磁性材料核心复习
2016春季《磁性材料》复习题
复习资料上课PPT和教材
一、基本名词、概念
1、磁荷及其特点，磁库伦定律，磁偶极矩，电流回路磁矩
磁荷：是磁单极子的基本量化单位.是自然界存在携带最小电荷量的基本磁粒子。
特点：磁极的强度用其所带磁荷的量m表示，由于磁学量不如电学量的测量那么直观，在目前的实验中尚未观测到这种粒子。所以“磁单极子”到现在还只是一个理论上的构想。磁铁有N/S 两极，他们同号相斥，异号相吸，这一点同正负电荷有很大的相似性。
磁库伦定律：P1
磁偶极矩:磁偶极矩与“电偶极矩”相对应。历史上，人们最早认为天然磁体（或人造磁铁）是由无数小的磁偶极子组成，每一个小的磁偶极子由相距很近的等量正、负磁荷构成。（磁偶极子的磁性强弱可以由磁偶极矩来表示）P2
磁偶极子：（P2）
电流回路磁矩:（P2）由闭合电流产生的磁矩
2、磁化强度，磁极化强度，比磁化强度（P3）
3、磁场强度，点磁荷/无限长直导线/环形电流/长直螺线管的磁场分布，磁感应强度
磁感应强度:也被称为磁通量密度或磁通密度，是一个表示贯穿一个标准面积的磁通量的物理量，其符号是B。在物理学中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。
磁场强度:单位正点磁荷在磁场中所受的力被称为磁场强度H.
4、磁化率，相对磁导率、起始磁导率、最大磁导率、复数磁导率、增量磁导率、可逆磁导
率、微分磁导率、不可逆磁导率、总磁导率(P5—P7) （计算方法、如何从图像中判断）5、静磁能，退磁场，退磁因子，几种简单几何形状的退磁因子N(P7.8)
比例系数N:为退磁因子张量，无量纲的数，同磁体的形状有关。Hd是磁体
内部位置的函数，N也是，所以N的具体形式书写及其困难，只有当磁体
形状使Hd是均匀分布时，N才变为常数。
通常情况下，不能忽略退磁场效应，若对个退磁因子很大的样品一个退磁因子很大的样品
进行磁化，需要加更高的外磁场。
室温下铁的饱和磁化强度为1.70×106 A/m, 球形样品产生退磁场的大小为：H d=NM
s=5.67×105A/m, 因此磁化此样品所需外磁场，需要超过
5 67 .67×105A/m。
6、物质磁性的分类，抗磁性特点，顺磁性特点，铁磁性特点，反铁磁性特点，亚铁磁性特
点，各种磁性的磁化曲线的区别，居里温度，奈耳温度，居里外斯定律
物质是由原子(离子)或分子组成的，绕原子核运动的电子具有轨道磁矩和自旋磁矩，因此磁性是物质的基本属性，任何物质都具有磁性。不同物质在磁场中的行为表现不同，这不但取决于其构成固体后的原子(离子)或分子是否具有磁矩，而且和其固体的结构，晶体场的类型，相邻原子、电子之间是否具有相互作用，及这种相互作用的类型等因素有关。
抗磁性（任何物质都有），磁化率是很小的负值，与温度磁场无关，加一个磁场，即就感应出方向相反的磁场(磁化率X=M/H).
顺磁性：磁化率X很小的负值，顺磁性的物质磁化率随着温度在发生变化，其服从居里—外斯定律。
对于顺磁性的图像里，看X-T的图像可以知道，当温度很低时，逐渐和外磁场方向一致，温度无限接近于0，理想状态下，温度为0，与外磁场方向一致。
铁磁性：X为很大的正值，铁磁性物质服从居里外斯定律，当铁磁性物质比临界温度高时，铁磁性物质转化成为顺磁性物质。当降温到各自居里温度，又变化成为铁磁状态。
反铁磁性：当T大于T N时，遵从顺磁状态（居里—外斯定律），当T小于T N时，没有规律，磁化率不再增大。T N为奈尔温度，是顺磁到反磁的转化温度。
抗磁性：
当磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金属具有这种性质。在外磁场中，这类磁化了的介质内部的磁感应强度小于真空中的磁感应强度M。抗磁性物质的原子（离子）的磁矩应为零，即不存在永久磁矩。当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改变，感生一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁性。所以抗磁性来源于原子中电子轨道状
态的变化。抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率H一般约为-10-5，为负值。
顺磁性：
顺磁性物质的主要特征是，不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。但在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子做无规则的热振动，宏观看来，没有磁性；在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规则地取向，物质显示极弱的磁性。磁化强度与外磁场方向一致，为正，而且严格地与外磁场H成正比。
顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依赖于温度。其磁化率H与绝对温度T成反比。式中,C称为居里常数，取决于顺磁物质的磁化强度和磁矩大小。顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下H约为10-5。一般含有奇数个电子的原子或分子，电子未填满壳层的原子或离子，如过渡元素、稀土元素、钢系元素，还有铝铂等金属，都属于顺磁物质。
铁磁性：
对诸如Fe、Co、Ni等物质，在室温下磁化率可达10-3数量级，称这类物质的磁性为铁磁
性。铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。其磁化率为正值，但当外场增大时，由于磁化强度迅速达到饱和，其H变小。铁磁性物质具有很强的磁性，主要起因于它们具有很强的内部交换场。铁磁物质的交换能为正值，而且较大，使得相邻原子的磁矩平行取向（相应于稳定状态），在物质内部形成许多小区域——磁畴。每个磁畴大约有1015个原子。这些原子的磁矩沿同一方向排列，假设晶体内部存在很强的称为“分子场”的内场，“分子场”足以使每个磁畴自动磁化达饱和状态。这种自生的磁化强度叫自发磁化强度。由于它的存在，铁磁物质能在弱磁场下强列地磁化。因此自发磁化是铁磁物质的基本特征，也是铁磁物质和顺磁物质的区别所在。铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因而自发磁化强度变为0，铁磁性消失。这一温度称为居里点。在居里点以上，材料表现为强顺磁性，其磁化率与温度的关系服从居里——外斯定律，式中C为居里常数。
反铁磁性：
反铁磁性是指由于电子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自发磁化强度，电子磁矩是同向排列的；在不同子晶格中，电子磁矩反向排列。两个子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反，整个晶体。反铁磁性物质大都是非金属化合物，如MnO。不论在什么温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象，因此其宏观特性是顺磁性的，M与H处于同一方向，磁化率为正值。温度很高时，极小；温度降低，逐渐增大。在一定温度时，达最大值。称为反铁磁性物质的居里点或尼尔点。对尼尔点存在的解释是：在极低温度下，由于相邻原子的自旋完全反向，其磁矩几乎完全抵消，故磁化率几乎接近于0。当温度上升时，使自旋反向的作用减弱，增加。当温度升至尼尔点以上时，热骚动的影响较大，此时反铁磁体与顺磁体有相同的磁化行为。
（P12、14）
居里温度：材料在铁磁体和顺磁体之间改变的温度，即铁磁体从铁磁相转变成顺磁相的相变温度，也可以说是发生二级相变的转变温度。
奈耳温度：反铁磁性材料转变成为顺磁性材料所需要达到的温度。
居里外斯定律：是电介质材料研究中非常重要的一个定律，其描述介电常数或磁化率在居里温度以上顺磁相的关系。
7、磁化，磁化曲线，剩磁，矫顽力，磁滞回线，退磁曲线，磁能积，退磁场矫正
铁磁性、亚铁磁性材料属于强磁性材料，这类材料与具有抗磁性、顺磁性、反铁磁性等磁性特征的材料的区别在于它们对于外加磁场有明显的响应特性，即被磁化，这说明材料的状态随外磁场强度的变化而发生变化，这种变化可以用磁化曲线和磁滞回线来表征。
磁化曲线：是表示磁场强度H和所感生的磁感应强度B或者磁化强度M之间的关系。工程技术中常用B-H关系，物理学中常用M-H关系。磁化曲线反映了M或B对H的比值，所以从磁化曲线上面可以获得磁化率或者磁导率。
剩磁：材料磁化到饱和以后，逐渐减小外加磁场，材料中对应的M或者B
也随之减小，但是并不会沿着初始的磁化曲线返回。当外磁场减小
到零时，材料仍然保留一定大小的磁化强度或者磁感应强度，称为
剩余磁化强度或剩余磁感应强度，用M 和B 表示简称剩磁
矫顽力：在反方向增加磁场，M或B持续减小，当反向磁场达到一定值时，满足M=0或者B=0，此时的场强度磁场强度H称为矫顽力，用M H c(内禀矫顽力)或B H c(磁感应矫顽力)表示，通常|M H c|>|B H c|，矫顽力的物理意义是表征材料磁化以后，保持磁化状态的能力。
有效磁场=外磁场—退磁场
第二章
8、原子磁性来源，原子外电子排布规律（P19）
9、电子的轨道磁矩，玻尔磁子，电子轨道磁矩的量子化（P21-22）
10、电子自旋磁矩，电子自旋轨道角动量耦合（P23-P24）
电子除了绕核作轨道运动外，还有自旋运动，固有自旋角动量。
自旋角动量在外磁场中的分量只取决于自旋量子数m s。
角动量耦合:由几个角动量互相作用得到一个总的、确定的角动量的组合方式，称为角动量耦合，其实质就是矢量的加和。
11、jj耦合，LS耦合，洪德定则，朗德因子，有效磁矩，原子量子态的光谱学标记（P24--
26）
j-j 耦合：适用于原子序数Z＞82 的原子，在这类原子中，同一电子自身的轨道-自旋耦合(l-s)较强，各电子的轨道角动量l和自旋角动量s先合成为电子的总角动量j，然后各个电子的总角动量j再合成为该电子壳层的总角动量J。
L-S耦合：适用于原子序数较小的原子，在这类原子中，不同电子之间的轨道-轨道耦合和自旋-自旋耦合较强，而同一电子的轨道-自旋耦合较弱，因而，各个电子的轨道角动量和自旋角动量先分别合成为个总轨道角动一个总轨道角动量P L和总自旋角动量P S，然后，总轨道角动量和总自旋角动量再耦合成为该支壳层电子的总角动量P J。原子序数Z≤32的元素都采用这种耦合方式。原子序数Z＞32到Z<82 之间元素角动量的耦合方式将逐渐地从第一种方式。
gJ称为朗德因子：
重要：原子磁矩的计算
Fe原子：Z=26，电子分布是….3d6
由洪特规则1: 5个电子自旋占据5个+1/2的m s的状态，另一个只能占据-1/2的m s的状态，所以总的自旋s: S=5*1/2-1*1/2=2
同理根据洪特定则2：总轨道角动量 L=2+1+0+(-1)+(-2)+2=2 (m l=0,+1, +2)
电子数超过半数，根据洪特定则3： L-S耦合的总角动量J有：J=L+S(=4)
所以朗德因子g J：g J=3/2
所以Fe原子的有效磁矩为：
Fe原子的总自旋磁矩为：
Cr3+离子：Z=24，电子分布是….3d3
12、轨道角动量冻结，3d能级劈裂的机理
轨道角动量冻结：在晶场中的3d过渡金属的磁性离子的原子磁矩仅等于电子自旋磁矩，而电子的轨道磁矩没有贡献，此现象称为轨道角动量冻结。
物理机理：
过渡金属的3d电子轨道暴露在外面，受晶场的控制。晶场的值为102-104，大于自旋轨道耦合能102。
晶场对电子轨道的作用是库伦相互作用，因而对电子自旋不起作用，随着3d电子的轨道能级在晶场作用下劈裂，角动量消失。
发生轨道冻结的条件是：晶场大于自旋-轨道耦合
3d能级劈裂的机理：
能级劈裂：指原子或分子内原先衰减的能量水平间的分离
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；
磁性材料的龙头企业和认识 一◆磁性材料行业投资重点 ㈠、磁性材料行业上市公司 000970 中科三环、002056 横店东磁、002057 中钢天源、600366 宁波韵升、600980 北矿磁材、 600330 天通股份、000795 太原刚玉、002352 鼎泰新材、300127 银河磁体、000969 安泰科技、 300224 正海磁材、002600 江粉磁材等。 ㈡、磁性材料行业投资重点 重点看好技术优势明显、规模较大的软磁行业龙头横店东磁，高端产品占比较高、国际影响力较强的钕铁 硼材料龙头宁波韵升以及已经开始向产业链下游扩张的稀土资源巨头包钢稀土。新股中的正海磁材、银河磁体等个股也可跟踪，尤其是目前K线形态已趋于乐观的中科三环、银河磁体等个股可积极跟踪。 重点：中科三环、横店东磁、宁波韵升 ㈢、重点上市公司简介 1、横店东磁：磁性材料行业龙头，全球最大磁材生产企业之一。 公司为国内最大磁材生产企业，其中软磁产品产能超过2万吨，是国内最大的软磁材料供应商，全球市场份额在5%左右；永磁产品产能超过7万吨，是国内唯一一家软磁和永磁产能均超万吨的行业龙头企业。公司核心资产年使用率较高，平均产能利用率达到80-90%，经营状况稳定。软磁业务国内技术领先，产品供不应求。公司2010年软磁业务收入占比为31%左右，以功率铁氧体、高导铁氧体(锰锌)和镍锌铁氧体为主，其中功率铁氧体是公司的主打产品。移动通讯设备和平板显示器是其中体量较大和最具代表性的下游市场。公司产品以高端磁材为主，软磁材料研发技术国内领先，DMR50、DMR50B 等产品已经处于国际领先水平，软磁业务毛利率一直保持在30%左右，在行业内处于较高水平。预计未来几年3G通讯设备和平板显示设备市场的增速将超过30%，有力支撑公司业绩稳步提升。永磁业务市场占比较大，产品结构转型提速。公司永磁产品主要为永磁高档电机磁瓦、喇叭磁钢、微波炉磁钢，其中高档电机磁瓦全球占有率10%左右，微波炉磁钢产能约占20%，在行业内居于垄断地位，市场占有率超过95%，产品主要针对汽车和消费电子市场。目前公司高档电机磁瓦和锰锌高导、镍锌铁氧体磁芯等高端产品已达到国际先进水平，并且高端永磁业务占比有望继续提高，公司毛利率或将进一步提升。另一方面，稀土价格飞涨使得钕铁硼材料价格快速上升，永磁铁氧体有望在多个领域替代钕铁硼材料，进一步提升公司永磁业务收入。公司依靠电池片制造介入光伏产业，新扩张产能有望年内达产。09年公司依靠电池片制造涉足光伏产业， 目前具有200MW的单晶硅电池片、200MW多晶硅电池片和100MW硅片产能。预计2011年底或2012年初新增项目即可 达产，电池片产能将扩张至800MV。由于德国、意大利等主要太阳能消费国先后宣布放弃发展核能，未来几年全 球光伏市场仍将保持较快增长，公司快速扩张的产能有望被消化，增厚公司业绩。
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
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
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。
永磁材料基本知识 1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标？ 永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁(Jr, Br)、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力(jHc)、磁能积(BH)m。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度(Tc)、可工作温度(Tw)、剩磁及内禀矫顽力的温度系数(Brθ, jHcθ)、回复导磁率(μrec.)、退磁曲线方形度( Hk/ jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。 除磁性能外，永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。 2、什么叫磁场强度(H)？ 1820年，丹麦科学家奥斯特(H. C. Oersted)发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转，从而揭示了电与磁的基本关系，诞生了电磁学。实践表明：通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比，与离开导线的距离成反比。定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/2π米远处的磁场强度为1A/m(安/米，国际单位制SI)；在CGS单位制(厘米-克-秒)中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0.2厘米远处磁场强度为1Oe（奥斯特），1Oe=1/(4π×103) A/m。磁场强度通常用H表示。 3、什么叫磁极化强度(J)，什么叫磁化强度(M)，二者有何区别？ 现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。磁性材料也不例外，其铁磁现象是起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流。这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。定义在真空中每单位外磁场对一个磁偶极子产生的最大力矩为磁偶极矩pm，每单位材料体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J，其单位为T（特斯拉，在CGS单位制中，J的单位为Gs，1T=10000Gs）。 定义一个磁偶极子的磁矩为pm/μ0，μ0为真空磁导率，每单位材料体积内磁矩的矢量和为磁化强度M，其SI单位为A/m，CGS单位为Gs(高斯)。 M与J的关系为：J=μ0 M，在CGS单位制中，μ0=1，故磁极化强度与磁化强度的值相等；在SI 单位制中，μ0=4π×10-7 H/m (亨/米)。 4、什么叫磁感应强度(B)，什么叫磁通密度(B)，B与H，J，M之间存在什么样的关系？ 理论与实践均表明，对任何介质施加一磁场H时(该磁场可由外部电流或外部永磁体提供，亦可由永磁体对永磁介质本身提供，由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场---关于退磁场的概念，见9 Q)，介质内部的磁场强度并不等于H，而是表现为H与介质的磁极化强度J 之和。由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现出来的，为与H区别，称之为介质的磁感应强度，记为B： B=μ0 H+J （SI单位制）（1-1） B=H+4πM （CGS单位制） 磁感应强度B的单位为T，CGS单位为Gs（1T=104Gs）。 对于非铁磁性介质如空气、水、铜、铝等，其磁极化强度J、磁化强度M几乎等于0，故在这些介质中磁场强度H与磁感应强度B相等。 由于磁现象可以形象地用磁力线来表示，故磁感应强度B又可定义为磁力线通量的密度，磁感应强度B和磁通密度B在概念上可以通用。 5、什么叫剩磁(Jr，Br)，为什么在永磁材料的退磁曲线上任意测量点的磁极化强度J值和磁感应强度B值必然小于剩磁Jr和Br值？ 永磁材料在闭路状态下经外磁场磁化至饱和后，再撤消外磁场时，永磁材料的磁极化强度J 和内部磁感应强度B并不会因外磁场H的消失而消失，而会保持一定大小的值，该值即称为该材
磁性材料基本参数详解 磁性是物质的基本属性之一，磁性现象与各种形式的电荷的运动相关联，物质内部电子的运动和自旋会产生一定大小的磁矩，因而产生磁性。 自然界物质按其磁性的不同可分为：顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物、反铁磁性物质以及亚铁磁性物质，其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质，通常将这两类物质统称为“ 磁性材料” 。 铁氧体颗粒料: 是已经过配料、混合、预烧、粉碎和造粒等工序，可以直接用于成形加工的铁氧体料粒。顾客使用该料可直接压制成毛坯，经烧结、磨削后即可制成所需磁芯。本公司生产并销售高品质的铁氧体颗粒料，品种包括功率铁氧体JK 系列和高磁导率铁氧体JL 系列。 锰锌铁氧体: 主要分为高稳定性、高功率、高导铁氧体材料。它是以氧化铁、氧化锌为主要成分的复合氧化物。其工作频率在1kHz 至10MHz 之间。主要用着开关电源的主变压器用磁芯. 。 随着射频通讯的迅猛发展，高电阻率、高居里温度、低温度系数、低损耗、高频特性好（高电阻率ρ、低损耗角正切tg δ）的镍锌铁氧体得到重用，我司生产的Ni-Zn 系列磁芯，其初始磁导率可由10 到2500 ，使用频率由1KHz 到100MHz 。但主要应用于1MHz 以上的频段、磁导率范围在7-1300 之间的EMC 领域、谐振电路以及超高频功率电路中。磁粉芯: 磁环按材料分为五大类：即铁粉芯、铁镍钼、铁镍50 、铁硅铝、羰基铁。使用频率可达100KHZ ，甚至更高。但最适合于10KHZ 以下使用。 磁场强度H ： 磁场“ 是传递运动电荷或者电流之间相互作用的物理物” 。 它可以由运动电荷或者电流产生，同时场中其它运动或者电流发生力的作用。 均匀磁场中，作用在单位长磁路的磁势叫磁场强度，用H 表示； 使一个物体产生磁力线的原动力叫磁势，用F 表示：H=NI/L, F = N I H 单位为安培/ 米（A/m ），即: 奥斯特Oe ；N 为匝数；I 为电流，单位安培（A ），磁路长度L 单位为米（m ）。 在磁芯中，加正弦波电流，可用有效磁路长度Le 来计算磁场强度： 1 奥斯特= 80 安/ 米 磁通密度，磁极化强度，磁化强度 在磁性材料中，加强磁场H 时，引起磁通密度变化，其表现为： B= ц o H+J= ц o (H+M) B 为磁通密度( 磁感应强度) ，J 称磁极化强度，M 称磁化强度，ц o 为真空磁导率，其值为4 π× 10 ˉ 7 亨利/ 米（H/m ） B 、J 单位为特斯拉，H 、M 单位为A/m, 1 特斯拉=10000 高斯（Gs ） 在磁芯中可用有效面积Ae 来计算磁通密度：
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； ?合理确定磁芯的几何形状及尺寸；
磁材基本知识讲座
主要内容: 第一章磁物理基础 第二章磁性材料的发展概况 第三章钕铁硼的主要特点及应用第四章钕铁硼的主要成份组成第五章钕铁硼生产工艺及设备第六章性能参数测量原理及设备第七章机械加工工艺及设备 第八章表面处理工艺及设备 第九章充磁包装
第一章磁物理基础 1 物质的磁现象 磁性材料:magnetic material 钕铁硼磁铁:nd-fe-b magnet 铁氧体磁铁:ferrite magnet 牛磁棒:magnetic bar for cattle? 磁力架:magnetic separator 物质的磁性是一个历史悠久的研究领域,约在三千年前就已受到人们的注意。中国是最早应用磁性的国家，公元前四世纪，我国制成了世界上最早的指南针，成为中国的四大发明之一。磁学史上第一部关于磁性的专著是英国(WGilbert)吉耳伯特的《论磁石》（1600年），这本书介绍了那时书籍有关的磁性知识。然而，磁性作为一门科学却到19世纪前半期才开始发展。 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，拉开了磁电之间联系的序幕； 1820年末，法国物理学安培证明通电圆形线圈和普通的磁铁一样具有吸引和排斥的现象。 1831年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，并提出电磁感应定律，从而揭示电和磁之间的内在联系； 后来，苏格兰科学家麦克斯韦，将电磁的联系建立起严密的电磁场理论。他发展了法拉第的思想，用数学的形式总结出电场和磁场的联系，即麦克斯韦方程。 2 磁性的起源 物质的磁性起源于原子磁矩。 原子物理学告诉我们，组成物质的最小单元是原子，原子又由电子和原子核组成。电子的排布遵循三大原则：1 洪特规则，2泡利不相容规则，3 能量最低原理。原子中的电子绕着原子核进行高速运转，电子运转时同时有两种运动形式，即电子绕原子核的轨道运动和电子绕本身轴的旋转。前者叫电子轨道运动，后者叫电子自旋。处于旋转运动状态的电子相当于电流闭合回路，必然伴随有磁矩的
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。
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
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）
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：
永磁材料基本知识 2006 年08 月26 日星期六08:56 1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标？ 永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁（Jr, Br）、矫顽力（bHc）、内禀矫顽力（jHc）、磁能积（BH）m。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度（Tc）、可工作温度（Tw）、剩磁及内禀矫 顽力的温度系数（Br 0 , jHc 0 ）、回复导磁率（卩rec.）、退磁曲线方形度（Hk/jHc）、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。 除磁性能外，永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。 2、什么叫磁场强度（H）？ 1820 年，丹麦科学家奥斯特（H. C. Oersted）发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转，从而揭示了电与磁的基本关系，诞生了电磁学。实践表明：通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比，与离开导线的距离成反比。定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/2 n米远处的磁场强度为1A/m（安/米，国际单 位制SI）;在CGS单位制（厘米-克-秒）中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导 线0.2厘米远处磁场强度为1Oe （奥斯特），10e=1/（4 n x 103） A/m。磁场强度通常用H表示。 3、什么叫磁极化强度（J），什么叫磁化强度（M），二者有何区别？ 现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。磁性材料也不例外，其铁磁现象是起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流。这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。定义在真空中每单位外磁场对一个磁偶极子产生的最大力矩为磁偶极矩pm,每单位材料体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J，其单位为T （特斯拉，在CGS单位制中，J的单 位为Gs，1T=10000Gs）。 定义一个磁偶极子的磁矩为pm/卩0，卩0为真空磁导率，每单位材料体积内磁矩的矢量和为磁化强度M其SI单位为 A/m，CGS单位为Gs（高斯）。 M与J的关系为：J=卩0 M在CGS单位制中，卩0=1，故磁极化强度与磁化强度的值相等；在SI单位制中，卩0=4 n X 10-7H/m （亨/ 米）。 4、什么叫磁感应强度（B），什么叫磁通密度（B），B与H，J，M之间存在什么样的关系？ 理论与实践均表明，对任何介质施加一磁场H 时（该磁场可由外部电流或外部永磁体提供，亦可由永磁体对永磁介质本身提供，由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场--- 关于退磁场的概念，见9 Q），介质内部的磁场强度并不 等于H,而是表现为H与介质的磁极化强度J之和。由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现岀来 的，为与H区别，称之为介质的磁感应强度，记为B: B=^ 0 H+J （SI 单位制）（1-1 ） B=H+4t M （CGS单位制）
磁性材料 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T c：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P h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