功能金属材料磁性材料.ppt

磁性材料磁性材料磁性功能材料磁性功能材料 磁性材料指那些有磁性材料指那些有实际实际工程意工程意义义具有具有较较强强磁性磁性的材料。的材料。是最古老的功能材料。是最古老的功能材料。公元前几世公元前几世纪纪人人类类就就发现发现自然界中存在天然磁体，磁性自然界中存在天然磁体，磁性(MagnetismMagnetism)一一词词就因盛就因盛产产天然磁石的天然磁石的MagnesiaMagnesia地区而得名。早期的磁地区而得名。早期的磁性材料主要是性材料主要是软铁软铁、硅、硅钢钢片、片、铁铁氧体等。二十世氧体等。二十世纪纪六六十年代起，非晶十年代起，非晶态软态软磁材料、磁材料、纳纳米晶米晶软软磁材料、稀土磁材料、稀土永磁材料等一系列的高性能磁性材料相永磁材料等一系列的高性能磁性材料相继继出出现现。磁性。磁性材料广泛材料广泛应应用于用于计计算机及声像算机及声像记录记录用大容量存用大容量存储储装置装置如磁如磁盘盘、磁、磁带带，电电工工产产品如品如变压变压器、器、电电机，以及通机，以及通讯讯、无无线电线电、电电器和各种器和各种电电子装置中，是子装置中，是电电子和子和电电工工工工业业、机械行机械行业业和日常生活中不可缺少的材料之一，和日常生活中不可缺少的材料之一，第三章第三章 磁性材料磁性材料第一节第一节 材料的磁性材料的磁性 第二节第二节 软磁材料及其应用软磁材料及其应用基本要求基本要求第三节第三节 硬磁材料及其应用硬磁材料及其应用第四节第四节 磁记录材料及其应用磁记录材料及其应用主要内容主要内容理解磁性的起因及其理解磁性的起因及其参量参量理解磁性的分类及铁理解磁性的分类及铁磁物质的特性磁物质的特性掌握软磁材料、硬磁掌握软磁材料、硬磁材料磁记录材料的特材料磁记录材料的特点及其应用。点及其应用。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料一、磁性的产生及磁学基本参量一、磁性的产生及磁学基本参量物质磁性的本质：原子的磁矩物质磁性的本质：原子的磁矩 原子的磁矩原子的磁矩 原子核磁矩：约为电子磁矩原子核磁矩：约为电子磁矩1/20001/2000 电子磁矩电子磁矩 轨道磁矩轨道磁矩 自旋磁矩自旋磁矩 磁介质：在磁场作用下能磁化的物质。磁介质：在磁场作用下能磁化的物质。1、磁化强度、磁化强度 M 单位：单位：A/m 或高斯（或高斯（Gs），），矢量，由矢量，由S极指向极指向N极。极。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料磁化强度：衡量物质有无磁性或磁性大小磁化强度：衡量物质有无磁性或磁性大小的物理量，定义为物质单位体积中的磁矩的物理量，定义为物质单位体积中的磁矩大小。大小。2、磁场强度、磁场强度 H 单位：单位：A/m 或高斯（或高斯（Gs），），矢量，矢量，由由S极指向极指向N极。极。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料磁场强度：是指外界磁场的大小，也是一磁场强度：是指外界磁场的大小，也是一个矢量。单位同磁化强度个矢量。单位同磁化强度M。磁场强度。磁场强度H一般是由导体中的电流或者永磁体产生的。一般是由导体中的电流或者永磁体产生的。3、磁化率、磁化率 M/H第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料磁化强度磁化强度M与磁场强度与磁场强度H的比值称为的比值称为磁化磁化率率：即：即M/H表征物质磁性的大小表征物质磁性的大小4、磁感应强度、磁感应强度 B 单位：特斯拉（单位：特斯拉（T）或韦或韦/米米2(Wb/m2)B=0(H+M)第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料0是真空磁导率，是真空磁导率，0=410-7H/m在真空中（在真空中（M=0），），当磁场强度当磁场强度H为为（107/4）A/m时，相应的磁感应强时，相应的磁感应强度为度为1T。5、磁偶极矩、磁偶极矩pm、磁矩磁矩m第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料磁偶极子：通常把尺寸小到原子大小的小磁偶极子：通常把尺寸小到原子大小的小磁体称为磁偶极子，等效为环绕回路流动磁体称为磁偶极子，等效为环绕回路流动的电荷。的电荷。磁偶极矩磁偶极矩pm：真空中每单位外加磁场作用真空中每单位外加磁场作用在磁偶极子上的最大力矩。单位为在磁偶极子上的最大力矩。单位为Wb m。磁偶极子的磁矩磁偶极子的磁矩m和和磁偶极矩磁偶极矩pm有如下关系：有如下关系：m=pm/0 磁矩磁矩m的单位为的单位为Am2。磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量。磁磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量。磁矩愈大，磁性愈强，即物体在磁场中所受的矩愈大，磁性愈强，即物体在磁场中所受的力也大。力也大。磁矩只与物体本身有关，与外磁场无关。磁矩只与物体本身有关，与外磁场无关。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料6、磁通量、磁通量 单位为韦（单位为韦（Wb）第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料磁通量是磁感应通量的简称，其定义是：磁通量是磁感应通量的简称，其定义是：将通过磁场中某一微元面积将通过磁场中某一微元面积 S的磁通量的磁通量 等于该处磁感应强度等于该处磁感应强度B在垂直于面积方在垂直于面积方向上的分量向上的分量Bn和面积和面积 S的乘积，即的乘积，即 =Bn S=BcosS式中式中 为为磁感应强度磁感应强度B的方向与面积的方向与面积 S的的垂线方向之间的夹角。垂线方向之间的夹角。7、磁导率、磁导率 第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料磁导率定义为磁导率定义为=B/0 HB B与与H H的比值称为绝对磁导率的比值称为绝对磁导率绝对绝对。绝对绝对=B/H=0磁导率就等于材料的绝对磁导率磁导率就等于材料的绝对磁导率绝对绝对与真空磁与真空磁导率之比，故也称为相对磁导率。导率之比，故也称为相对磁导率。磁性材料磁性材料二、磁性的分类二、磁性的分类1 1、抗磁性物质、抗磁性物质 呈抗磁性，或称逆磁性。呈抗磁性，或称逆磁性。0，M与与H方向相反方向相反；磁化率磁化率 很小，很小，-10-5-10-6，且不随温度变化。，且不随温度变化。属于这类物质的金属有：属于这类物质的金属有：Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Mg。物质按磁化率以及在磁场中的行为可以分为物质按磁化率以及在磁场中的行为可以分为五类，即抗磁性物质、顺磁性物质、铁磁性五类，即抗磁性物质、顺磁性物质、铁磁性物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物质。物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物质。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性2 2、顺磁性物质、顺磁性物质 呈顺磁性。呈顺磁性。0，M与与H方向相同；磁化率方向相同；磁化率 在在 10-310-5。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料其特征是组成这些物质的原子具有恒定的其特征是组成这些物质的原子具有恒定的与外磁场无关的磁矩与外磁场无关的磁矩。属于这类物质的金属有：属于这类物质的金属有：La、Pr、MnAl、除除Be以外的碱金属和碱土金属以及居里温以外的碱金属和碱土金属以及居里温度以上的铁磁性元素度以上的铁磁性元素Fe、Ni、Co等。等。3 3、铁磁性物质、铁磁性物质 呈铁磁性。呈铁磁性。0，磁化率磁化率 在在可达可达104数量级。数量级。自发磁化自发磁化：铁磁体的原子磁矩在不加外磁场：铁磁体的原子磁矩在不加外磁场时，由于一种自身力量的作用而互相平行排时，由于一种自身力量的作用而互相平行排列，呈饱和磁化的状态。列，呈饱和磁化的状态。磁畴磁畴:这种自发磁化不是整体饱和，而是分这种自发磁化不是整体饱和，而是分成许多小区域，在每个小区域内饱和，这种成许多小区域，在每个小区域内饱和，这种饱和的小区域称为磁畴。饱和的小区域称为磁畴。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料铁磁物质的原子结构特点：铁磁物质的原子结构特点：（1）原子存在未填满的内电子层（例如）原子存在未填满的内电子层（例如3d或或4f层），在此层中未对消的电子自旋磁矩层），在此层中未对消的电子自旋磁矩产生原子磁矩。产生原子磁矩。（2）原子间距与未满电子层半径之比值要）原子间距与未满电子层半径之比值要求有一定的大小，这样才能够有足够大的交求有一定的大小，这样才能够有足够大的交换力，使物质中原子磁矩同相排列，才能形换力，使物质中原子磁矩同相排列，才能形成铁磁性。成铁磁性。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料第一节第一节 材料的磁性材料的磁性铁磁性物质是一种磁性很强的物质。是铁磁性物质是一种磁性很强的物质。是磁性材料的物质基础。磁性材料的物质基础。常见的铁磁性金属有：常见的铁磁性金属有：FeFe、NiNi、CoCo，某某些稀土元素以及由些稀土元素以及由FeFe、NiNi、CoCo组成的合组成的合金等。金等。4 4、反铁磁性物质、反铁磁性物质 0，M与与H方向相同；磁化率方向相同；磁化率 在在10-510-3。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料反铁磁性物质原子之间的磁矩不同与铁磁性物质反铁磁性物质原子之间的磁矩不同与铁磁性物质是平行的，而是反平行排列的。这种反方向的磁是平行的，而是反平行排列的。这种反方向的磁矩相互抵消，结果使总的磁矩为零。矩相互抵消，结果使总的磁矩为零。常见的反铁磁性物质有：常见的反铁磁性物质有：Mn、Cr,部分铁氧体部分铁氧体ZnFe2O4如和某些化合物如和某些化合物MnO、NiO、FeF2等。等。5 5、亚铁磁性物质、亚铁磁性物质 0第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料亚铁磁性物质的原子磁矩之间也存在反铁磁性相亚铁磁性物质的原子磁矩之间也存在反铁磁性相互作用，只是反平行排列的磁矩大小不等，不能互作用，只是反平行排列的磁矩大小不等，不能完全抵消。从而也引起一定程度的自发磁化。完全抵消。从而也引起一定程度的自发磁化。常见的亚铁磁性物质有：尖晶石型晶体常见的亚铁磁性物质有：尖晶石型晶体、石榴石石榴石型晶体等几种结构类型的铁氧体，稀土钴金属之型晶体等几种结构类型的铁氧体，稀土钴金属之间的化合物和一些过渡金属。间的化合物和一些过渡金属。磁性材料磁性材料三、铁磁性物质的特性三、铁磁性物质的特性1 1、内禀特性参数、内禀特性参数（1 1）自发磁化强度）自发磁化强度Ms：铁磁性物质中的铁磁性物质中的原子磁矩按一定规律排列在晶格中，与相原子磁矩按一定规律排列在晶格中，与相邻近原子发生相互作用，使邻近原子的磁邻近原子发生相互作用，使邻近原子的磁矩方向趋于与某一晶轴方向平行，自发地矩方向趋于与某一晶轴方向平行，自发地产生磁化强度。产生磁化强度。Ms的大小决定于铁磁性物质的原子结构和的大小决定于铁磁性物质的原子结构和邻近原子间的相互作用，并随温度而变化。邻近原子间的相互作用，并随温度而变化。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料（2 2）居里温度）居里温度Tc 当在某温度以下，迫使邻近原子取向当在某温度以下，迫使邻近原子取向一致的相互作用超过原子热运动的破坏一致的相互作用超过原子热运动的破坏作用，则在该温度以下，可以形成一定作用，则在该温度以下，可以形成一定程度的自发磁化，该温度叫做居里温度程度的自发磁化，该温度叫做居里温度（居里点）。（居里点）。居里温度以上时，原子热运动超过了居里温度以上时，原子热运动超过了原子磁矩取向一致的作用，而变为混乱原子磁矩取向一致的作用，而变为混乱状态，呈顺磁性。状态，呈顺磁性。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料（3 3）磁各向异性参数）磁各向异性参数K1 晶体磁性材料在不同的晶轴方向的磁晶体磁性材料在不同的晶轴方向的磁性能是不一样的，这个性质称为磁各向性能是不一样的，这个性质称为磁各向异性。异性。易于磁化的晶轴方向称为易磁化方向；易于磁化的晶轴方向称为易磁化方向；难于磁化的晶轴方向称为难磁化方向难于磁化的晶轴方向称为难磁化方向。磁各向异性参数磁各向异性参数K1：表征了某铁磁性物：表征了某铁磁性物质在外磁场下磁化时的难易程度。质在外磁场下磁化时的难易程度。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料（4 4）饱和磁致伸缩系数）饱和磁致伸缩系数s 当铁磁性物质在外磁场作用下被磁化当铁磁性物质在外磁场作用下被磁化时，铁磁性物质发生尺寸及形状的变化，时，铁磁性物质发生尺寸及形状的变化，这种现象称为这种现象称为磁致伸缩现象磁致伸缩现象。饱和磁致伸缩系数饱和磁致伸缩系数s：表示某一物质在：表示某一物质在外磁场作用下沿磁场方向测量到最大长外磁场作用下沿磁场方向测量到最大长度或形状的变化度或形状的变化。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料2 2、磁化、磁化铁磁物质在外磁场作用下的磁化过程是不可铁磁物质在外磁场作用下的磁化过程是不可逆的，这就是逆的，这就是磁滞现象磁滞现象。（1 1）关于磁化的几个重要概念）关于磁化的几个重要概念磁化曲线表征的是铁磁物质在外磁场作用下所磁化曲线表征的是铁磁物质在外磁场作用下所具有的磁化规律，又称为具有的磁化规律，又称为技术磁化曲线技术磁化曲线。自发磁化自发磁化：铁磁性物质的自旋磁矩在无外加磁：铁磁性物质的自旋磁矩在无外加磁场条件下自发地取向一致的行为。场条件下自发地取向一致的行为。磁性材料磁性材料第一节第一节 材料的磁性材料的磁性 磁滞回线磁滞回线是当磁场在正负两个相同数值之间是当磁场在正负两个相同数值之间变化时，磁感应强度的变化回线。这个回线变化时，磁感应强度的变化回线。这个回线的大小随磁场的正负最大值而不同。从饱和的大小随磁场的正负最大值而不同。从饱和磁化状态开始的磁滞回线叫磁化状态开始的磁滞回线叫基本磁滞回线基本磁滞回线。磁化曲线和磁滞回线有两种表示法：磁化曲线和磁滞回线有两种表示法：一种是一种是磁感应强度磁感应强度B对磁场对磁场H的曲线的曲线。这是工。这是工程技术中常用的表示方法；程技术中常用的表示方法；另一种是另一种是磁化强度磁化强度M对磁场对磁场H的曲线的曲线，这是，这是磁学中常用的表示方法。磁学中常用的表示方法。磁性材料磁性材料第一节第一节 材料的磁性材料的磁性Bs饱和磁感应强度饱和磁感应强度Hc 矫顽力矫顽力Br 剩余磁感应强度剩余磁感应强度磁导率磁导率m 最大磁导率最大磁导率（2 2）与磁化过程有关的特性参数）与磁化过程有关的特性参数Bs 饱和磁感应强度饱和磁感应强度，是指用足够大，是指用足够大的磁场来磁化磁性物质时，其磁化曲的磁场来磁化磁性物质时，其磁化曲线接近水平不再随外磁场的加大而增线接近水平不再随外磁场的加大而增加时的相应加时的相应B值，单位为值，单位为T或或Gs；Hc 矫顽力矫顽力，是指当磁性物质磁化到，是指当磁性物质磁化到饱和后，由于有磁滞现象，故要使饱和后，由于有磁滞现象，故要使B减为零需有一定的负磁场，单位为安减为零需有一定的负磁场，单位为安/米（米（A/m）或（或（Oe）；）；磁性材料磁性材料第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料第一节第一节 材料的磁性材料的磁性Br 剩余磁感应强度剩余磁感应强度，是指当以足够，是指当以足够大的磁场使磁性物质达到饱和后，又将大的磁场使磁性物质达到饱和后，又将磁场减小到零时的相应的磁感应强度；磁场减小到零时的相应的磁感应强度；Br/Bm 矩形比矩形比，是指剩余磁感，是指剩余磁感Br与与规定磁场强度所对应的磁感强度规定磁场强度所对应的磁感强度Bm的的比值。一般以比值。一般以Br/Bs之比为标准；之比为标准；磁导率磁导率，是，是B-H曲线上任意一点的曲线上任意一点的B和和H的比值，的比值，B/H，单位是单位是H/m或或Gs/Oe；0 初始磁导率初始磁导率，是指当，是指当H0时的磁时的磁导率；导率；m 最大磁导率最大磁导率，是指以原点作直，是指以原点作直线与线与B-H曲线相切，切线的斜率即曲线相切，切线的斜率即为为m。磁性材料磁性材料第一节第一节 材料的磁性材料的磁性磁性材料磁性材料四、磁致伸缩和磁弹性能四、磁致伸缩和磁弹性能随着温度的升高，一般磁致伸缩的绝对值随着温度的升高，一般磁致伸缩的绝对值会减小，并在自发磁化消失的居里点处变会减小，并在自发磁化消失的居里点处变为零。为零。磁弹性能磁弹性能：因磁致伸缩现象而产生的形变：因磁致伸缩现象而产生的形变能为磁弹性能。能为磁弹性能。第一节第一节 材料的磁性材料的磁性第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料磁性材料的分类：磁性材料的分类：按材料组分和结构特点分类按材料组分和结构特点分类金属磁性材料金属磁性材料铁氧体磁性材料铁氧体磁性材料金属磁性材料金属磁性材料晶态合金磁性材料晶态合金磁性材料非晶态合金磁性材料非晶态合金磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料按材料磁性能特点分类按材料磁性能特点分类硬磁合金硬磁合金软磁合金软磁合金矩磁合金矩磁合金压磁合金压磁合金矩磁合金和压磁合金都具有很低的矫顽力，接矩磁合金和压磁合金都具有很低的矫顽力，接近软磁合金的特点。近软磁合金的特点。HckA/mHckA/m第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料v软磁材料：容易反软磁材料：容易反复磁化，且在外磁场复磁化，且在外磁场去掉后，容易退磁的去掉后，容易退磁的材料。材料。v特点特点：软磁材料磁：软磁材料磁滞滞回线细长，磁导率回线细长，磁导率高，矫顽力低，铁芯高，矫顽力低，铁芯损耗低，容易磁化，损耗低，容易磁化，也容易去磁。也容易去磁。用途：用途：发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心；磁头与磁记录介继电器与电感、电抗器的铁心；磁头与磁记录介质；计算机磁心等。质；计算机磁心等。要求：要求：高的饱和磁感应强度、高的最大磁导率、高的饱和磁感应强度、高的最大磁导率、高的居里温度和低的损耗。高的居里温度和低的损耗。分类：分类：高磁饱和材料，中磁饱和中导磁材料，高高磁饱和材料，中磁饱和中导磁材料，高导磁材料，高硬度、高电阻、高导磁材料，矩磁导磁材料，高硬度、高电阻、高导磁材料，矩磁材料，恒磁导率材料，磁温度补偿材料，磁致伸材料，恒磁导率材料，磁温度补偿材料，磁致伸缩材料。缩材料。第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料v分类：分类：金属软磁材料金属软磁材料电工用纯铁电工用纯铁电工用硅钢片电工用硅钢片合金合金非晶态合金非晶态合金软磁铁氧体软磁铁氧体铁镍合金铁镍合金铁钴合金铁钴合金铁铝合金铁铝合金第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料 在在强磁场强磁场下工作的磁性部件，如电力工业中大量下工作的磁性部件，如电力工业中大量使用的电动机、发电机、大功率变压器、电磁铁等，使用的电动机、发电机、大功率变压器、电磁铁等，要求所用的磁性材料应具有要求所用的磁性材料应具有高的饱和磁感强度高的饱和磁感强度，价，价格便宜，生产工艺简单，便于大批生产。格便宜，生产工艺简单，便于大批生产。在通讯技术中常用的变压器、换能器的铁心、磁在通讯技术中常用的变压器、换能器的铁心、磁屏蔽材料以及开关等磁性元件，绝大部分在屏蔽材料以及开关等磁性元件，绝大部分在弱磁场弱磁场下工作，它要求材料应具有下工作，它要求材料应具有高的磁导率高的磁导率。作为金属软磁材料，由于它们工作条件不同，对材作为金属软磁材料，由于它们工作条件不同，对材料的要求也不一样：料的要求也不一样：磁性材料磁性材料一、电工用纯铁一、电工用纯铁含碳量极低，其纯度在含碳量极低，其纯度在99.95以上，在退以上，在退火状态，起始磁导率为火状态，起始磁导率为300500 0，最大，最大磁导率为磁导率为600012000 0，矫顽力，矫顽力Hc为为4095A/m。第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用影响纯铁磁性能的因素：影响纯铁磁性能的因素：晶粒和结晶轴对晶粒和结晶轴对磁化方向的取向关系，纯铁中的杂质，晶磁化方向的取向关系，纯铁中的杂质，晶粒大小，金属的塑性变形，加工过程中的粒大小，金属的塑性变形，加工过程中的内应力等内应力等.磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用主要用途：主要用途：电磁铁的铁芯和磁极，继电器的磁路和电磁铁的铁芯和磁极，继电器的磁路和各种零件，感应式和电磁式测量仪表的各种零件，各种零件，感应式和电磁式测量仪表的各种零件，扬声器的磁路，电话中的振动膜，磁屏蔽等。扬声器的磁路，电话中的振动膜，磁屏蔽等。性能特点：性能特点：电工用纯铁具有矫顽力低、磁导率高、电工用纯铁具有矫顽力低、磁导率高、导热性和加工性好、易焊接并有一定的耐腐蚀性和导热性和加工性好、易焊接并有一定的耐腐蚀性和价格便宜等优点，被广泛地用于直流应用中。价格便宜等优点，被广泛地用于直流应用中。最最常常见见的的是是电电磁磁纯纯铁铁，名名称称为为电电铁铁(代代号号DT)，含含碳碳量量低低于于0.04%的的Fe-C合合金金，Bs达达，其其供供应应状状态包括锻材、管材、圆棒、薄片或薄带等。态包括锻材、管材、圆棒、薄片或薄带等。去去应应力力退退火火：消消除除加加工工应应力力。保保护护条条件件下下860930，保温，保温4小时后随炉冷却。小时后随炉冷却。去去除除杂杂质质处处理理：纯纯铁铁中中的的杂杂质质（C，Mn，Si，P，S，N等等）会会显显著著降降低低材材料料的的磁磁导导率率和和矫矫顽顽力力。通通过过去去杂杂质质退退火火处处理理来来降降低低材材料料中中杂杂质质的的含含量量。在在纯纯干干燥燥氢氢气气或或真真空空(10-2帕帕以以下下)中中，于于12001300温度保温温度保温510小时。小时。工工业业纯纯铁铁的的热热处处理理：纯纯铁铁材材在在加加工工成成元元件件后后必必须须经过热处理才能获得好的软磁性能经过热处理才能获得好的软磁性能磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用人人工工时时效效处处理理：克克服服纯纯铁铁严严重重的的自自然然磁磁时时效效现现象象，为为保保持持纯纯铁铁元元件件的的磁磁稳稳定定性性，须须在在热热处处理理后后进进行行100，保保温温100小小时时的的人人工工时时效效处处理理。或或选选择择低低时时效敏感性的材料。效敏感性的材料。纯纯铁铁的的自自然然磁磁时时效效现现象象：即即随随着着时时间间的的增增长长，材材料料的的矫矫顽顽力力上上升升，磁磁导导率率下下降降。纯纯铁铁的的时时效效在在130附附近近特特别别明明显显。引引起起时时效效的的原原因因是是由由于于在在Fe中含有中含有N，逐渐形成铁的氮化物所致。，逐渐形成铁的氮化物所致。纯铁的缺点：纯铁的缺点：电阻率低，使用时产生很大的涡流损电阻率低，使用时产生很大的涡流损耗，不适于制作在交变场中工作的铁心。耗，不适于制作在交变场中工作的铁心。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用二、电工用硅钢片（二、电工用硅钢片（Fe-SiFe-Si合金）合金）低碳（低碳（C0.015wt%)低硅（低硅（(Si+Al)1wt%)铁铁中中加加Si的的作作用用：可可提提高高铁铁的的最最大大磁磁导导率率，增增大大电电阻阻率率，还还可可显显著著改改善善磁磁性性时时效效。但但Si加加入入量量过过多多时时，会会降降低低饱饱和和磁磁化化强强度度、居居里里温温度度、磁磁晶晶各各向向异异性性常常数数K1、磁磁致致伸伸缩缩系系数数含含Si量量的的增增大大会会使使材料变脆。材料变脆。硅钢片的硅钢片的机械性能机械性能与硅含量、晶粒大小、结晶结与硅含量、晶粒大小、结晶结构、有害杂质构、有害杂质(碳，氧，氢碳，氧，氢)含量分布状况以及钢含量分布状况以及钢板厚度有关；在很大程度上取决于有害杂质含量、板厚度有关；在很大程度上取决于有害杂质含量、冶炼方法、轧制的压下制度、退火温度和介质以冶炼方法、轧制的压下制度、退火温度和介质以及钢板表面状况等。及钢板表面状况等。硅钢片的硅钢片的磁性能磁性能同样与硅含量、冶炼过程、热处同样与硅含量、冶炼过程、热处理工艺、晶粒大小有关。理工艺、晶粒大小有关。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用一般认为，硅含量在一般认为，硅含量在66.5的钢具有高的磁的钢具有高的磁导率，硅也使铁的磁各向异性和磁致伸缩降低。导率，硅也使铁的磁各向异性和磁致伸缩降低。考虑到硅钢的机械性能及加工工艺性能，其中考虑到硅钢的机械性能及加工工艺性能，其中硅的含量不宜超过硅的含量不宜超过4。另外，碳、氢、硫、锰等元素均对合金的磁性另外，碳、氢、硫、锰等元素均对合金的磁性能有不利影响；增大晶粒可以改善硅钢的磁性能有不利影响；增大晶粒可以改善硅钢的磁性能，但使磁滞损耗增加。能，但使磁滞损耗增加。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料主要用途：主要用途：各种形式的电机、发电机和变各种形式的电机、发电机和变压器中；在扼流线圈、继电器和测量仪表压器中；在扼流线圈、继电器和测量仪表中也大量使用中也大量使用分类：分类：热轧热轧(无取向硅钢片无取向硅钢片)(D11、D31)；冷轧冷轧(无无取向取向)硅钢片硅钢片(DW270、DW310-35)；冷轧冷轧取取向向(DQ122G-30、DQ133G-30)第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用中国中国2002年底停止生产年底停止生产电讯用冷轧单取向硅钢片（电讯用冷轧单取向硅钢片（DGDG）与热轧硅钢相比，冷轧硅钢的与热轧硅钢相比，冷轧硅钢的Bs高，其厚度均匀、高，其厚度均匀、尺寸精度高、表面光滑平整，从而提高了填充系尺寸精度高、表面光滑平整，从而提高了填充系数和材料的磁性能。冷轧带材的厚度可低至。数和材料的磁性能。冷轧带材的厚度可低至。冷轧硅钢的含硅量不超过冷轧硅钢的含硅量不超过3.5%，否则的材料冷轧，否则的材料冷轧十分困难。近年来，用快速凝固技术可制备出含十分困难。近年来，用快速凝固技术可制备出含硅硅6.5%的硅钢薄带。的硅钢薄带。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用(1)(1)冷轧高斯织构（单取向）硅钢片冷轧高斯织构（单取向）硅钢片提高磁感应强度提高磁感应强度冷轧高斯织构（单取向）硅钢片冷轧高斯织构（单取向）硅钢片；冷轧立方织构（双取向）硅钢片冷轧立方织构（双取向）硅钢片图图3.3 FeSi合金单晶体磁化方向示意图合金单晶体磁化方向示意图冷轧单取向硅钢的晶粒取向 单单取取向向硅硅钢钢的的优优点点：磁磁性性具具有有强强烈烈的的方方向向性性；在在易易磁磁化化的的轧轧制制方方向向上上具具有有优优越越的的高高导导磁磁与与低低损损耗耗特特性性。取取向向钢钢带带在在轧轧制制方方向向的的铁铁损损仅仅为为横横向向的的1/3，磁磁导导率率比比约约为为6:1，其铁损约为热轧带的，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为后者的倍。，磁导率为后者的倍。去应力退火处理：去应力退火处理：用硅钢片制成的电磁元件成型之后，应消用硅钢片制成的电磁元件成型之后，应消除应力（除应力（800850，保温，保温515min），恢复材料磁性），恢复材料磁性 磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用图图3.3.4 Fe-Si4 Fe-Si合金冷轧立方织构示意图合金冷轧立方织构示意图(2)(2)冷轧立方织构冷轧立方织构(双取向双取向)硅钢片硅钢片具有较高的磁导率具有较高的磁导率 磁性材料磁性材料三、铁镍合金、铁钴合金、铁铝合金三、铁镍合金、铁钴合金、铁铝合金特点：特点：在较弱的磁场下，具有较高的磁导率，高的在较弱的磁场下，具有较高的磁导率，高的饱和磁感应强度，低的矫顽力和磁损耗，加工成型饱和磁感应强度，低的矫顽力和磁损耗，加工成型性也比较好。性也比较好。1 1、铁镍合金、铁镍合金(坡莫合金坡莫合金Permalloy)Permalloy)用途：用途：电讯工业、仪表、电子计算机，控制系统电讯工业、仪表、电子计算机，控制系统等领域等领域第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用含镍量为含镍量为3090%的铁镍合金，主要成分为铁、镍、的铁镍合金，主要成分为铁、镍、铬、钼、铜等。铬、钼、铜等。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用（1）Ni（3650%）：）：具有较低磁导率和较高具有较低磁导率和较高的饱和磁感应强度及矫顽力。在热处理中如能的饱和磁感应强度及矫顽力。在热处理中如能适当提高温度，延长时间，可降低矫顽力，提适当提高温度，延长时间，可降低矫顽力，提高磁导率。高磁导率。主要用在中等磁场，适用于做中小功率变压器、主要用在中等磁场，适用于做中小功率变压器、微电机、继电器、扼流圈、电磁离合器的铁心、微电机、继电器、扼流圈、电磁离合器的铁心、屏蔽罩、话筒振动片以及力矩马达衔铁和导磁屏蔽罩、话筒振动片以及力矩马达衔铁和导磁体等，主要牌号有体等，主要牌号有1J46、1J50和和1J54等。等。主要类型：主要类型：磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用（2）Ni（3450%）：）：结构上具有晶体结构结构上具有晶体结构与磁畴结构，沿易磁化方向磁化，可获得矩形与磁畴结构，沿易磁化方向磁化，可获得矩形磁滞回线，在中等磁场下，有较高磁导率和磁磁滞回线，在中等磁场下，有较高磁导率和磁感应强度；如经纵向磁场热处理，可使材料沿感应强度；如经纵向磁场热处理，可使材料沿磁路方向的磁导率和矩形比增加，矫顽力降低。磁路方向的磁导率和矩形比增加，矫顽力降低。主要用于中小功率高灵敏度的磁放大器和磁调主要用于中小功率高灵敏度的磁放大器和磁调制器、中小功率的脉冲变压器以及计算机中的制器、中小功率的脉冲变压器以及计算机中的元件等。元件等。主要牌号有主要牌号有1J51、1J52和和1J34等。等。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用（3）Ni（65%）：）：可以通过磁场热处理改善可以通过磁场热处理改善磁性能。主要牌号有磁性能。主要牌号有1J65和和1J76等。等。1J67合合金是在金是在1J65成分的基础上加入成分的基础上加入2的的Mo，从从而提高了电阻率，改善了合金的直流性能和而提高了电阻率，改善了合金的直流性能和交流性能。这类合金经磁场处理后获得磁畴交流性能。这类合金经磁场处理后获得磁畴取向，具有高的最大磁导率取向，具有高的最大磁导率 m和矩形磁滞回和矩形磁滞回线。线。主要用于中等功率的磁放大器及扼流圈、计主要用于中等功率的磁放大器及扼流圈、计算机元件和继电器等。算机元件和继电器等。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用（4）Ni（79%）：）：在弱磁场中，也有极高的在弱磁场中，也有极高的磁导率和低的饱和磁感应强度。磁导率和低的饱和磁感应强度。主要用于弱磁场下工作的高灵敏度和小型的主要用于弱磁场下工作的高灵敏度和小型的功率变压器、小型磁放大器、继电器、录音功率变压器、小型磁放大器、继电器、录音磁头和磁屏蔽等。磁头和磁屏蔽等。主要牌号有主要牌号有1J76、1J79、1J80和和lJ83等。等。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用（5）Ni（85%）：）：在软磁合金中只有相当高在软磁合金中只有相当高的初始磁导率和最大磁导率以及极低的矫顽的初始磁导率和最大磁导率以及极低的矫顽力，对微弱信号反应灵敏。力，对微弱信号反应灵敏。主要用作扼流圈、音频变压器、高精度电桥主要用作扼流圈、音频变压器、高精度电桥变压器、互感器、磁调制器、快速磁放大器变压器、互感器、磁调制器、快速磁放大器和录音磁头等的铁心和精密电表中的动片。和录音磁头等的铁心和精密电表中的动片。主要牌号有主要牌号有1J85、1J86和和1J87等。等。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用铁钴合金主要是指含钴量为铁钴合金主要是指含钴量为50的铁钴合金，的铁钴合金，具有高的饱和磁感应强度、高的初始磁导率具有高的饱和磁感应强度、高的初始磁导率和最大磁导率，通常称为坡明德和最大磁导率，通常称为坡明德(Permendur)合金。合金。这种合金存在微量杂质元素这种合金存在微量杂质元素(如如C、H和和N)和和出现无序出现无序-有序转变时将会变脆，其磁性能对有序转变时将会变脆，其磁性能对热处理和纯度也很敏感，因此提高合金纯度热处理和纯度也很敏感，因此提高合金纯度和抑制有序相的出现十分重要。和抑制有序相的出现十分重要。2 2、铁钴合金、铁钴合金(坡明德坡明德Permendur)Permendur)在这种合金中加入在这种合金中加入V、Mo、W和和Ti等元素，可等元素，可以改变其加工件能。特别是加入以改变其加工件能。特别是加入2V的铁钴的铁钴合金，也称为合金，也称为2V型坡明德合金。抑制了有序型坡明德合金。抑制了有序化的进行，从而便性能获得很大改善。化的进行，从而便性能获得很大改善。铁钴合金通常用作直流电磁铁铁心和极头材料、铁钴合金通常用作直流电磁铁铁心和极头材料、航空发电机定子材料以及电话受话器的振动膜航空发电机定子材料以及电话受话器的振动膜片等。此外，由于这种合金具有较高的饱和磁片等。此外，由于这种合金具有较高的饱和磁致伸缩系数，因此是一种很好的磁致伸缩合金，致伸缩系数，因此是一种很好的磁致伸缩合金，在电声换能器中应用前景广阔。在电声换能器中应用前景广阔。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用3 3、铁铝合金、铁铝合金磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用铁铝合金是指以铁和铝为主要元素组成的软铁铝合金是指以铁和铝为主要元素组成的软磁合金系列，研究表明当含铝量在磁合金系列，研究表明当含铝量在16以下以下时，便可以热轧成板材或者带材；当含铝量时，便可以热轧成板材或者带材；当含铝量在在56以上时，合金冷轧非常困难。以上时，合金冷轧非常困难。我国铁铝合金系列的主要牌导有我国铁铝合金系列的主要牌导有1J16、1J13、1J12和和1J6等。等。特点特点：（1）随着）随着Al含量的变化，可以获得各种较好的含量的变化，可以获得各种较好的软磁特性，如软磁特性，如1J16合金有较高的磁导率；合金有较高的磁导率；1J13合合金具有较高的饱和磁致伸缩系数金具有较高的饱和磁致伸缩系数 s；1J12合金既合金既有较高的磁导率又有较高的饱和磁感应强度等。有较高的磁导率又有较高的饱和磁感应强度等。（2）有较高的电阻率。）有较高的电阻率。1J16合金的电阻率是目合金的电阻率是目前所有金属材料中最高的一种，一般为前所有金属材料中最高的一种，一般为150cm，是是1J79铁镍合金的铁镍合金的23倍，因此具倍，因此具有较好的高频磁特性。有较好的高频磁特性。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用（3）有较高的硬度、强度和耐磨性，这对磁）有较高的硬度、强度和耐磨性，这对磁头之类的磁性元件来说是很重要的性能，如头之类的磁性元件来说是很重要的性能，如1J16合金的硬度和耐磨性要比合金的硬度和耐磨性要比1J79合金高。合金高。（4）密度低，可以减轻磁性元件的铁心质量。）密度低，可以减轻磁性元件的铁心质量。这对于铁心质量占相当大比例的现代电器设这对于铁心质量占相当大比例的现代电器设备来说很有必要。备来说很有必要。（5）对应力敏感性小，适于在冲击、振动等）对应力敏感性小，适于在冲击、振动等环境厂工作。环境厂工作。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用（6）合金的时效性好，随着环境温度的变化和）合金的时效性好，随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。使用时间的延长，其磁性变化不大。（7）具有较好的温度稳定性和抗核辐射性能。）具有较好的温度稳定性和抗核辐射性能。（8）铁铝合金和铁镍合金比较，它在性能上具）铁铝合金和铁镍合金比较，它在性能上具有独特的优点，不含有独特的优点，不含Ni、Co等贵重元素，成本等贵重元素，成本低，使用范围很广。它可以部分取代铁镍系坡莫低，使用范围很广。它可以部分取代铁镍系坡莫合金在电子变压器、磁头以及磁致伸缩换能器等合金在电子变压器、磁头以及磁致伸缩换能器等处使用。处使用。磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用四、非晶态合金四、非晶态合金磁性材料磁性材料第二节第二节 软磁材料及应用软磁材料及应用 非晶态软