关于磁致伸缩系数λ的测量
一、目的意义
能源、材料和信息并列为现代科学技术的三大支柱,这三大支柱是现代社
会赖以生存和发展的基本条件之一,其中材料科学显得尤为重要。磁致伸缩材料(Magnetostrictive Material)是自20世纪70年代迅速发展起来的新型功能材料，目前已被视为21世纪提高国家高科技综合竞争力的战略性功能材料，由于它在室温下具有机械能—电能转换率高、能量密度大、响应速度快、可靠性好、驱动方式简单等优点，引发了传统电子信息系统、传感系统、振动系统等的革命性变化。磁致伸缩系数是标志磁致伸缩材料性能优劣的关键参数，磁致伸缩系数越大其材料的能量密度越大，获取较大的磁致伸缩系数也是研究人员的目的之一，因此,获得精确的GMM的磁致伸缩系数,对材料的开发应用具有重要意义。本文主要以铁镍合金为例来说明磁致伸缩系数这一性能参数的测量。目前典型的GMM为Terfenol—D,它的磁致伸缩系数一般微米级,因此磁致伸缩系数的测量属于微位移测量范围，对测量的要求较高。
二、原理与测试方法
1、磁致伸缩效应原理
铁磁体在外磁场的作用下被磁化后，其长度及体积发生了变化，，这种现象称为磁致伸缩效应。磁致伸缩现象是1842年由著名物理学家焦(Joule)发现的,故又称为焦耳效应。
图一磁畴磁化与磁致伸缩效应
当磁致伸缩材料未被磁化时，其内部的磁畴取向是随机的，由于材料内部磁畴的
方向和大小在宏观上相互抵消，所以其总体上的磁场强度H 为0.如图一（a ）所示。以长方形磁致伸缩材料为研究对象，当材料沿其L 边被磁化后，它的内部磁畴取向基本一致，如图一（b ）所示。这时，在宏观上对外其磁场强度为H1.但是，在材料被磁化的同时，材料本身的外形也发生了变化，沿磁化方向伸长了?L ，沿垂直磁化方向缩短了?W ，这就是磁致伸缩效应。
磁致伸缩现象的大小用磁致伸缩系数表示。在磁化过程中,磁体沿磁化方向 单位长度发生的伸缩量称为线磁致伸缩系数,用λ表示,表达式为
L
L ?=λ 式中:L ?此为材料长度变化量；L 为材料原始长度。λ符号为正时,表示材料随磁场强度增强材料的长度是伸长的，称为正磁致伸缩；元符号为负时,表示材料随磁场强度增强材料的长度是缩短的,称为负磁致伸缩。
2、磁致伸缩系数的测量方法
目前国内外测量磁致伸缩系数的方法有电阻应变片法、电容法、光杠杆法、 干涉法等。其中电阻应变片法和电容法是比较完善的测量方式,另外,根据不同的测量原理,还有磁矩转动法、铁磁共振法、位移传递法等测量方式。下面以电阻应变法为例来说明磁致伸缩系数的测量。
图2 单臂工作电桥
将电阻应变片粘贴在超磁致伸缩材料上,再把贴有应变片的样品放入磁场中，在磁场的作用下样品产生磁致伸缩L
L ?，磁致伸缩引起应变片的电阻R 发生
变化，当L
L ?较小时，电阻的相对变化R R ?可表示为： L
L K R R ?=? 超磁致伸缩材料的形变会传递到应变片上,从而转化为电阻的变化,通过测量电阻的变化而测定磁致伸缩系数λ。电阻应变仪最常见的测试电路是采用单臂电桥,如图2所示。若R1=R2=R3=R4=R,则输出电压为：
R
R U U i O ??=4 将此电压通过放大器放大后,换算成应变片电阻阻值的变化可知样品应变的 变化：
i
o U U K ?=4λ 这种测试技术在磁致伸缩参数测量中具有许多独特的优点，例如结构简单、尺寸小、分辨率高、灵敏度高等优点。但是应变片法也有缺陷,测量时,必须保证样品与应变片良好粘合,必须消除电动势和热电势的影响,对引线的材料、长短及焊接均需加以考虑,还要注意减小样品的波动等。
三、测试结果与分析
在对不同的磁场强度下进行测试之后，可得磁致伸缩系数λ与磁场强度H 的关系曲线。如图三所示。
图3 不同磁场强度下的磁致伸缩系数②
由图中可知有以下结果：
①磁致伸缩系数与磁场强度成V型曲线，当磁场强度在一定范围内时，磁致伸缩系数λ随磁场强度H的增加而增加，当磁场H继续增加时，磁致伸缩系数λ不再增加而达到饱和。
②磁致伸缩系数λ具有滞回特性，即上升曲线与下降曲线不同。
四、结论
用电阻应变法测量磁致伸缩系数具有较高的精度和灵敏度，但也有其固有的缺点，例如应变片与材料是否良好粘合等，这都会影响最后磁致伸缩系数λ的测量准确度。
五、参考文献
[1].王博文。磁致伸缩材料与器件。冶金工业出版社，北京.
[2].姚世选。磁致伸缩直线位移传感器的机理研究与应用，太原理工大学博士学位论文.
磁性材料的分类
第一章磁学基础知识 答案： 1、磁矩 2、磁化强度
3、磁场强度H 4、磁感应强度 B 磁感应感度，用B表示，又称为磁通密度，用来描述空间中的磁场的物理量。其定义公式为 5、磁化曲线 6、磁滞回线 （） （6 磁滞回线 (hysteresis loop)：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期性变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。） 7、磁化率
磁化率，表征磁介质属性的物理量。常用符号x表示，等于磁化强度M与磁场 强度H之比。对于各向同性磁介质，x是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是 一个二阶张量。 8、磁导率 磁导率（permeability）：又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的 一个物理量，可通过测取同一点的B、H值确定。 二 矫顽力----内禀矫顽力和磁感矫顽力的区别与联系 矫顽力分为磁感矫顽力（Hcb）和内禀矫顽力（Hcj）。磁体在反向充磁时，使磁感应强度B降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力。但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。使磁体的磁化强度M降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。在磁体使用中，磁体矫顽力越高，温度稳定性越好。 (2)退磁场是怎样产生的？能克服吗？对于实测的材料磁化特性曲线如何进行退磁校正？ 产生： 能否克服：因为退磁场只与材料的尺寸有关，短而粗的样品，退磁场就很大，因此可以将样品做成长而细的形状，退磁场就将会减小。
磁学现象与物质的磁性 人们很早就发现磁性材料具有特殊的功能特性。公元前3世纪，《吕氏春秋·精通篇》中就出现“石，铁之母也。以有磁石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也”的记载，叙述了磁性材料可以吸引特定的物质，如铁等。在战国末期韩非所著的《有度篇》中已出现“故先王以立司南以端前夕”的记载；而在东汉王充的《论衡·是应篇》中出现了“司南之勺，投之于地，其柢指南”的记载，叙述了磁性材料具有南北极，可以指示南北方向的特性。北宋沈括所著的《梦溪笔谈》中已有制作指南针的详尽描述，明朝《萍洲可谈》中出现船舶在苏门答腊海中航行时应用指南针的详细记载，叙述了磁性材料的应用。在欧洲，人们在小亚细亚的Magnesia 地区发现了磁铁矿，因而人们把磁石叫做Magnet 。 人们虽然很早就发现了磁性的存在，但对磁性现象本质的认识却经历了相当长的时间。1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第发现了电磁感应定律以及楞次发现的楞次定律，人们才逐渐揭开了磁性的奥秘。随着原子结构的被揭露，尤其是量子力学的成就，人们对目前磁性的物理本质才有了一个大体满意的解释。 一、磁及磁现象的根源是电荷的运动 1.1 一些基本的磁现象 当电流通过一条导线，生成一个方向由右手定则指示的磁场。如果大拇指指示正向电流I 的方向，四指就指示磁场B 的方向。 如果一条载流的长导线被卷成圆筒形，环绕圆筒线圈可观察到一个磁场；磁场的形状具有环环相叠的圆柱对称性，它的方向由右手定则规定。此时，四指指示电流方向，拇指给出线圈内部的磁场方向。外部的磁场具有圆环对称性。而地球磁场源自地球熔融铁核的流动。这种流动才使图中罗盘针的黑端指示出地理北极的方向。 假定一根棒状磁体按图1-3从一个线圈内部向外移开，在线圈绕组的两端可检测到一个电压脉冲。电压源自线圈内磁力线的变化。感生电压遵从Lenz 定律—如果线圈内的磁力线发生变化，由此在线圈内感生的电压是这样的．由它产生的电流决定的磁场与初始的变化方向相反。图1-3标出了电压，由它的电流生成的磁场由线圈指向外(其方向同棒状磁体运动产生的变化相反)。电压的方向也由右手定则规定。磁力线的变化感生电压，决定了发电机和变压器的运转，以及抗磁性的材料行为。图1-1一条载流导线的磁场 图1-2圆筒线圈的磁场
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。
3.15 磁学基础 C.A.Ross, 材料科学与工程学系, 麻省理工学院 参考数据： Jiles ，磁学与磁性材料导论 磁性数值与单位 H=磁场强度，A/m – 表示能量梯度或偶极的力矩 B=磁通量密度，T 或 Wb/m 2 – 每单位面积通过的磁力线数 M=磁化强度， A/m – 磁矩，材料对场的反应 磁场强度由电流产生： 电流 i 在半径r 产生切线场 H = i/2 πr 或由磁性材料而来。 B = μo H μo = 4π*10-7 Henry/m 在自由空间中磁通量密度由磁场强度决定 B = μo (H + M) 但在材料中 或 B = μo μr H μr =相对磁导率 或 M = H(μr - 1) 或 M = χH χ = (μr - 1) =磁化率 磁化强度与磁通量密度表示材料对于磁场场度H 的反应。磁通量密度的场线是连续的。 注，相同的表示式以cgs 单位表示： B (Oersted) = H (Gauss) + 4πM (emu/cc) 在此 1 Oe = (1000/4π) A/m = 79.6 A/m 1 G = 10-4 T 1 emu/cc = 1 kA/m 不同种类的材料 反磁：原子没有净磁矩，但磁场会产生与外加场相反的小磁矩，磁化率为负的(μr <1)。
顺磁：原子有净磁矩但自旋方向是任意排列。外加磁场会使其有弱的排列方向，因此小的磁化率随温度的倒数而变(μ r >1)。 铁磁有自发的磁化强度，及大的磁导率，其与样品的经历有关，具有非线性的磁滞现象。 磁性行为的源由 电荷的移动使得电子的角动量产生磁化。 磁化由1)电子自旋，2)电子轨道运动而来。 成对电子的贡献会互相抵销，所以强磁效应发生在材料具有未成对的电子。 一个电子具有1 μ B (波耳磁子) = 9.27*10 -24 Am 2 的动量 Stern-Gerlach与Zeeman的实验指出了原子有磁化的量子现象。 我们预期在过渡金属(未填满3d轨域)及稀土元素(未填满4f轨域)有大的磁性现象，因为它们有大的净自旋。 例如：Fe 3+ 有 3d 5 ：预期每个原子有5μ B (忽略轨道的贡献) Fe 有 3d 8 ：预期每个原子有2μ B 铁磁物质之邻近原子因为交换耦合，会有自旋的自发排序。假若自旋有一角度θ，交换能= A (1 – cosθ) 在此A式交换常数，如对铁而言是1.4*10-20 J 负A表示反向平行排列：材料是反铁磁性或陶铁磁性。 在居礼温度之上，自旋是随机排列，所以kT ~ A(对铁而言是770°C) 排列整齐的自旋形成扇区，每个扇区通常都指向不同的方向，就样品而言平均起来就没有净磁矩。但是，扇区可由相对较小的磁场磁化而排列在同一方向(注：此时磁壁就不存在了)，以产生较大的净磁矩，所以其磁导率非常高。M-H曲线的形状是迟滞的，重要的磁滞回线参数包含： 曲线内的面积(外加磁场作一个循环的能量消耗) 饱和磁化(在大磁场中的磁化) 残磁(磁场为零时仍存在磁化强度) 顽磁(要将磁化强度去除所需的磁场强度) 异向性与扇区
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。
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）
关于钕铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种：剩磁（Br）单位为特斯拉（T）和高斯（Gs）1T=100Gs 剩磁将一个磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤消外磁场，此时磁体表现的磁感应强度我们称之为剩磁。它表示磁体所能提供的最大的磁通值。从退磁曲线上可见，它对应于气隙为零时的情况，故在实际磁路中没有多少实际的用处。钕铁硼的剩磁一般是11500高斯以上。 磁感矫顽力（Hcb）单位是奥斯特（Oe）或安/米（A/m）1A/m=79.6Oe 磁体在反向充磁时，使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力（Hcb）。但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。钕铁硼的矫顽力一般是100Oe以上。 内禀矫顽力（Hcj）单位为奥斯特（Oe）或安/米（A/m） 使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。在磁体使用中，磁体矫顽力越高，温度稳定性越好。 磁能积(（BH）max )单位为兆高·奥（MGOe）或焦/米3（J/m3） 退磁曲线上任何一点的B和H的乘积既BH我们称为磁能积,而B×H的最大值称之为最大磁能积，为退磁曲线上的D点。磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之一。在磁体使用时对应于一定能量的磁体，要求磁体的体积尽可能小。 各向同性磁体： 任何方向磁性能都相同的磁体。各向同性磁体可以任意方向多极充磁。 粘结钕铁硼是各向同性磁体。 各向异性磁体：
不同方向上磁性能会有不同；且存在一个方向，在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。 烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体。烧结钕铁硼只能平面轴向多极充磁，粘结钕铁硼可以任意方向多极充磁。 在回转体物体中存在两种方向；轴向和径向。轴向移动就是沿着回转体长度方向的运动（轴向位移、轴向串动）。径向位移是指物体向半径方向的位移。 取向方向： 各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向称为磁体的取向方向。也称作"取向轴"，"易磁化轴"。·磁滞回线： 铁磁材料在经过充磁、退磁、反向充磁、再退磁周期性变化时，退磁曲线（即B-H曲线）： 磁滞回线中，位于第二象限中的部分我们称之为退磁曲线。也即我们所说的B-H的曲线。如图所示： ·退磁曲线的膝点： 磁体退磁曲线上发生突变、明显发生弯曲的点。室温时退磁曲线呈直线的磁体，在温度升高到一定程度时都会出现膝点。如果磁体的工作点在膝点以下，磁体在动态磁路中工作时会产生不可逆损失。 负载线： 连接工作点和退磁曲线坐标原点的一条直线（见上图）。·磁化强度： 指材料内部单位体积的磁矩矢量和，用M表示，单位是安/米（A/m）。 磁感应强度： 磁感应强度B的定义是：
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。
钕铁硼的种类及应用 钕铁硼强磁圆环 钕铁硼圆环磁铁，直径100mm，厚度30mm以内都可以做，内径没要求，具体的尺寸也可以按照客户的要求定做。性能：N35-N48，耐温80-200°，表面可以电镀锌、镍、铬、环氧黑处理等。 电机磁瓦性能：N35H-N48H，N35SH-N45SH，N35UH-N40UH，耐温80-200°。镀层：镀镍和镀锌、环氧黑处理。具体尺寸可以按照客户的图纸定做。生产钕铁硼磁铁的主要原材料有稀土金属钕、稀土金属镨、纯铁、铝、硼铁合金以及其他稀土原料。
钕铁硼圆环气缸磁铁 钕铁硼圆环磁铁，直径100mm，厚度30mm以内都可以做，内径没要求，具体的尺寸也可以按照客户的要求定做。性能：N35-N48，耐温80-200°，表面可以电镀锌、镍、铬、环氧黑处理等。 强磁磁铁镀镍 钕铁硼方块磁铁没有标准尺寸，具体的尺寸可以按照客户的要求定做。性能：N35-N48，耐温80-200°，表面可以电镀锌、镍、铬、环氧黑处理等。 电抗器磁钢 主要应用于直流电抗器，规格为29*18*1.7 镀镍 N35UH
磁钢座、强磁座 磁力架 磁力吸盘、磁性固定器 镀金镀镍
方块 环氧黑处理
铁氧体 铁氧体
磁性挂钩 以上这些烧结钕铁硼永磁材料具有优异的磁性能，广泛应用于电子、电力机械、各种工具、医疗器械、电力电器、玩具、包装、五金机械、航天航空等领域，较常见的有永磁电机、电抗器、接触器、断路器、扬声器、传感器、气缸、去毛刺机、磁选机、计算机磁盘驱动器、磁共振成像设备仪表等。 永磁起重器 手动型永磁起重器和全自动永磁起重器，吸重在100公斤到10吨之间。手动型永磁起重器手柄开关附有安全钮，可单手操作，方便安全。全自动永磁起重器无需人力扳动手柄，靠电动吊车下钩的升降控制吸附，可起吊相对应的圆钢、钢板，不用电，使用安全。 永磁起重器分为手动型永磁起重器和全自动永磁起重器两种，采用当代高性能磁性材料钕铁硼，使之体积更小、自重更轻、吸持力更强，独特磁路设计，剩磁几乎为零。安全系数高，最大拉脱力是额定起重力的 2.8-4 倍，起重底面“ V ”型槽设计。广泛用于钢材的起重搬运，平整的机械零部件及各种模具的安装和搬运以及造船、工程机械、汽车等行业常温钢板起吊、搬运等作业的起重工具。
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
磁性材料的基本特性及分类参数 https://www.doczj.com/doc/528806521.html,/来源：日期：2006年04月25日 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