高性能软磁材料的研究进展 (1)

收稿日期：２０１２－０８－

０１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（

５１０７１０３４）；教育部留学归国创新团队项目；吉林省留学回国人员创新创业基金第３３卷第５期 长春工业大学学报（自然科学版） Ｖ

ｏｌ．３３Ｎｏ．５２０１２年１０月 Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

ｏｆ　Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｏｃｔ．２０１２高性能软磁材料的研究进展

赵占奎，　邓　娜，　昝　朝，　王明罡

（长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室，吉林长春　１３００１２

）摘　要：综述了软磁材料的研究现状，以及作者近年来在非晶、纳米晶以及软磁复合材料等高性能软磁材料方面的研究进展。基于放电等离子烧结技术，进行了Ｆｅ基非晶软磁材料的大尺寸工程化制备研究，成功制备致密大尺寸具有优异软磁性能的Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５非晶磁环。通

过放电等离子烧结的加热速率控制放电脉冲强度，在低于Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５非晶玻璃转变温度以下，一步法实现Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５非晶合金的块体致密化与纳米晶化，实验结果表明，大的ＳＰＳ脉冲电流促进纳米晶化形核过程，使晶化后的晶粒更加细小均匀。重点介绍了微胞结构软磁复合材料的制备原理、结构特点以及优异的电磁性能。最后展望了高性能软磁材料的应用前景以及重要研究方向。

关键词：软磁材料；非晶；纳米晶；软磁复合材料

中图分类号：ＴＭ　２７１．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－１３７４（２０１２）０５－０５２１－

０８Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｓｏｆｔ　ｍａｇ

ｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓＺＨＡＯ　Ｚｈａｎ－ｋｕｉ，　ＤＥＮＧ　Ｎａ，　ＺＡＮ　Ｚｈａｏ，　ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇ－ｇａｎｇ

（Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　

ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　

ｐｒｏｂｌｅｍ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ　ａｌｌｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ，ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｆｏｃｕｓ　ｏｆ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｃｏｍｍｏｎ　ｈｕｍａｎｉｔｙ．Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｂａｓｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｎｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ａｐｐｅａｒｅｄ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｒｉｖｅｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｅｖｉｃｅ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｏｆ　ｄｒｉｖｅ，ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒｅｎｄ，ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｓｏｆｔｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｐｌａｙ　ｅｎｅｒｇｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ｃｏｒｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｌｏｓｓ　ｉｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐ

ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ，ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｙ　ａｕｔｈｏｒ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔｙ

ｅａｒｓ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ａｍｏｒｐｈｏｕｓ；ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ；ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．

０　引　言

哥本哈根联合国气候变化大会抛给公众一个热词“低碳”，节能减排已成为全人类共同关注的焦点，环境和能源问题越来越受到世界各国的高度重视。今天，我们生活在电气化时代，但是电能是如何得到的？一般说来，电能是通过发电机从热能、水的动能、风能、原子能等转换成电能的，即先将这些能量通过热机或水轮机转换为机械（动）能，再把机械能转换为电能。在电能应用中，５０％以上是应用于动力机械，即通过电动机将电能转换为机械（动）能来使用的。机械能和电能的相互转换离不开电磁场，而软磁材料的优劣决定了电磁场的转换效率。为了减少电能在长途传送途中的损失，需要以变压器为核心的输变电系统，软磁材料对变压器的效率起决定作用。磁性材料是国民经济中重要的基础材料，它不仅满足传统工业的发展需求，还在科技、电子信息等新兴技术中发挥着越来越重要的作用［１］。近年来，出现了采用电驱动装置和电子控制装置实现产品的驱动、自动控制和多功能化的趋势，关键的核心材料之一就是软磁材料。软磁材料在各种器件中起到能量耦合传递及转换的作用。在能源日趋紧缺和环境问题日趋严重的今天，降低软磁材料的损耗提高磁芯效率，在节约能源及控制环境污染等方面具有重大意义。

１　软磁材料的研究现状

１．１　金属系软磁材料

１９世纪２０年代，人们发现了电磁感应现象，并于１８２４年制造出世界上第一只电磁铁，从而以纯铁为先锋开始了软磁材料的发展历程。电工纯铁是指一种含铁量在９９．５％以上的优质钢，电工纯铁的饱和磁感应强度（Ｂｓ）以及居里温度（Ｔｃ）较高，但电阻率（ρ）低，矫顽力（Ｈｃ）大，通常只在直流下应用。

１９００年，Ｈａｄｆｆｅｌｄ［２］等发现在铁中加入Ｓｉ元素可以改善磁性。当时采用热轧工艺，片厚０．３５ｍｍ，损耗Ｐ１０／５０为１．７５～３．５Ｗ／ｋｇ。热轧硅钢有两个重大缺陷：损耗高，钢板表面质量差。此后２０多年间，人们用增加硅含量（４．５％～５．０％）以及在保护气氛中长时间高温退火的方法，使热轧硅钢的磁性能得到改善，Ｐ１０／５０可降低到０．９Ｗ／ｋｇ以下。随着冷轧技术的发展，人们逐渐采用冷轧方法生产硅钢片，在此基础上还出现了取向硅钢。原势二郎［３］等在研究中发现，先后沿着热轧方向和横向进行４０％压下率冷轧（交叉轧制），经过脱碳退火和二次再结晶退火后，可以获得较强的｛１００｝＜００１＞取向织构，这种在纵、横两方向都有磁感的双取向硅钢显著提高硅钢片的磁性能。

１９１３年前后，开发了在弱磁场下磁通密度在数百高斯以上的坡莫合金。为降低损耗，多以薄带加绝缘介质绕制成磁芯应用，其最佳使用频率范围不超过２０ｋＨｚ。近年来，经过改进工艺，薄带厚度已降到０．００５ｍｍ，其使用频率也相应提高到几百ｋＨｚ乃至ＭＨｚ。此外Ｆｅ－Ａｌ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系、Ｆｅ－Ｃｏ系软磁合金被用于制造小型铁芯、音频和视频磁头以及极靴、电机转子等。１．２　软磁铁氧体

软磁铁氧体材料最早是由荷兰Ｐｈｉｌｉｐ实验室的Ｓｎｏｅｋ于１９３５年研制成功的，适于在高频下应用的一种软磁材料，按其晶体结构可分为立方晶系的尖晶石（适用于低频、中频和高频）和平面六角晶系的磁铅石（适用于特高频，可到２００ＭＨｚ～２ＧＨｚ）。最常用的软磁铁氧体主要是ＭｎＺｎ，ＮｉＺｎ和ＭｇＺｎ三大系列。铁氧体虽在高频段损耗很低，但Ｂｓ仅为金属软磁的１／４左右。５０～８０年代为软磁铁氧体发展的黄金时代，除电力工业外（电力工业主要用硅钢片），各应用领域中铁氧体占绝对优势。铁氧体的Ｂｓ、居里温度Ｔｃ都相对非常低，为此，近年来世界各国的知名企业竞相投入大量的人力和物力，从调整烧结冷却气氛，严格控制固相反应过程等特殊的烧结工艺，附加Ｃａ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｃｏ等微量杂质细化晶粒烧结工艺以及改变磁芯形状等方法来提高软磁铁氧体的综合磁性能。

１．３　非晶、纳米晶软磁材料

１９６７年，Ｄｕｗｅｚ率先开发出Ｆｅ－Ｐ－Ｃ系非晶软磁合金，掀起了第一个非晶合金研究开发热潮。１９７０年Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ非晶态合金研制成功，１９７９年美国Ａｌｌｉｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术，先后推出命名为“Ｍｅｔｇｌａｓ”的Ｆｅ基、Ｃｏ基和Ｆｅ－Ｎｉ基系列非晶合金带材。非晶态磁性材料原子排列为长程无序、短程有序结构，没有磁晶各向异性，具有高磁导率和低矫顽力以及优良的综合软磁性能［４］。日本东北大学的Ｉｎ－ｏｕｅ１９９５年以来开发出多种软磁性Ｆｅ基大块金

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５长春工业大学学报（自然科学版） 第３３卷

属玻璃（Ｂｌｕｋ　Ｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｇｌａｓｓ，ＢＭＧｓ）。主要由铁磁性元素和有利于玻璃形成的金属元素、非金属组成。合金的Ｂｓ一般为０．９６～１．１５Ｔ，具有１．１～６．４Ａ／ｍ低的Ｈｃ，室温１ｋＨｚ下的磁导率可达７　０００～２５　０００［５］。Ｍａｋｉｎｏ最近报道的Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５［６］块体非晶合金，由于其高铁含量，其Ｂｓ达１．５１Ｔ，Ｈｃ低至０．８Ａ／ｍ，具有高的非晶形成能力，ΔＴｘ达到５２Ｋ。因其不含贵元素而具有低的成本，非常适宜工业应用。近几年，Ｆｅ基ＢＭＧｓ得到了快速发展［７］，非晶形成能力不断提高，铜模注射制备的Ｆｅ６８Ｍｏ４Ｙ６Ｂ２２最大直径达到６．５ｍｍ。铜模铸造Ｆｅ７５Ｍｏ５Ｐ１０Ｃ７．５Ｂ２．５强度达到３．２３ＧＰａ，塑性变形量达到５．５％。加入少量的Ｃｒ使Ｆｅ基ＢＭＧｓ的耐蚀性更好，腐蚀电位由－０．５８５Ｖ增加到－０．２８５Ｖ。相信随着低真空条件以及工业级原料的使用，Ｆｅ基ＢＭＧｓ更会吸引全世界材料界乃至企业界的关注。

１９８８年，Ｙｏｓｈｉｚａｗａ［８］等发明的ＦｅＳｉＢＮｂＣｕ纳米软磁材料问世，其性能优于非晶合金。研究发现，当晶粒尺寸Ｄ减小到一定的量级后，Ｈｃ与Ｄ的六次方成正比，即Ｈｃ∝Ｄ６。于是，软磁材料的研究又进入了另一个极端，即要求材料的晶粒尺寸Ｄ应尽可能地小，以致达到了纳米量级。在过去的２０年，纳米晶合金ＦｅＳｉＢＮｂＣｕ，ＦｅＺｒＢＣｕ和ＦｅＣｏＺｒＢＣｕ分别以Ｆｉｎｅｍｅｔ，Ｎａｎｏｐｅｒｍ和Ｈｉｔｐｅｒｍ的名字申请了专利［５］。其中Ｆｉｎｅｍｅｔ纳米晶软磁材料作为电磁设备材料被广泛地应用。最近Ｍａｋｉｎｏ等人在ＦｅＣｏＮｂＢ中加入了Ｃｕ和Ｎｉ，Ｔｃ达到９４０℃，Ｈｃ减低到４０Ａ／ｍ，μｅ增加到５　０００以上，Ｈｃ，μｅ值大约是Ｈｉｔｐｅｒｍ的３倍，由此ＦｅＣｏＮｂＢＣｕＮｉ也被认为可以用在高温条件下的纳米晶软磁合金。９０年代后期，非晶与纳米晶金属软磁材料逐渐成为软磁铁氧体的新的竞争对手，它们在性能上远优于铁氧体。

国内非晶材料应用研究始于１９７６年，国家科委从“六五”开始连续５个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列入重大科技攻关项目［４］。其中标志性的成果分别是：“七五”期间建成百吨级非晶带材中试生产线，带材宽度达到１００ｍｍ；“八五”期间突破了非晶带材在线自动卷取技术，并建成年产２０万只非晶铁心中试生产线；“九五”期间，成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心，建成了千吨级铁基非晶带材生产线，带材宽度达到２２０ｍｍ，同时建成年产６００ｔ非晶

配电变压器铁心生产线。通过前４个五年科技攻关计划的实施，我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在“十五”期间，纳米晶带材及其制品产业化开发又被列入重大科技攻关计划，国家给予重点支持，旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展，满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。

最近，日本阿尔卑斯电气株式会社将ＦｅＣｒＰＣＢＳｉ系非晶合金以“Ｌｉｑｕａｌｌｏｙ”的商标开发了大尺寸高性能软磁薄板，ＮＥＣ将ＦｅＮｂＢＳｉ为主要成分的非晶合金以“ＳＥＮＮＴＩＸ　Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ”为商标进行了粉芯以及薄带的系列化商业开发，占据软磁性金属玻璃商业开发的世界领先地位［５］。１．４　软磁复合材料

软磁性复合材料［９］（Ｓｏｆｔ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｍｐｏｓ－ｉｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＳＭＣｓ）是在铁磁性粉末颗粒表面包裹绝缘介质后，采用粉末冶金工艺压制成所需形状得到的体材料。具有Ｂｓ高、电阻率大的特点，在ｋＨｚ～ＭＨｚ范围具有低的功率损耗。早期的ＳＭＣｓ始于铁－树脂材料，因树脂遇热软化，故其热处理温度低，高温机械强度低。美国专利技术在粉芯中加入了一些无机氧化物、碳化物以及氮化物作为介电材料。Ｒｕｔｚ在铁粉颗粒表面生成１０～１００ｎｍ厚的磷酸盐覆盖膜，可实现树脂和磷化膜的双层绝缘包覆，具有较好的磁学性能和机械性能。Ｒｅｂｅｙｒａｔ发现磷酸盐涂层对铁粉表面氧化起到一定抑制作用。Ｉｓｈｉｈａｒａ发现由金属氟化物构成的绝缘覆膜扩散率低，高温绝缘性好。Ｊａｎｇｈｏｒｂａｎａ报导磷化物－硅烷双层覆膜及Ｓｏｌ－ｇｅｌ法ＭｇＯ覆膜能使材料的热处理温度分别达到５００℃和６００℃。我们用铁氧体溶胶法在Ｆｉｎｅｍｅｔ粉末表面包覆了ＭｎＺｎ铁氧体，５００℃热处理的材料在５００ｋＨｚ工作频率下磁导率达到６０，Ｑ值为５１。邹联隆等报道了玻璃相结构包覆层具有很高电阻率，且能耐很高的热处理温度５５０℃。文献还报道了爆炸法及温压法等成型方法。纯铁粉（尤其是海绵铁粉）由于其低的强度及高的塑性变形能力而被广泛用于压制ＳＭＣｓ。随着Ｆｅ基纳米晶软磁材料研究的飞速发展，ＳＭＣｓ的研究涉及的基础软磁材料从铁粉、铁镍粉、铁镍钼粉、铁硅铝粉发展到近年来的铁基纳米晶合金粉。我国兵器科学院、中南大学、北京科技大学、南昌大学［１２］等许多单位纷纷开展了以Ｆｅ基纳米软磁材料为基础的ＳＭＣｓ研究。但纳米晶软磁材

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料的高强度使冷压成型很难获得高的填充度。ＳＭＣｓ存在的主要问题之一是树脂或／和无机介电材料导致Ｂｓ降低。于敦波固结铁氧体和铁磁粉末，在铁氧体的加入量必须达到或超过渝渗浓度条件下才有绝缘效果。Ｇｈｅｉｓａｒｉ等利用软磁性Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体作为绝缘介质包覆Ｆｅ粉。结果显示，１０％～２０％Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体的加入有效降低了涡流损耗，但随着铁氧体加入量的提高，高频下的磁导率异常下降。

Ｆｌｏｃ’ｈ［１０］将Ｂｒｕｇｇｅｍａｎ的有效介质模型应用于ＳＭＣｓ的有效磁导率的研究，结果表明，以磁导率高的磁性材料作为ＳＭＣｓ的组分并获得高的致密度有利于提高材料的磁导率。

ＳＭＣｓ制备过程存在３个矛盾的问题：１）为尽可能地保证压坯密度而采用较大的成型压力导致内应力的增大；

２）为充分消除内应力，采用高的退火温度使有机物分解；

３）较大的填充密度和致密度易使电阻率下降。

所以不得不在压坯密度、内应力和电阻率三者作出选择性的牺牲。需要在以下方面进行细致的研究工作：设计新的成分，减小磁各向异性系数和磁致伸缩系数，高密度压制并松弛应力，采用薄的高度均匀而耐热的粒间绝缘膜，降低晶界扭曲；使用高电阻率绝缘层降低粒间涡流，通过合金化等方法增加铁磁性粉粒自身的电阻率，降低粒内涡流。

基于软磁材料的发展趋势以及社会发展的迫切需求，文中进行了相关的研究。

２　软磁材料的研究课题

２．１　非晶软磁材料的大尺寸工程化制备［１１］

Ｆｅ基ＢＭＧ除具有优越的机械性能，如高的强度、高的硬度、好的断裂韧性、超强的耐腐蚀性外，还具有卓越的软磁性能。最近，Ｍａｋｉｎｏ报导了Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５大块非晶合金具有高的Ｂｓ以及好的玻璃形成能力，铸棒直径达到２．５ｍｍ。对于Ｆｅ基ＢＭＧ，其非晶形成能力比Ｚｒ基、Ｔｉ基合金低，通常为了获得较大的冷却速率，而得到薄膜、片状、条带、粉末、丝以及棒状等低维形状。限制了工程应用。文中基于放电等离子烧结（ＳＰＳ）技术，制备了外径１５ｍｍ的磁环。烧结压力为６００ＭＰａ，烧结温度Ｔｓ＝７４０Ｋ时，致密度达到９８．７％，组织保持非晶态。Ｔｓ＝７２０Ｋ时的饱和磁感应强度Ｂ８００为１．４５Ｔ，最大磁导率为３　４７１，矫顽力为１７．６Ａ／ｍ。ＳＰＳ烧结Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５合金［１１］如图１所示。

２．２　ＳＰＳ直接晶化法制备大块纳米软磁材料

非晶晶化法是制备块体纳米材料的典型方法之一，然而制备大尺寸非晶块体之后进行晶化退火热处理，通常要在非晶晶化温度以上。根据电脉冲对非晶合金晶化的影响规律，将块体软磁磁芯制备与纳米化通过ＳＰＳ技术同时完成，简化了制备工艺，降低了成本。发现较大的脉冲电流，使Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５合金的晶化温度降低，晶化后得到更均匀细小的纳米晶。此外，大的脉冲电流还可以使磁芯更加致密。放电等离子烧结加热速率为２２５℃／ｍｉｎ时，固结后的磁芯具有优异的软磁性能，饱和磁感应强度达到１．５Ｔ，最大磁导率为１　４７０，矫顽力为３８Ａ／ｍ。

２．３　高电阻率软磁复合材料微胞结构的构建

基于如前所述的ＳＭＣｓ制备存在的３个问题和Ｆｌｏｃ’ｈ的研究结论，选用Ｆｅ基ＢＭＧｓ作为ＳＭＣｓ的基础软磁组分，Ｆｅ基ＢＭＧｓ在过冷液相温区具有牛顿粘滞流动特性，可以在低压下容易地制成各种形状，可望其过冷液相温区获得非常高的填充度。作为ＳＭＣｓ的绝缘层，最理想的绝缘组分是能有效地阻断铁磁颗粒间的涡流通路并能较好地耦合铁磁颗粒间的磁场。软磁铁氧体即有高的电阻率又有高的磁导率，是最好的选择之一。铁氧体纳米粉的制备技术已经成熟，成本低。但具有高致密度的均匀完整的铁氧体绝缘层的ＳＭＣｓ尚未见报导。２００６年，我们用ＳＰＳ法烧结高熔点非导电相（Ａｌ２Ｏ３纳米粉）包覆低熔点微米级颗粒（Ａｌ－Ｍｎ－Ｃｅ合金），发现可实现致密高强度烧结，制备出微胞结构陶瓷／金属三维块体复合材料［１２］。该技术获得中国发明专利授权［１３］。不同加热速率下ＳＰＳ直接晶化样品的场发射扫描电子显微图［１２］如图２所示。

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图２　不同加热速率下ＳＰＳ直接晶化样品的场发射扫描电子显微图

近年来进行了金属／陶瓷复合材料微胞结构构建及基于ＳＰＳ放电行为的微区温度场的研究（ＮＳＦＣ　

Ｎｏ．５０７７１０２３），发现该方法广泛适用于非导电高熔点（如ＳｉＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２）纳米材料包覆着的低熔点导电金属材料（如Ａｌ－Ｍｎ－

Ｃｅ合金）的烧结，归因于复合材料的空间微纳米组装结构的熔点分布和ＳＰＳ法的选择放电性瞬时高温场

之间的契合［

１４］

。软磁复合材料微胞结构的构建如图３所示。微胞结构软磁复合材料的微观结

构［１５］

如图４所示

。

　

　

各个方向涡流通路，同时增加Ｆｅ基非晶颗粒之间磁感应场的耦合。Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５，Ｆｅ７３．５Ｃｕ１Ｎｂ３Ｓｉ１３．５Ｂ９，Ｆｅ－６．５Ｓｉ以及纯Ｆｅ等４种铁磁性材料与Ｚｎ０．５Ｎｉ０．５Ｆｅ２Ｏ４构成的微胞结构软磁复合材料的ＳＥＭ照片［１６］如图５所示

。

图５　Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５，Ｆｅ７３．５Ｃｕ１Ｎｂ３Ｓｉ１３．５Ｂ９，Ｆｅ－６．５Ｓｉ以及纯Ｆｅ等４种铁磁性材料与Ｚｎ０．５Ｎｉ０．５Ｆｅ２Ｏ４构成的微胞结构软磁复合材料的ＳＥＭ照片

３　展　望

２０世纪９０年代以来，软磁材料发展走过了辉煌的一页：非晶、纳米晶、金属玻璃软磁材料，磁粉芯、非晶微晶条带、软磁复合材料给越来越重视环境和能源问题的世界各国的节能减排带来希望。软磁材料在汽车、新能源、信息、消费电子以及电力电子领域的小型化和高性能化中具有重要意义，有待于我们加强基础，勇于探索，进行创新性的研究，争取在未来的国际磁性材料领域中，中国的自主知识产权占相当的比例。

我国已成为磁性材料生产的大国，但要成为强国尚需政界、学术界、企业界的共同努力，携手并进。

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第５期 赵占奎，等：高性能软磁材料的研究进展

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６０４４．

［９］　Ｈ　Ｓｈｏｋｒｏｌｌａｈｉ，Ｋ　Ｊａｎｇｈｏｒｂａｎ．Ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＳＭＣｓ）［Ｊ］．Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｐｒｏｃ．Ｔｅｃｈ．，２００７，１８９：１－１２．

［１０］　Ｍ　Ｌｅ　Ｆｌｏｃ’ｈ，Ｊ　Ｌ　Ｍａｔｔｅｉ，Ｐ　Ｌａｕｒｅｎｔ，ｅｔ　ａｌ．Ａｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉ－

ａｌｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．，１９９５，１４０／１４４

（３）：２１９１－２１９２．

［１１］　Ｚ　Ｋ　Ｚｈａｏ，Ｃ　Ｔ　Ｃｈａｎｇ，Ａ　Ｍａｋｉｎｏ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａ－ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５ｇｌａｓｓｙ　ｂｕｌｋ　ｍａ－

ｔｅｒｉａｌ　ｂｙ　ｓｐａｒｋ　ｐｌａｓｍａ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ．

Ｔｒａｎｓ．，２００９，５０（３）：４８７－４８９．

［１２］　Ｚ　Ｋ　Ｚｈａｏ，Ｋ　Ｆ　Ｙａｏ，Ｊ　Ｆ　Ｌｉ．Ａ　ｂｕｌｋ　ｍｅｔａｌ／ｃｅｒａｍｉｃｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒａｌ　ｗｉｔｈ　ａ　ｃｅｌｌｕａｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．

Ｃｈｉｎ．Ｓｃｉ．Ｂｕｌｌ，２００６，５１（２）：２３５－２３９．

［１３］　赵占奎，姚可夫．微胞陶瓷／金属块体复合材料及制备技术［Ｐ］．中国专利：ＺＬ２００４１００９７１９６．

［１４］　Ｍ　Ｇ　Ｗａｎｇ，Ｄ　Ｚｈａｎｇ，Ｓ　Ｘ　Ｗａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｆａｂｒｉｃａ－ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｒｏｕｓ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ＴｉＯ２ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｂｙ

ＳＰＳ［Ｊ］．Ｊ．Ｉｎｏｒｇ　Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ　Ｐ．，２０１２，２２：１７－２０．［１５］　Ｚ　Ｋ　Ｚｈａｏ，Ｓ　Ｃｈｅｎ，Ｍ　Ｇ　Ｗａｎｇ．Ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｏｆ　ｍｉ－ｃｒｏ－ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｏｎｓｉｓｔ　ｏｆ　Ｆｅ－ｂａｓｅ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ

ａｌｌｏｙ　ａｎｄ　ｆｅｒｒｉｔｅ［Ｃ］／／２０１２Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｏｎ－

ｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔａｉｙｕａｎ：［ｓ．ｎ．］，２０１２．

［１６］　Ｓ　Ｘ　Ｗａｎｇ，Ｓ　ｌ　Ｌｉ，Ｍ　Ｇ　Ｗａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅ　ｃｏｎ－ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　３Ｄｍｉｃｒｏ－ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔ－

ａｌ／ｃｅｒａｍｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＲＡＲＥ　ＭＥＴＡＬＳ，２０１１，

３０（ｓ１）：６０４－６０９．

作者简介

：

赵占奎　男，汉族，１９６９年生，吉林长春

人。１９９９－２００２年师从蒋青教授获得吉林

大学材料学工学博士学位，２００４年清华大学

博士后出站，２００７－２００８年日本Ｔｏｈｏｋｕ大

学金属材料研究所Ｉｎｏｕｅ组访问学者，长春

工业大学材料学院教授，材料物理与化学学

科带头人，国家自然科学基金函审专家，日本金属学会会员，中国材料研究学会会员。主要研究方向是非晶、准晶、纳米晶等非平衡凝固合金及其粉末冶金，近年来致力于高性能软磁纳米复合材料的研究。主持国家自然科学基金２项、教育部留学回国团队专项１项、中国博士后科学研究基金１项、省部级课题５项。获得吉林省科技进步一等奖１项，申请中国发明专利６项（获授权３项），发表学术论文５０余篇，其中ＳＣＩ收录１８篇，ＥＩ收录１５篇。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｚｋ＠ｍａｉｌ．ｃｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．

８

２

５长春工业大学学报（自然科学版） 第３３卷

软磁材料技术发展与产业概况

软磁材料技术发展与产业概括 一、软磁材料技术基础 定义：能够迅速响应外磁场的变化，当磁化发生在矫顽力H c不大于100A/m （1.25Oe），这样的材料称为软磁体。 技术要求：能低损耗地获得高磁感应强度，即低损耗（P=涡流损耗Phv&磁损耗Pev）、高饱和磁感应强度（Ms），既容易受外加磁场磁化，也容易退磁，即高磁导率（μa）、高稳定性。低损耗可以保证能量转换效率高，器件不容易发热；高饱和磁感应强度可以保证提供磁场强度大，最高的Fe-0.35Co合金拥有2.45T的饱和磁化强度，纯铁的有2.15T；容易磁化和退磁可以保证器件灵敏度。 材料分类： 1.金属软磁，以硅钢片、坡莫合金、仙台合金等为代表，包括Fe系、Fe-Si系、 Fe-Al系、Fe-Ni系、Fe-Si-Al系、Fe-Co系、Fe-Cr系等 2.晶体软磁，又称铁氧体软磁材料，以Mn-Zn系、Ni-Zn系和Mg-Zn系为代表 的各种软磁铁氧体 3.非晶、纳米晶软磁材料，简称Finemet，有Fe基和Co 基两种非晶软磁材料；按制品形态分类： i.合金类，主要有硅钢片坡莫合金、非晶及纳米晶合金； ii.粉芯类，又称磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）； iii.铁氧体类：算是特殊的粉芯类，包括：锰锌系、镍锌系 常用软磁材料特性：

二、软磁材料的应用介绍 软磁材料在工业中的应用始于十九世纪末。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。到二十世纪初，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。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

新材料概论金属材料及其合金的研究进展

新材料概论金属材料及其合金的研究进展

河南工程学院《新材料概论》考查课 专业论文 金属材料及其合金的研究进展 学生姓名： 学号：== 学院： 专业班级： 专业课程： 任课教师：

日 金属材料及其合金的研究进展 ) 摘要：金属是人们日常生活生产中最不可或缺的材料，更是人类社会进步的关键所在，本篇论文主要论述金属材料的种类、性能及在社会发展中的重要应用，并且展望金属材料在未的发展前景。 关键词：金属材料、镁合金、铝合金、记忆金属 金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。由两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质称为合金。工业中广泛使用的金属材料是合金，金属材料中最常用的是钢铁、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金等。现代生产生活中种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 一、金属材料的分类 金属材料通常分为黑色金属和有色金属如图1所示 1、黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳2％～4％的铸铁，含碳小于2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。[1]金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。变形

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。

金属材料大气腐蚀研究进展汇总

存档日期：存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称：材料保护学 课程代号： 任课教师： 完成日期： 专业： 学号： 姓名： 成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

金属材料大气腐蚀研究进展 摘要：本文对金属大气腐蚀研究做了简介，综述了我国的大气腐蚀研究进展，并比较了国内外的发展水平。得出我国的大气腐蚀研究已经进入了世界强国之列，但是总体上与美国等发达国家有着20-30年的差距。对以后的大气腐蚀研究方面提出了展望。 关键词：金属，大气，腐蚀

大气腐蚀是指大气中的腐蚀性气体溶解在水中作用于金属表面所引起的腐蚀[1]。大气腐蚀是金属腐蚀的基本类型，几乎所有与大气接触的金属材料都会受到大气腐蚀，大气腐蚀所造成的损失约占腐蚀总损失的一半以上[2]，因此，开展大气腐蚀与防护的研究具有重要的意义。 1.金属大气腐蚀研究简介 金属的大气腐蚀是自然界中存在的最普遍的腐蚀现象，因此人们在很早以前就已经开始对它进行研究。特别是基于自然环境中的大气腐蚀现场曝晒试验直观、可靠的特点，世界各国对其都格外重视。尤其是像美国、英国和日本等工业发达的国家，早在上个世纪初就开始通过现场曝晒试验研究多种材料在自然大气环境中的腐蚀行为。相比之下，我国开展自然环境的大气腐蚀研究起步较晚，始于20世纪50年代中期，即1955年开始建立大气腐蚀曝晒试验站，但由于历史原因，发展迟缓，不具系统性，期间由于“文革”影响还中断了十几年，直到1980年才在全国范围内恢复自然环境腐蚀试验网站的建设工作[3]。我国在大气腐蚀基础研究方面在国内外发表了大量的论文，这些系列论文的发表极大的提高了我国在大气腐蚀方面的研究地位，标志着我国已经进入大气腐蚀研究强国之列，而且这方面还保持着很好的发展势头[4]。 2.大气腐蚀行为与规律若干研究进展 （1）金属材料自然环境腐蚀幂指数规律的建立和金属大气腐蚀初期行为与规律研究[5]。以黑色金属和有色金属材料在我国典型大气环境中的长期现场腐蚀试验为基础，通过数据采集、评价和综合分析，获得了金属材料在我国典型大气环境中的腐蚀速率幂函数规律和相关参数以及拟合曲线，由此建立的幂函数模型可以表征我国典型大气环境下金属材料的腐蚀规律，这一规律的确认与获得是我国材料大气腐蚀学科领域的重要进展。其模型为： D A n t 其中，D——腐蚀深度（mm）； t——暴晒试验时间（a）； A——第一年的腐蚀深度（与环境及材料有关）； n——代表腐蚀发展趋势（随钢种和环境变化极大，数值一般小于1）； 对Q235和09CuPCrNi耐候钢在模拟潮湿和湿热大气环境中的腐蚀初期行为；铝合金AZ91D镁合金在模拟大气环境中的腐蚀初期行为与机理；Q235、09CuPCrNi耐候钢、铝合金AZ91D镁合金在单一SO2、CO2、NaCl沉积污染状况下和SO2、CO2、NaCl沉积复合污染下的腐蚀初期行为与机理等进行了系统研究，得到了一系列结果，发表在国内外学术刊物上。

磁性材料行业的发展前景

磁性材料行业的发展前景 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。其中，仅永磁材料的年度市场销售额就已经超过100亿美元。 磁性材料可用于哪些产品呢？首先，在通讯行业，全球数十亿部手机都需要大量的铁氧体微波器件、铁氧体软磁器件和永磁元件。全球数以千万计的程控交换机也需要大量高技术磁芯等元件。此外，国外无绳电话安装数量已经占固定电话总量的一半以上。这类电话需要大量软磁铁氧体元件。而且，可视电话也在快速普及。它也需要大量磁性元件。第二，在IT行业，硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD-ROM驱动器、显示器、打印机、多媒体音响、笔记本电脑等也需要使用大量钕铁硼、铁氧体软磁、永磁材料等元件。第三，在汽车行业，全球汽车年产量约5500万辆。按每辆汽车使用铁氧体永磁电机41只计算，汽车行业每年需要电机约22.55亿只。此外，全球汽车扬声器需求量也数以亿计。总之，汽车行业每年需要消耗大量的磁性材料。第四，在照明设备、彩电、电动自行车、吸尘器、电动玩具、电动厨房用具等行业，磁性材料的需求量也很大。例如，在照明行业，LED灯具的产量很大，它需要消耗大量的铁氧体软磁材料。总之，全球每年都有数以百亿计的电子、电气产品需要使用磁性材料，在很多领域，甚至需要技术含量极高的核心磁性器件。 总之，磁性材料能覆盖大量的电子、电气产品，是材料行业的基础、骨干工业部门之一。随着我国电子、电气工业的快速崛起，我国已经成为全球最大的磁性材料生产、消费国。在不久的将来，全球一半以上的磁性材料都将用于供应中国市场。很多高技术磁性材料、元件也将主要由中国企业生产、采购。磁性材料也将成为我国国民经济中的支柱产业之一。 磁性材料行业的专利部署 作为基础材料、元件，磁性材料产品能覆盖大量的电子、电气产业。因此，保护磁性材料和工艺的专利能延及大量电子、电气产品。使用侵权磁性材料或者元件的电子、电气产品制造商，乃至这类产品的销售商也会侵犯磁性材料、工艺专利。例如，在稀土永磁材料NdFeB领域，美国Magnequench国际公司曾对一大批下游企业，如微软、东芝、飞利浦、宏基、沃尔玛超市等数十家大企业提起专利侵权诉讼。由于美国、日本、欧洲、韩国、台湾地区一大批著名企业先后被告专利侵权，该案在电子行业曾产生较大影响，促进了企业在磁性材料领域的专利部署活动。检索显示，我国磁性材料行业的专利申请量较大，相关发明专利文献主要分布在如下领域：

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

金属材料疲劳研究综述

金属材料疲劳研究综述 摘要：人会疲劳，金属也会疲劳吗？早在100多年前，人们就发现了金属也是会疲劳的，并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害，所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展，概述了金属产生疲劳的原因及影响因素，以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词：金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一．引言 金属疲劳的概念，最早是由J．V．Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时，“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力，且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的，且表现为突然断裂，无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂，危害极大，所以研究金属的疲劳是

非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制，还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月，华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体，19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现，飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体，是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后，人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果，才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二．金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间，Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度，Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代，力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代，Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da／dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年，美

高性能软磁材料的研究进展 (1)

收稿日期：２０１２－０８－ ０１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ ５１０７１０３４）；教育部留学归国创新团队项目；吉林省留学回国人员创新创业基金第３３卷第５期 长春工业大学学报（自然科学版） Ｖ ｏｌ．３３Ｎｏ．５２０１２年１０月 Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　 ｏｆ　Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｏｃｔ．２０１２高性能软磁材料的研究进展 赵占奎，　邓　娜，　昝　朝，　王明罡 （长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室，吉林长春　１３００１２ ）摘　要：综述了软磁材料的研究现状，以及作者近年来在非晶、纳米晶以及软磁复合材料等高性能软磁材料方面的研究进展。基于放电等离子烧结技术，进行了Ｆｅ基非晶软磁材料的大尺寸工程化制备研究，成功制备致密大尺寸具有优异软磁性能的Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５非晶磁环。通 过放电等离子烧结的加热速率控制放电脉冲强度，在低于Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５非晶玻璃转变温度以下，一步法实现Ｆｅ７６Ｓｉ９Ｂ１０Ｐ５非晶合金的块体致密化与纳米晶化，实验结果表明，大的ＳＰＳ脉冲电流促进纳米晶化形核过程，使晶化后的晶粒更加细小均匀。重点介绍了微胞结构软磁复合材料的制备原理、结构特点以及优异的电磁性能。最后展望了高性能软磁材料的应用前景以及重要研究方向。 关键词：软磁材料；非晶；纳米晶；软磁复合材料 中图分类号：ＴＭ　２７１．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－１３７４（２０１２）０５－０５２１－ ０８Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｓｏｆｔ　ｍａｇ ｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓＺＨＡＯ　Ｚｈａｎ－ｋｕｉ，　ＤＥＮＧ　Ｎａ，　ＺＡＮ　Ｚｈａｏ，　ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇ－ｇａｎｇ （Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　 ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　 ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　 ｐｒｏｂｌｅｍ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ　ａｌｌｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ，ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｆｏｃｕｓ　ｏｆ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｃｏｍｍｏｎ　ｈｕｍａｎｉｔｙ．Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｂａｓｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｎｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ａｐｐｅａｒｅｄ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｒｉｖｅｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｅｖｉｃｅ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｏｆ　ｄｒｉｖｅ，ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒｅｎｄ，ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｓｏｆｔｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｐｌａｙ　ｅｎｅｒｇｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ｃｏｒｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｌｏｓｓ　ｉｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐ ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ，ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｙ　ａｕｔｈｏｒ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔｙ ｅａｒｓ．Ｋｅｙ　 ｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ａｍｏｒｐｈｏｕｓ；ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ；ｓｏｆｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．

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；

耐磨金属材料的最新研究现状

耐磨金属材料的最新研究现状 关键词：耐磨材料；锰钢；抗磨白口铸铁；技术进展 摘要：耐磨金属材料被广泛地应用于工业生产的各个领域, 而随着科学技术和现代工业的高速发展，由于金属磨损而引起的能源和金属材料消耗增加等所造成的经济损失相当惊人。近年来，对金属磨损和耐磨材料的研究，越来越引起国内外人们的广泛重视。本文概述了国内外耐磨金属材料领域研究开发的现状及取得的一系列新进展。 0 引言 随着科学技术和现代工业的高速发展，机械设备的运转速度越来越高，受摩擦的零件被磨损的速度也越来越快，其使用寿命越来越成为影响现代设备(特别是高速运转的自动生产线)生产效率的重要因素。尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害，但其所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。据统计，世界工业化发达的国家约30%的能源是以不同形式消耗在磨损上的。如在美国,每年由于摩擦磨损和腐蚀造成的损失约1000亿美元，占国民经济总收入的4%。而我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，据不完全统计，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币[1]。因此，研究和发展耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着重要的意义。 1国外耐磨金属材料的发展 国外耐磨材料的生产和应用经过了多年研究与发展的高峰期，现已趋于稳定，并有自己的系列产品和国家标准、企业标准。经历了从高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁到高铬铸铁的几个阶段，目前已发展为耐磨钢和耐磨铸铁两大类。 耐磨钢除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外，根据其含量的不同可分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢；根据合金元素的含量又可分为低合金、中合金及高合金耐磨钢；根据组织的不同还可分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。而耐磨铸铁主要包括低合金白口铸铁和高合金白口铸铁两大类。二者中最具有代表性的是低铬白口铸铁和高铬白口铸铁，而且这两种材料目前在耐磨铸铁中占有主导地位。马氏体或贝氏体、马氏体组织的球墨铸铁在制作小截面耐磨件方面也占有一席之地，中铬铸铁则应用较少。从整体上看，合金白口铸铁的耐磨性优于耐磨铸钢，但后者韧性好，在诸如衬板、耐磨管道等方面有着广泛的应用[2]。 2 我国耐磨金属材料的发展 据统计,国内每年消耗金属耐磨材料约达300万吨以上，应用摩擦磨损理论防止和减轻摩擦磨损,每年可节约150亿美元。近年来,针对设备磨损的具体工况和资源情况,研制出多种新型耐磨材料。主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景分析

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景 纳米(超微晶)软磁合金材料 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成，其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材，然后经过适当退火，形成微晶和非晶的混合组织。这种材料虽然便宜，但磁性能极好，几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美，但是却不含有昂贵的钴，是工业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料，也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 非晶软磁合金材料的优点 优良的磁性：与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的导磁率是铁氧体的10倍以上、低的损耗（是硅钢片的1/5-1/10,是铁氧体损耗的1/2～1/5)，是优良的软磁材料，代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等，可以大大提高变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带，只需一步就制造出了薄带成品，节约了大量宝贵的能源，同时无污染物排放，对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能，同时它的磁性能优良，降低变压器使用过程中的损耗，因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。 非晶软磁合金材料的应用领域 电力电子技术领域： 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 通讯技术： 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 UPS电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 抗电磁干扰部件： 交流电源、可控硅、EMI差模、共模电感、输出滤波电感 开关电源： 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 传感器： 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 目前非晶软磁合金材料的产品，应用场合主要包括：互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 在低频电磁元件中，铁基非晶合金被大量应用，在电力配电变压器中的应用已取得良好效果，成为现在生产量最大的非晶合金。在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。 纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。 从目前国内外应用以及今后发展来看，非晶合金的大量使用还是在电力系统：ａ、配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗（相当于硅钢片的1/3～1/5）、低激磁电流、良好的温度稳定性，使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。

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

医用金属材料的研究进展

医用金属材料的研究进展 姓名：因 学号： 专业：材料

摘要：介绍了医用金属材料目前的研究现状、性能和应用,指出了医用金属材料 应用中目前存在的主要问题,阐述了近年来生物医用金属材料的新进展1。Medical metal materials with high strength toughness, fatigue resistance, easy processing and forming excellent properties become clinical dosage biggest and wide application of biomedical materials. 关键词：医用金属种类应用研究进展 一生物医用金属材料的简介 生物医用材料是指能够植入生物体或与生物组织相结合的材料,可用于诊断、治疗,以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。生物医用金属材料是用作生物医用材料的金属或合金，又称外科用金属材料或医用金属材料，是一类惰性材料2。这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛，遍及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。除了要求它具有良好的力学性能及相关的物理性质外，优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有纯金属钛、钽、铌、锆等、不锈钢、钴基合金和钛基合金等3。 二生物医用金属材料的特性 2.1材料毒性 生物医用金属材料的毒性主要来自金属表面离子或原子因腐蚀或磨损进入周围生物组织，由此作用于细胞，抑制酶的活性，组织酶的扩散和破坏溶酶体。具体可表现为与体内物质生成有毒化合物。并且金属离子进入组织液，会引起水肿、栓塞、感染和肿瘤等。一般才用的降毒方法包括合金化、提高耐蚀性、提高光洁度、表面涂层等4。 2.2生理腐蚀性 生物医用金属材料的生理腐蚀性是决定材料植入后成败的关键，其产物对生物机体的影响决定植入器件的使用寿命。 2.3力学性能 生物医用金属材料需要有足够的强度与塑性。一般说来，对人工髋关节金属材料的要求是：屈服强度>450Mpa；抗拉强度>800Mpa；疲劳强度>400Mpa；延伸率>8%。通常材料的弹性模量大于骨的弹性模量，由此会使得材料与骨应变不同，界面处发生的相对位移造成界面松动；除此产生应力屏蔽，引起骨组织的功能退化或吸收8。 2.4耐磨性 耐磨性影响植入摩擦器件的寿命；以及可能产生有害的金属微粒或微屑，导致周围组织的炎性、毒性反应。可通过提高硬度，表面处理等方法进行改善。 三医用金属材料的种类

软磁材料技术发展与产业概况

软磁材料技术发展与产业概括 —、软磁材料技术基础 定义：能够迅速响应外磁场的变化，当磁化发生在矫顽力H e不大于100A/m （1.250e），这样的材料称为软磁体。 技术要求：能低损耗地获得高磁感应强度，即低损耗（卩=涡流损耗Phv&磁损耗Pev）、高饱和磁感应强度（Ms）,既容易受外加磁场磁化，也容易退磁，即高磁导率（由）、咼稳定性。低损耗可以保证能量转换效率咼，器件不容易发热；咼饱和磁感应强度可以保证提供磁场强度大，最高的F&0.35CO合金拥有2.45T的 饱和磁化强度，纯铁的有2.15T;容易磁化和退磁可以保证器件灵敏度。 材料分类： 1.金属软磁，以硅钢片、坡莫合金、仙台合金等为代表，包括Fe系、F&Si系、 F&AI 系、F&Ni 系、F&S-AI 系、F&Co系、F&Cr系等 2.晶体软磁，又称铁氧体软磁材料，以Mn-Zn系、Ni-Zn系和Mg-Zn系为代表的各种 软磁铁氧体 3.非晶、纳米晶软磁材料，简称Fin emet，有Fe基和Co基两种非晶软磁材料；按制品形态分类： i.合金类，主要有硅钢片坡莫合金、非晶及纳米晶合金； ii.粉芯类，又称磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High FluX）、坡莫合金粉芯（MPP）; iii.铁氧体类：算是特殊的粉芯类，包括：锰锌系、镍锌系 常用软磁材料特性：

二、软磁材料的应用介绍 软磁材料在工业中的应用始于十九世纪末。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。到二十世纪初，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。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

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.doczj.com/doc/42885602.html,

金属储氢材料研究进展

Chemical Propellants & Polymeric Materials ２０１０年第８卷第２期 · 15 · 金属储氢材料研究进展 范士锋 （海军驻西安地区军事代表局，陕西西安 ７１００６５） 摘　要：综述了金属储氢原理、目前国内外金属储氢材料的研究现状及应用研究进展，对镁系、稀土系、Ｌａｖｅｓ相系、钛系及金属配位氢化物等几个系列金属储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细介绍，并对未来金属储氢材料在民品和军工方面的应用研究方向和发展趋势进行了展望。 关键词：金属储氢材料；研究进展；发展趋势 中图分类号：　ＴＧ１３９．７ 文献标识码：　Ａ 文章编号：　１６７２－２１９１（２０１０）０２－００１５－０５ 收稿日期：２００９－０９－０９ 作者简介：范士锋（１９７８－），男，工程师，从事战略导弹总体与固体火箭发动机研究。电子信箱：ｊｉｚｈｅｎｌｉ＠１２６．ｃｏｍ 作为燃料，氢具有最高的质量热值（其热值１．２５×１０６ｋＪ／ｋｇ，为汽油的３倍、焦炭的４．５倍）， 是理想的高能清洁燃料之一［１－２］。目前，尽管高压（低于１７ＭＰａ）气态储氢、低温（低于２０Ｋ）液态储氢等技术手段使得氢在一些常规燃料和航天推进等领域得以应用，但高压气态氢体积热值小以及低温液态氢液化过程耗能高、使用条件苛刻等问题严重限制了氢作为火炸药能量供给组分的应用。利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的固体储氢方式，能有效克服上述储存方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、使用和运输便利。因此，今后储氢研究的重点将是新型高性能储氢材料的研发，目前研究较为广泛的主要是金属储氢材料［３］。 储氢材料按氢的结合方式可分为化学键合储氢（如储氢合金、配位氢化物、氨基化合物、有机液体碳氢化合物等）和物理吸附储氢（碳纳米管、多孔碳基材料、金属有机框架材料、纳米储氢材料、多孔聚合物等）。从上述储氢材料的性能（燃烧热、材料密度、储氢密度、反应活性）等衡量标准分析，高热值的金属储氢材料（包括金属氢化物或合金储氢材料）是火炸药燃料组分的发展重点。 文中主要针对当前金属储氢材料的研究热点和存在问题，对相关金属储氢材料的国内外研究进展进行较为详细的综述，以期为此类高性能材料在火炸药中的应用提供研究思路。 １ 金属储氢原理及储氢研究现状 传统的氢气存储方式中，气态储氢方式简单 方便，是目前储存压力低于１７ＭＰａ的常用方法，但存在着体积密度小、运输和使用过程中易燃易爆等缺点；液态储氢方法的体积密度（７０ｋｇ／ｍ３）较高，但氢气的液化需要冷却到２０Ｋ的超低温下才能实现，此过程需消耗的能量约占所储存氢能的２５％￣４５％，且液态氢使用条件苛刻，对储罐绝热性能要求高，目前只限于航天领域。金属储氢材料是目前研究较为广泛、成熟的新型高性能大规模储氢材料之一，其储氢密度高、安全性好、适于大规模氢气储运，最重要的特性是能够可逆地吸、放大量氢气。氢一旦与储氢合金接触，即在其表面分解为Ｈ原子，Ｈ原子扩散进入合金内部直至与合金发生反应而生成金属氢化物，氢即以原子态储存在金属结晶点内（四面体与八面体间隙位置）。在一定温度和氢压强条件下，上述吸、放氢反应式如下式所示： 其中，吸氢过程放热，放氢过程吸热，上述吸、放氢反应过程热力学和动力学与温度、氢压力密切相关，特别是放氢压力与反应温度呈指数变化关系［４］。 储氢材料性能的衡量标准主要用以下２个产量表示：体积储氢密度和质量储氢密度。其中，体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量（ｋｇ／ｍ３），质量储氢密度为系统储存氢气的质量与系统质量的比值（质量分数）。考虑储氢材料在火炸药中的应用，系统燃烧热（与储存介质的热值和储氢质量分数的大小密切相关）、系统密度（与储存介质的密度和结构相关）和反应活性（ 与氧化