磁性材料及其应用

为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空
磁导率 0 为基准，将其他物质的磁导率 与 0 比较， 其比值叫相对磁导率，用 r 表示，即
r
0
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铁磁物质的相对磁导率
材料 钴 镍
软钢 硅钢片 未经退火的铸铁
已经退火的铸铁
相对磁导率 174
1 120 2 180 7000～10000
240
620
磁导率用来表示媒介质导磁性能的物理量，用 表示。
的单位是：亨利/米(H/m)。 不同的物质磁导率不同。
在相同的条件下， 值越大，磁感应强度 B 越大，
磁场越强； 值越小，磁感应强度 B 越小，磁场越弱。
真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示 0 = 4 107 H/m
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（2）、 相对磁导率
1936年 利用氧化铁作磁记录介质为一个乐队录音，其录音带一 直保留到现在。
20世纪50年代 开发了存储电子计算机数据的硬磁盘技术和磁录 像技术。
60年代 出现了体积小的盘式录音磁（记录）带。 70年代初 开发了存储电子计算机数据的软盘技术和家庭盒式录 像磁带 80年代 磁带摄像机的开发和应用是磁记录技术的又一新的发展。
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各种规格的环形烧结 NdFeB永磁材料
外径Ф3mm~Ф160mm；
内径： Ф1mm~Ф140mm
各种规格的圆片形烧结NdFeB 永磁材料
尺寸范围：外径Ф2mm－ Ф160mm；
实用文档 厚度：0.3mm－60mm
各种规格的圆片形烧结NdFeB 永磁材料
各种未经表面保护处理的烧结 NdFeB永磁材料
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磁流体
磁流体又称磁性液体或铁流体。是一种对磁场敏感可 流动的液体磁性材料。 它是将掺入到载液中的铁磁性微粒（＜10nm）用分 散剂均匀地分散，使成为某种具有流动性的悬浮状的 胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下 即不沉降和凝集又能使其本身承受磁性可以被磁铁所 吸引的特性。
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1996年 数字式Video磁盘的商品化。 1998年，美国IBM开始采用GMR磁头量产3.5英寸台式电 脑硬盘，东芝也开始供应配备该磁头的2.5英寸笔记本电脑硬 盘样品。当时的面记录密度约为3Gbit/平方英寸 2004年 东芝垂直磁记录微硬盘（MK4007GAL， 133GBit/in2) 2005年 希捷垂直磁记录硬盘商业化（130GBit/in2)
铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性的现B象。
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（2）、磁性材料 磁化后磁性很强的物质叫磁性材料，又称为铁磁性物质。
（3）、磁性材料的分类 ①软磁性物质：磁化后容易去磁的物质称软磁性物质。
软磁性物质剩磁较小。 ②硬磁性物质：磁化后不易去磁的物质称硬磁性物质。
硬磁性物质剩磁较大。
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（3）磁性材料的应用 软磁性材料的剩磁弱，容易去磁，适用于需要反复磁化 的场合。 硬磁性材料的剩磁强，不易去磁，适用于制成永磁体。 以下物品是应用磁性材料制成的
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1975年即发现在磁性细菌体内有一排磁性纳米粒子
磁性纳米粒子导航作用的物理原理和生物过程？
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蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒，G代表磁性颗粒。
对地磁场的准确定位，磁偏角和磁倾角？
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石鳖齿舌中含有大量一维纳米磁性丝
一维纳米丝的丝由许多磁性柱构成，柱内是单畴粒子的集合。 其生物功能未必只是加强齿舌的耐磨性。
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磁记录媒体的分类： 磁带 磁盘 磁卡
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磁带结实用构文档图示
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磁盘结构
磁记录介实质用文档 磁头
4.4 Mbyte IBM RAMAC
1955 2 kbits/in2 50x24” dia
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80 Gbyte Seagate U series 2001 32.6 Gbits/in2 2 x 3.5”glass disks
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铁铬钴变形永磁合金是由天 津市天材科技发展有限公司
金坛市磁性材料有限公司生产永 磁铁氧体材料系列产品
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烧结NdFeB永磁材料
表面处理分电镀（Zn、Ni）、 喷涂、电泳、磷酸钝化等，
用于手机、BB机振动器的烧 结NdFeB永磁材料
产品具有强的耐腐蚀性。
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用于核磁共振成像仪及磁选 用于各种电机的烧结NdFeB磁瓦 机等的烧结NdFeB永磁材料
尺寸范围：外径Ф2mm－ Ф160mm；
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厚度：0.3mm－60mm
喷涂处理的烧结NdFeB永磁体
各种管状烧结NdFeB永磁材 料
尺寸范围：
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外径：
Ф3mm~Ф160mm；
圆柱形的烧结NdFeB永磁体
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--软磁材料
例如对于变压器，在线圈中加入磁芯后，将磁通限制在低 磁阻的磁芯内，用较小激励电流，产生比没有磁芯时大得 多的磁通，这就大大减少了电磁元件的体积。因此，加磁 芯的基本目的是为链合或耦合两个或多个磁单元的磁通， 提供容易通过的路径，将磁源和磁“负载”连接起来，作 为磁通“汇流条”，同时减少磁元件的体积。
GMR磁头不仅在厚 度上，而且在长度上 都在100纳米以内
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磁制冷材料
磁制冷是一种以磁性材料为工质的制冷技术 ，基本原理 是借助磁制冷材料的磁热效应（magnetocaloric effect）即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，而 等温退磁时从外界吸取热量，以达到制冷目的
环境友好：无环境污染和破坏 高效节能: 卡诺循环效率可达到 60~70％ 稳定可靠
课题四 铁磁材料与磁路 ---铁磁材料
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人类认识和使用最早的磁性材料
天然磁石 Fe3O4
• 吸铁性 • 指南性
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关于磁石的最早记载
“山上有赭者，其下有铁，山上有铅者，其下有银。一曰上 有铅者，其下有鉒银，上有丹沙者，其下有鉒金，上有慈石 者，其下有铜金，此山之见荣者也。”
《管子·地数篇》管仲 春秋时期
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磁性材料器件及应用
❖ 汽车领域
永磁起动电机 传感器 无刷直流电机
计算机领域 光驱 存储器 打印机
消费类电子产品领域 微型马达 扬声器 耳机 麦克风
电器领域 便携式电动工具电机 家用电器 电机
工业自动化领域 磁耦合器 伺服电机
工业产品领域 磁分离器 磁起重设备
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☆新型磁性材料的分类：
北宋 曾公亮与丁度编撰的《武经总要》 （1044 年）
“舟师识地理，夜者观星，昼者观日。阴晦观 指南针。”
北宋人 朱或 《萍洲可谈》
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司南
指南车
指南鱼
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各种指南针挂件
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磁体：具有磁性的物体
天磁磁体——磁铁
磁钢 人造磁铁
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1、磁导率μ
（1） 物质导磁性能的强弱用磁导率 表示。
“西流注于泑泽，期中多慈石。”
《山海经·北山经》战国时期
“若慈石之取针。”
“慈石召铁，或引之也。”
《鬼谷子》鬼谷子 战国中期
实用文档《吕氏春秋·精通》吕不韦 战国后期
关于指南针的应用和制作方法的记载
“若遇天景噎（阴暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方 向……出指南车或指南鱼，以辨所向……鱼法，用薄 铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭中烧 之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸 水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时置水碗于 无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也”。
用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广 泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等 领域。
宇航员头盔的密封是纳米 磁性材料的 最早重要应用之一-磁性 液体
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生物磁性
许多生物体内就有天然的纳米磁性 粒子，如磁性细菌，鸽子，海豚， 石鳖，蜜蜂，人的大脑等
这里有大量的课题需要研究，特别需要有物理和磁学背 景的人员参与，有利于对问题的理解
① 顺磁材料(如空气): μ略大于μ0
② 反磁材料(如铜): μ略小于μ0
高导磁材料： ·铸钢： μ≈1 000μ0
·硅钢片：μ≈(6 000~7 000)μ0
·玻莫合金：μ比μ0大几万倍
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2、铁磁材料的磁化
（1）磁化:使不具有磁性的物质具有磁性的过程叫磁化。
化。
任何物质在外磁场中都能或多或少地被磁
材料 镍铁合金 真空中融化的电解铁 坡莫合金 铝硅铁粉芯 锰锌铁氧体 镍铁铁氧体
相对磁导率 60 000 12 950 115 000 7 5000
1000
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（3）、铁磁材料
◆材料(介质)按磁导率分类：
非铁磁(非磁性)材料、铁磁(磁性)材料。
◆非铁磁材料(如空气、铜、铝和绝缘材料等) ：
μ ≈ μ0 = 4π×10-7H/m
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--特殊功能的磁性材料
磁弹性材料 磁电阻材料 磁制冷材料 磁流体
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磁弹性材料
磁性材料在磁场的作用 下形状发生改变，具体 表现可为长度上的伸长 或缩短，体积上的膨胀 和收缩
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磁弹性材料应用模型
磁电阻材料
磁性材料的电阻在磁场的作用下发生改变的现象 Magnetoresistance (MR)
永磁材料 软磁材料 磁记录材料 特殊功能的磁性材料
磁弹性材料 磁电阻材料 磁制冷材料 磁流体
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--永磁材料 在特定的空间内提供一个磁场
利用永磁材料的吸铁性及指南性
由于成本低廉，铁氧体 磁材有广阔的应用领域， 从电机、扬声器到玩具、 工艺品，因而是目前应 用最广的永磁材料。
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铝镍钴的主要应用领域： 电子点火系统、电度表、 伏安表、 医疗仪器、工业电机、磁 力簧片开关、发电机、手 动工具、自动售货机。
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共模电感铁芯
磁放大器铁芯
漏电保护开关互感器铁芯
大功率开关变压器铁芯
深圳市天为实科用技文档有限公司
小型开关电源变压器用环形铁芯
电流\电压互感器用铁芯
非晶恒电感
实用文档 纳米晶开气隙恒电感
--磁记录的发展历史
1898年，一位丹麦工程师伯尔森（Ponlsen）将声音用磁的方法 记录在磁性钢丝上，由此发明了录音电话机