子磁矩。电子

的运动是产生电子磁矩的根源,电子有绕原子核旋转的运动和自身旋转的运动,因此电子磁矩也是由电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩两部分组成的。按照波尔的原子轨道理论,原子内的电子是围绕着原子核在一定轨道上运动的。电子沿轨道的运动,相当于一个圆电流,相应得就会产生轨道磁矩。原子中的电子轨道磁矩平面可以取不同方向,但是在定向的磁场中,电子轨道只能去一定的几个方向,也就是说轨道的方向是量子化的。 由电子电荷的自旋所产生的磁矩就称为电子自旋磁矩。在外磁场作用下,自旋磁矩只可能与轨道磁矩平行或反平行。 很多磁性材料中,电子自旋磁矩要比电子轨道磁矩大。这是因为在晶体中,电子的轨道磁矩要受晶格场的作用,它的方向是改变的,不能形成一个联合磁矩,对外没有磁矩。这也即一般所谓的轨道动量矩和轨道磁矩的“猝灭”或“冻结”。所以很多固态物质的磁性主要不是由电子轨道磁矩引起的,而来源于电子自旋磁矩。当然这里还会有原子核的自旋磁矩,但一般都比电子自旋磁矩小得多(相差三个数量级),因此可以忽略不计了。 2.原子的磁矩 在原子中,由泡利不相容原理,原子中不可能有两个电子处于同一状态。又一个轨道中最多容纳两个电子,所以当一个轨道被电子填满,其中的电子对必然自旋相反,那么它们的电子自旋磁矩会互相抵消。要想让原子对外形成磁矩,则必须有未被填满的电子轨道。当然从实例中我们很容易可以看出,这只是一个必要条件。像Cu、Cr、V

相关文档
最新文档