功能金属材料磁性材料PPT
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金属功能材料
液相急冷法是一种制备金属功能材料的方法， 通过将熔融的金属迅速冷却，制备出具有所需 性能和结构的金属功能材料。
液相急冷法可以通过控制冷却速度和冷却方式， 实现材料的优化设计和制造，提高材料的性能和 可靠性。
03 金属功能材料的性能优化
合金化
总结词
合金化是金属功能材料性能优化的重要手段之一，通过添加合金元素，可以改变材料的物理、化学和机械性能。
01
03
熔炼法具有生产效率高、成本低、可加工大尺寸和复 杂形状等特点，是制备金属功能材料的重要手段之一。
04
熔炼法可以通过控制熔炼温度、熔炼时间和冷却速度 等参数，实现材料的优化设计和制造，提高材料的性 能和可靠性。
化学沉积法
化学沉积法是一种制备金属功 能材料的方法，通过化学反应 将金属离子还原成金属原子， 并在基材表面沉积形成金属功
金属功能材料
目录
CONTENTS
• 金属功能材料概述 • 金属功能材料的制备技术 • 金属功能材料的性能优化 • 金属功能材料的典型应用 • 金属功能材料的环境影响与可持续发展 • 金属功能材料的研究前沿与展望
01 金属功能材料概述
定义与分类
定义
金属功能材料是指具有特定物理或化 学功能的材料，这些功能包括但不限 于磁性、导电性、超导性、热敏性、 光敏性和催化性等。
性能、物理性能和化学性能的复合材料。
低成本化
总结词
低成本化是金属功能材料的另一个重要发展方向，旨在 通过降低生产成本、提高资源利用率等方式，降低金属 功能材料的应用成本。
详细描述
金属功能材料的生产成本较高，限制了其在一些领域的 应用。为了扩大金属功能材料的应用范围，研究者们致 力于降低其生产成本。例如，通过优化制备工艺、开发 低成本原料、提高资源利用率等方式，可以降低金属功 能材料的生产成本。此外，通过回收再利用废旧金属材 料，也可以降低金属功能材料的成本。
《功能材料》课件
化学气相沉积是利用气态 物质在加热的基材表面发 生化学反应，生成固态沉 积物的制备方法。
电化学沉积是利用电解液 中的离子在电极上发生氧 化还原反应，生成固态沉 积物的制备方法。
溶胶-凝胶法是利用溶液 中的前驱体在加热条件下 发生水解和缩聚反应，形 成凝胶，再经过干燥和热 处理得到固态产物的方法 。
生物法
应用领域拓展挑战
虽然功能材料在某些领域已经得到了广泛应用， 但在其他领域的应用还比较有限，需要进一步拓 展其应用领域。
功能材料的发展前景
01
02
03
广泛应用
随着科技的不断发展，功 能材料的应用领域将越来 越广泛，如能源、环保、 医疗、航空航天等。
创新发展
未来功能材料将不断涌现 出新的品种和性能更优的 材料，如新型高温超导材 料、纳米材料等。
产业升级
随着功能材料产业的不断 发展，将促进相关产业升 级和转型，如智能制造、 新能源等。
THANKS
谢谢
利用功能材料实现高效储能， 如锂离子电池和超级电容器。
电子信息领域
总结词
功能材料在电子信息领域中具有广泛 的应用，涉及集成电路、显示技术、 通信技术等。
集成电路
利用功能材料制造微电子器件，实现 高速、低功耗的集成电路。
显示技术
利用功能材料制造液晶显示器、有机 发光二极管显示器等显示器件。
通信技术
利用功能材料实现高速、大容量的通 信传输，如光纤通信和5G通信。
生物医学领域
总结词
功能材料在生物医学领域中具有重要应用，涉及 医疗器械、药物传递、生物成像等。
药物传递
利用功能材料实现药物的靶向传递和控释，提高 药物的疗效和降低副作用。
ABCD
磁性材料ppt_图文
1.组织结构与磁性 能关系
1）性能指标：.矫顽 力Hc，剩磁Br，最大磁能 积(BH)m，居里温度Tc， 剩余磁化强度Mr。
2）硬磁材料的4大特 性：高的矫顽力，高的剩
余磁通密度和高的剩余磁
化强度，高的最大磁能积， 高的稳定性。
硬磁材料
2.硬磁材料及其应用
(1)稀土硬磁材料：这是当前最大磁能积最高的 一大类硬磁材料，为稀土族元素和铁族元素为 主要成分的金属互化物(又称金属间化合物)。 如钕铁硼稀土合金硬磁材料。
磁性橄榄球
司南
永磁材料ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二.软磁材料
软磁材料的特点是高的磁导率，低的矫顽力（一 般Hc<100A/m）和低铁芯损耗。
1.组织结构与性能关系
1）.通过提高材料的均匀性来降低 矫顽力。
2）.通过降低磁各向异性来提高磁 导率，降低铁芯损耗。
软磁材料——铁粉芯
2.软磁材料及其工程应用
软磁材料大概分类为：纯铁和碳钢，镍-铁合金，磁性陶瓷 材料，非晶态合金，纳米晶软磁材料。
3)常用软磁磁芯
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。由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5～5 微米），又被 非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用 于较高频率； 另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有 低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现 象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉 芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、 它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。
总的来说有两大方面的应用：
1.强电流器件的应用，一般在准静态或低频，大电流下使用； 如电磁铁，功率变压器，电机等的铁芯。
磁性材料金属磁性材料
二元系：温度、压力、成分的立体图。由于一般情况下，压力常为 恒定，相图简化为温度、成分的直角坐标平面图。
三元系：（压力恒定）是一个立体图，底面呈正三角形（成分三角 形），三条底边上-的含量百分数。垂直于底面的纵轴表示温度。 （加图示）三角形内任何一点代表一定成分的三元合金。
2、相律和杠杆定理
⑴、相律 是指在平衡条件下，合金系统的组元数、相数和自由度数之间的 关系式。可以用下式表示：
3d过渡族元素的磁性来源
Fe、Ni、Co ：
3d电子的交换相互作用，铁磁性 （2.2μB,0.6μB,1.7μB)
Cr、Mn：
3d电子的直接交换相互作用，反铁磁性
Cr、Mn的合金或化合物：
3d电子的超交换相互作用，亚铁磁性或铁磁性
㈡、稀土族元素的结构和磁性 ⑴ 结构 主要指原子序数为57（La）至71（Lu）的15个元素， 加 上性质类似的Y和Sc； 晶体结构大都为密排六方结构。 ⑵ 磁性 Gd从0K到居里温度239K只表现出纯粹的铁磁性，但磁 矩的取向随温度而变。 Gd以前的轻稀土Ce、Nd、Sm具有反铁磁性。 重稀土金属Tb、Dy、Ho、Er、Tm表现为铁磁性或亚 铁 磁性。 Y、Sc、La、Yb、Lu为非磁性稀土元素，但Y、Sc、 Yb 的离子具有磁矩。
如结晶时，p=3，则f=2-3+1=0 （恒温）
（2）、杠杆定理 合金在结晶过程中，各相的成分及其相对 含量将发生变化。对于相图中的两相区， 可以应用所谓杠杆定律求出这两相的成分 及相对含量。 在A-B二元系中，任选一合金p，它的成分 是Xp（组元B的浓度），组元A的浓度为 （1-Xp），在温度T时处于二相平衡，和 两相中组元B的浓度分别为Xa和Xb，而组 元A的浓度为（）和（），设合金的重量 为1，和的相对量分别为C的C。这样P点 处两相中同一组元含量之和必等于合金P 中相应组元的含，可得两个方程式： CαXa+CβXb=Xp Cα(1-Xa)+Cβ(1-Xb)=1-Xp
《磁性材料》PPT课件
1、古代的信息记录 2、磁记录是信息存储技术的里程碑
整理ppt
13
【思考】 生活中还有哪些东西是
用磁记录的方式存储数据的？
整理ppt
14
最新磁记录技术
• 新技术利用激光改变硬盘磁性 ，速度可提 高100倍。荷兰研究人员说，他们已找到利 用激光提高硬盘100倍速度的方法。实验了 用一束40飞秒（毫微微秒）的单循环偏振 激光脉冲去改变硬盘的磁性。
地球的磁场的强度和
方向随着时间的推移
在不断改变，大约每
过100万年左右，地磁
场的南北极就会完全
颠倒一次。
整理ppt
17
【课外查资料】 地球磁场为什么会改变方向呢？
整理ppt
18
【探索】 失方向？
鸽子为什么迷
整理ppt
19
金，还有一些氧化物，磁化后的磁 性比其他物质强得多，这种物质叫 做铁磁性物质。
整理ppt
4
【思考】 为什么铁磁性物质磁化后
有很强的磁性？
整理ppt
5
4、磁畴：铁磁性物质的本身的 结构就是由很多已经磁化的小区 域组成的，这些磁化的小区域就 叫“磁畴”。
磁畴的大小约10－4～10－7m
整理ppt
6
5、硬磁性材料：有些铁磁性材 料，在外磁场撤去以后，各磁畴 的方向仍能很好地保持一致，物 体具有很强的剩磁。
五、磁性材料
整理ppt
1
一、磁化与退磁
1、磁化：钢铁物体与磁铁接触后 就会显示出磁性。
整理ppt
2
【实验演示】
原来有磁性的物体经过高温后失去磁性。
2、退磁：原来有磁性的物体， 经过高温、剧烈震动或者逐渐减 弱的交变磁场的作用，就会失去 磁性。这种现象叫做退磁。
整理ppt
13
【思考】 生活中还有哪些东西是
用磁记录的方式存储数据的？
整理ppt
14
最新磁记录技术
• 新技术利用激光改变硬盘磁性 ，速度可提 高100倍。荷兰研究人员说，他们已找到利 用激光提高硬盘100倍速度的方法。实验了 用一束40飞秒（毫微微秒）的单循环偏振 激光脉冲去改变硬盘的磁性。
地球的磁场的强度和
方向随着时间的推移
在不断改变，大约每
过100万年左右，地磁
场的南北极就会完全
颠倒一次。
整理ppt
17
【课外查资料】 地球磁场为什么会改变方向呢？
整理ppt
18
【探索】 失方向？
鸽子为什么迷
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19
金，还有一些氧化物，磁化后的磁 性比其他物质强得多，这种物质叫 做铁磁性物质。
整理ppt
4
【思考】 为什么铁磁性物质磁化后
有很强的磁性？
整理ppt
5
4、磁畴：铁磁性物质的本身的 结构就是由很多已经磁化的小区 域组成的，这些磁化的小区域就 叫“磁畴”。
磁畴的大小约10－4～10－7m
整理ppt
6
5、硬磁性材料：有些铁磁性材 料，在外磁场撤去以后，各磁畴 的方向仍能很好地保持一致，物 体具有很强的剩磁。
五、磁性材料
整理ppt
1
一、磁化与退磁
1、磁化：钢铁物体与磁铁接触后 就会显示出磁性。
整理ppt
2
【实验演示】
原来有磁性的物体经过高温后失去磁性。
2、退磁：原来有磁性的物体， 经过高温、剧烈震动或者逐渐减 弱的交变磁场的作用，就会失去 磁性。这种现象叫做退磁。
第八讲 金属材料和磁性材料
1935年 荷兰Snoek发明软磁铁氧体 1935年 Landau和Lifshitz考虑退磁场， 理论上预言了 磁畴结构 1946年 Bioembergen发现NMR效应 1948年 Neel建立亜铁磁理论 1954-1957年 RKKY相互作用的建立 1958年 Mö ssbauer效应的发现 1960年 非晶态物质的理论预言 1964年 Kondo effect 近藤效应 1965年 Mader和Nowick制备了CoP铁磁非晶态合金 1970年 SmCo5稀土永磁材料的发现 1984年 NdFeB稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川) 1986年 高温超导体，Bednortz-muller 1988年 巨磁电阻GMR的发现, M.N.Baibich 1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki
第八讲 金属材料和磁性材料
特例--分子的磁性与磁矩：
第八讲 金属材料和磁性材料
• 铁磁性
物质具有铁磁性的基本条件：(1)物
质中的原子有磁矩；(2)原子磁矩之
间有相互作用。实验事实：铁磁性物 质在居里温度以上是顺磁性；居里温
度以下原子磁矩间的相互作用能大于
热振动能，显现铁磁性。
• 反铁磁性
在反铁磁性中，近邻自旋反平行排列，它们的磁矩因 而相互抵消。因此反铁磁体不产生自发磁化磁矩，显 现微弱的磁性。反铁磁的相对磁化率的数值为10-5到 10-2。与顺磁体不同的是 自旋结构的有序化。 当施加外磁场时，由于自旋间反平行耦合的作用， 正负自旋转向磁场方向的转矩很小，因而磁化率比顺 磁磁化率小。随着温度升高，有序的自旋结构逐渐被 破坏，磁化率增加，这与正常顺磁体的情况相反。然 而在某个临界温度以上，自旋有序结构完全消失，反 铁磁体变成通常的顺磁体。因而磁化率在临界温度(称 奈耳温度Neel point)显示出一个尖锐的极大值。
功能材料-磁性材料课件
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
3、高斯织构硅钢片
结构特点：
➢ 易磁化方向[100]与轧制方向平行 ➢ 难磁化方向[111]与轧制方向成55角
轧 [100] 制 方 向
55
[111] [110]
➢ 中等磁化方向[110]与轧制方向成90角
横向
高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿[100](轧制方向)磁性能最佳。
3、主要用途
直流磁场下工作的磁性元件，如电磁铁和继电器的铁芯。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
电工用硅钢片
在纯铁中加入1.04.0%Si的铁碳硅合金。 Si的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗。
1、电工用硅钢片的种类
硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：
电工用硅钢片
热轧非织构（无取向）硅钢片 冷轧非织构（无取向）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
150·cm，为1J79铁镍合金的2～3倍。 ➢ 硬度、强度和耐磨性较高。
例如1J16的硬度和耐磨性比1J79合金高，适用于磁头等磁性器件。 ➢ 密度较低。
可以减轻磁性元件的铁芯质量。 ➢ 对应力敏感性小。
适于在冲击、振动等环境下工作。 ➢ 合金的时效性良好。
随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
2、铁铝合金的主要应用
铁和铝资源丰富、价格低廉，铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似， 同时还具有一些独特的优点，因此是铁镍合金的一种替代材料，适用于 电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。
铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途
牌号 铝含量 /%
特点
主要用途
1J6
磁性材料ppt课件
磁性是自然科学史上最古老的现象之一
磁性材料是最早被人类认识和利用的功能材料，伴随了人类 文明的发展。 人类对于磁性材料的最初认识源于天然磁石。 公元前三世纪《管子》：“上有慈石者，下有铜金。” 《吕氏春秋》九卷精通篇：“慈招铁，或引之也。”
磁铁矿(Fe3O4) 或磁赤铁矿(γ-Fe2O3)
指南针——磁性材料的最早应用
物质磁性:
物质放入磁场中会表现出不同的磁学特性，称为物质的磁性。
4. 材料磁性的分类及应用
（1） 物质磁性的分类
按物质在磁场中的表现：磁化率的正负、大小及其与温度 的关系来进行分类， 在晶状固体里，共发现了五种主要类型的磁结构物质，它 们的形成机理和宏观特征各不相同，对它们的成功解释形成 了今天的磁性物理学核心内容。 70 年代以后——非晶材料和纳米材料——新的磁性类型，
➢
W. Gilbert 《De Magnete》磁石，最早的著作
➢18世纪 奥斯特 电流产生磁场
➢
法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流
➢
安培定律 构成电磁学的基础, 开创现代电气工业
➢1907年 P. Weiss的磁畴和分子场假说
➢1928年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源
➢1931年 Bitter在显微镜下直接观察到磁畴
基本特征是存在一个磁性转变温度，在此点磁化率温度关系 出现峰值。
文献中也绘成磁化率倒数和温度关系的：
1磁
化 率
表
现
复
杂
Tp
TC
T (K )
铁磁性 T p TC
低温下表现为反铁磁性的物质，超过磁性转变温度
（一般称作Neel温度）后变为顺磁性的，其磁化率温度
关系服从居里-外斯定律： = C
功能材料介绍PPT
功能材料元件体积小，如传感器件、电子器件等。
现代社会对研制新一代材料提出了结构和功能相结 合的要求。即材料不仅能作为结构材料使用，而且具 有特殊功能或多种功能。同一构件、设备、器件可能 是结构材料和功能材料的结合。如航天航空器既有特 殊结构材料，又有特殊的功能材料。
分类： 很难有统一的认识，常见的分类方法有：
中国在商周处于青铜时代的鼎盛时期，湖北隋县出 土的编钟、西安青铜马车都反映当时中国冶金技术水 平和高超的制造工艺。
公元前13-14世纪，人类开始使用铁。3000年前的 铁器比青铜器更为普遍，人类开始进入铁器时代。
到春秋末期，中国的生铁技术遥遥领先于其他国家。 如生铁退火而制成的韧性铸铁以及生铁炼钢技术发明， 促进了当时生产力的大发展，对农业、水利和军事的 发展起到了极大的作用，推动了世界的文明与进步。
6、扩展功能材料的应用范围，尤其是尖端技术与民 用高技术领域中的应用。
Байду номын сангаас
2、材料的发展史
人类发展的历史证明，材料的发展导致时代变迁。 人类的历史曾以使用的主要材料来划分，如石器时代、 铜器时代和铁器时代等。
早在100万年前，人类开始使用石头做工具，使人 类进入旧石器时代。大约1万年前，人类能对石头进行 加工，使石头成为精制的器皿和工具，从而进入新石 器时代。在新石器时代，人类开始用毛皮遮身。8000 年前，中国开始用蚕丝做衣服。4500年前，印度人开 始种植棉花，这些都标志着人类使用材料促进人类文 明进步。此外，人类还使用竹、木、骨等原始天然材 料，不经或稍许加工而制成工具或用具。这是材料发 展的初始阶段，其特点是人类单纯选用天然材料。
人类还处于新石器时代，就已经发明了粘土成型， 在火烧固化而得到陶器，用作器皿或装饰品。陶器的 出现，是对人类文明的一大促进。在烧制陶器的过程 中，又偶然发现了铜和锡，实际上是铜和锡的氧化物 在高温下被碳还原的产物，进而生产出色泽鲜艳且能 浇铸的青铜，使人类进入青铜时代。这是人类较大量 使用金属的开始。希腊、印度、埃及和中国都在公元 前3000年左右进入青铜时代。
现代社会对研制新一代材料提出了结构和功能相结 合的要求。即材料不仅能作为结构材料使用，而且具 有特殊功能或多种功能。同一构件、设备、器件可能 是结构材料和功能材料的结合。如航天航空器既有特 殊结构材料，又有特殊的功能材料。
分类： 很难有统一的认识，常见的分类方法有：
中国在商周处于青铜时代的鼎盛时期，湖北隋县出 土的编钟、西安青铜马车都反映当时中国冶金技术水 平和高超的制造工艺。
公元前13-14世纪，人类开始使用铁。3000年前的 铁器比青铜器更为普遍，人类开始进入铁器时代。
到春秋末期，中国的生铁技术遥遥领先于其他国家。 如生铁退火而制成的韧性铸铁以及生铁炼钢技术发明， 促进了当时生产力的大发展，对农业、水利和军事的 发展起到了极大的作用，推动了世界的文明与进步。
6、扩展功能材料的应用范围，尤其是尖端技术与民 用高技术领域中的应用。
Байду номын сангаас
2、材料的发展史
人类发展的历史证明，材料的发展导致时代变迁。 人类的历史曾以使用的主要材料来划分，如石器时代、 铜器时代和铁器时代等。
早在100万年前，人类开始使用石头做工具，使人 类进入旧石器时代。大约1万年前，人类能对石头进行 加工，使石头成为精制的器皿和工具，从而进入新石 器时代。在新石器时代，人类开始用毛皮遮身。8000 年前，中国开始用蚕丝做衣服。4500年前，印度人开 始种植棉花，这些都标志着人类使用材料促进人类文 明进步。此外，人类还使用竹、木、骨等原始天然材 料，不经或稍许加工而制成工具或用具。这是材料发 展的初始阶段，其特点是人类单纯选用天然材料。
人类还处于新石器时代，就已经发明了粘土成型， 在火烧固化而得到陶器，用作器皿或装饰品。陶器的 出现，是对人类文明的一大促进。在烧制陶器的过程 中，又偶然发现了铜和锡，实际上是铜和锡的氧化物 在高温下被碳还原的产物，进而生产出色泽鲜艳且能 浇铸的青铜，使人类进入青铜时代。这是人类较大量 使用金属的开始。希腊、印度、埃及和中国都在公元 前3000年左右进入青铜时代。
湖南大学金属功能材料第4章 磁性材料-1
2.3 铁磁性物质 铁磁性物质的磁化率χ可达104数量级。 不加外磁场时，原子磁矩之间作用而互相平行排列, 呈饱和磁化的状态, 称为自发磁化，并形成很多小区域 (称为磁畴)，在每个磁畴内是饱和磁化的，而整个材料 内的各个区域则是杂乱取向的。 一般强度的磁场作用并不增加磁畴内部的磁化强 度，只改变磁畴的大小和取向。
2. 磁性的分类
2.1 抗磁性物质 抗磁性物质的磁化率χ<0。M=χH，M与H的方向相 反，这就是抗磁性。磁化率χ很小，约为-10-5～10-6，且 不随温度而改变。 物质类型包括惰性气体、许多有机化合物、某些金属 (如Zn, Cu, Ag, Au, Mg, Bi等)和某些非金属(如Si, P, S等)。 对于电子壳层已填满的原子，无外加磁场时其轨道 磁矩和自旋磁矩的总和为零。当有外磁场作用时，即使 对于那种总磁矩为零的原子也会显示出磁矩来。这是由 于电子的循轨运动在外磁场的作用下产生了抗磁磁矩∆P 的缘故。
自发磁化机制 根据键合理论可知, 原子相互接近形成分子时, 电子云相互重叠，电子要相互交换。 过渡族金属原子的d态与s态能量相差不大，因 此它们的电子云也将重叠，引起s、d状态电子的 再分配。这种交换产生一种交换能Eex(与交换积分 有关)，此交换能有可能使相邻原子内d层末抵消的 自旋磁矩同向排列。
铁氧体磁性材料具有亚铁磁性，在这类材料 中，金属离子具有几种不同的亚点阵，因相邻 的亚点阵晶位相距太远，因而在其晶位上的金 属离子之间不能直接发生相互交换作用，但可 以通过位于它们之间的氧原子而间接地发生交 换作用，即间接交换作用或称为超交换作用。
举例：Fe3O4 ，分子式以用Fe2+Fe23+O42- 来表示。若 用2价的其它金属(如Mn,Ni,Cu,Mg)置换其中的Fe2+ ， 则可得到尖晶石型铁氧体，M2+Fe23+O42-。
第3章功能金属材料磁性材料
导率之比，故也称为相对磁导率。
2020/5/11
第一节 材料的磁性
磁性材料
二、磁性的分类
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 物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物质。
1、抗磁性物质 呈抗磁性，或称逆磁性。
＜0，M与H方向相反 ； 磁化率 很小，-10-5 ～-10-6 ，且不随温度变化。 属于这类物质的金属有：Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Mg。
2020/5/11
第一节 材料的磁性
磁性材料
Br — 剩余磁感应强度，是指当以足够 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；
Br/Bm —矩形比，是指剩余磁感Br与 规定磁场强度所对应的磁感强度Bm的 比值。一般以Br/Bs之比为标准；
μ—磁导率，是B-H曲线上任意一点的B 和H的比值， μ＝B/H，单位是H/m或 Gs/Oe；
2020/5/11
第一节 材料的磁性
磁性材料
3、铁磁性物质 呈铁磁性。
＞＞0，磁化率在可达104数量级。
自发磁化：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 列，呈饱和磁化的状态。
磁畴: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，这种饱 和的小区域称为磁畴。
2020/5/11
第二节 软磁材料及应用 磁性材料的分类：
磁性材料
金属磁性材料 按材料组分和结构特点分类
铁氧体磁性材料
金属磁性材料
晶态合金磁性材料 非晶态合金磁性材料
2020/5/11
第二节 软磁材料及应用
磁性材料
按材料磁性能特点分类
硬磁合金 软磁合金
2020/5/11
第一节 材料的磁性
磁性材料
二、磁性的分类
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 物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物质。
1、抗磁性物质 呈抗磁性，或称逆磁性。
＜0，M与H方向相反 ； 磁化率 很小，-10-5 ～-10-6 ，且不随温度变化。 属于这类物质的金属有：Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Mg。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
Br — 剩余磁感应强度，是指当以足够 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；
Br/Bm —矩形比，是指剩余磁感Br与 规定磁场强度所对应的磁感强度Bm的 比值。一般以Br/Bs之比为标准；
μ—磁导率，是B-H曲线上任意一点的B 和H的比值， μ＝B/H，单位是H/m或 Gs/Oe；
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第一节 材料的磁性
磁性材料
3、铁磁性物质 呈铁磁性。
＞＞0，磁化率在可达104数量级。
自发磁化：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 列，呈饱和磁化的状态。
磁畴: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，这种饱 和的小区域称为磁畴。
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第二节 软磁材料及应用 磁性材料的分类：
磁性材料
金属磁性材料 按材料组分和结构特点分类
铁氧体磁性材料
金属磁性材料
晶态合金磁性材料 非晶态合金磁性材料
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第二节 软磁材料及应用
磁性材料
按材料磁性能特点分类
硬磁合金 软磁合金
《金属磁性材料》幻灯片
常见金属软磁材料
工业纯铁 铁硅合金 铁镍合金 铁铝合金 铝硅铁合金 非晶及纳米晶软磁合金 磁介质
工业纯铁
纯度在 99.8%以上的铁，不含任何成 心添加的合金元素。
室温性能：Bs=2.15(T)，居里温度 770℃ ，最大磁导率μm=20000， ρ=0.1×10-6(Ω.m)。
工业纯铁的碳含量低，矫顽力低，磁 导率高，导热性和加工性好，有一定 的耐腐蚀性和价格廉价。电阻率低， 不能在交流磁场中应用。在直流磁场
1、电解铁 含PC≤u有≤0.000..000551%~5%0、.。0S2≤%0C.0、04M%n、≤A0l≤.001.0%1、%、 Bρ电r==磁91.6性.0×5能1(T0：)-、8μiHΩ=c.5m=000.、35μ(m×7=91.65A00/m、)、
2、阿姆柯铁 含S≤C0.≤050%.0、25C%u、≤0M.08n%≤。0.035%、 P≤0.015%、 磁μm性=能60：0μ0i~=125000000~、5000、 Hc=0.5 ~1.5(×79.6A/m)
3、羰基铁 由Fe〔Co〕5分解而成，纯度高。 磁μHmc性==能02.00：80μ×0i07=~92.2601A050/0m300、、00B、r=0.5 ~1.0T、 ρ=9.6×10-8 Ω.m 由此可见，微量杂质对纯铁的磁性影响明显。
铁硅合金
铁硅合金，通常又称为硅钢片、电工钢。在变压 器、电动机、发电机等电力设备和通信设备中， 它是最重要的铁芯材料，在国民经济中占有重要 的地位。 1900—1930年，炼钢和热轧加工技术 1934—60年 晶粒取向、热处理、玻璃涂层 1983—至今 辐射
影响磁导率的因素
机理：根据技术磁化的分析，影响材料磁 导率的主要过程是可逆磁畴转动和可逆畴 壁位移。
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1
第三章 磁性材料
主要内容
第一节 材料的磁性 第二节 软磁材料及其应用 第三节 硬磁材料及其应用 第四节 磁记录材料及其应用
基本要求
✓理解磁性的起因及
其参量
✓理解磁性的分类及
铁磁物质的特性
✓掌握软磁材料、硬
磁材料磁记录材料的 特点及其应用。
2
第一节 材料的磁性
磁性材料
一、磁性的产生及磁学基本参量
磁性材料
磁性功能材料
——磁性材料指那些有实际工程意义具有较强磁性 的材料。是最古老的功能材料。公元前几世纪人类就 发现自然界中存在天然磁体，磁性(Magnetism)一词 就因盛产天然磁石的Magnesia地区而得名。早期的磁 性材料主要是软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世纪六 十年代起，非晶态软磁材料、纳米晶软磁材料、稀土 永磁材料等一系列的高性能磁性材料相继出现。磁性 材料广泛应用于计算机及声像记录用大容量存储装置 如磁盘、磁带，电工产品如变压器、电机，以及通讯、 无线电、电器和各种电子装置中，是电子和电工工业、 机械行业和日常生活中不可缺少的材料之一，
磁性材料
二、磁性的分类
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 物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物质。
1、抗磁性物质 呈抗磁性，或称逆磁性。
＜0，M与H方向相反 ； 磁化率 很小，-10-5 ～-10-6 ，且不随温度变化。 属于这类物质的金属有：Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Mg。
13
第一节 材料的磁性 3、铁磁性物质 呈铁磁性。
磁性材料
＞＞0，磁化率在可达104数量级。
自发磁化：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 列，呈饱和磁化的状态。
磁畴: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，这种饱 和的小区域称为磁畴。
磁性材料
铁磁性物质是一种磁性很强的物i、Co，某 些稀土元素以及由Fe、Ni、Co组成的合 金等。
16
第一节 材料的磁性
磁性材料
4、反铁磁性物质
＞0， M与H方向相同；磁化率在10-5～10-3。
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 矩相互抵消，结果使总的磁矩为零。
=BnS=BcosS
式中为磁感应强度B的方向与面积S的 垂线方向之间的夹角。
10
第一节 材料的磁性
磁性材料
7、磁导率 μ
磁导率定义为
μ=B/μ0 H B与H的比值称为绝对磁导率μ绝对。
μ绝对=B/H=μ0μ
磁导率就等于材料的绝对磁导率μ绝对与真空磁
导率之比，故也称为相对磁导率。
11
第一节 材料的磁性
χ＝M/H 表征物质磁性的大小
6
第一节 材料的磁性
磁性材料
4、磁感应强度 B 单位：特斯拉（T）或韦/米2 (Wb/m2)
B
=
μ 0
(H+M)
μ0是真空磁导率，
μ 0
=410-7H/m
在真空中（M=0），当磁场强度H为 （107/ 4）A/m时，相应的磁感应强 度为1T。
7
第一节 材料的磁性
磁性材料
5、磁偶极矩pm、磁矩m
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 的电荷。
磁 在磁偶偶极极矩子pm上：的真最空大中力每矩单。位单外位加为磁W场b作·用m。
8
第一节 材料的磁性
磁性材料
磁偶极子的磁矩m和磁偶极矩pm有如下关系：
m=
pm
/
μ 0
磁矩m的单位为A·m2 。
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 受的力也大。
磁矩只与物体本身有关，与外磁场无关。
9
第一节 材料的磁性
磁性材料
6、磁通量 单位为韦（Wb）
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S的磁通量
等于该处磁感应强度B在垂直于面积方
向上的分量Bn和面积S的乘积，即
14
第一节 材料的磁性
磁性材料
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3d 或4f层），在此层中未对消的电子自旋磁矩 产生原子磁矩。
（2）原子间距与未满电子层半径之比值要 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 成铁磁性。
15
第一节 材料的磁性
18
第一节 材料的磁性
磁性材料
三、铁磁性物质的特性 1、内禀特性参数
（ 原1子）磁自矩发按磁一化定强规度律M排s ：列铁在磁晶性格物中质，中与的相 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 产生磁化强度。
M邻s近的原大子小间决的定相于互铁作磁用性，物并质随的温原度子而结变构化和。
4
第一节 材料的磁性
磁性材料
2、磁场强度 H
单位：A/m 或高斯（Gs），矢量， 由S极指向N极。
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M 。磁场强度H 一般是由导体中的电流或者永磁体产生的。
5
第一节 材料的磁性
3、磁化率 χ＝M/H
磁性材料
磁化强度M与磁场强度H的比值称为磁化 率：即
12
第一节 材料的磁性
磁性材料
2、顺磁性物质 呈顺磁性。
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 。
＞0， M与H方向相同；磁化率在 10-3～10-5 。
属于这类物质的金属有：La、Pr、MnAl、 除Be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Fe、Ni、Co等。
物质磁性的本质：原子的磁矩
原子核磁矩：约为电子磁矩1/2000
原子的磁矩
轨道磁矩
电子磁矩
自旋磁矩 磁介质：在磁场作用下能磁化的物质。
3
第一节 材料的磁性
磁性材料
1、磁化强度 M
单位：A/m 或高斯（Gs），矢量，由S 极指向N极。
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 大小。
常见的反铁磁性物质有：Mn、Cr,部分铁氧体 ZnFe2O4如和某些化合物MnO、NiO、FeF2等。
17
第一节 材料的磁性
磁性材料
5、亚铁磁性物质 ＞＞0
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 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、石榴石 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。
第三章 磁性材料
主要内容
第一节 材料的磁性 第二节 软磁材料及其应用 第三节 硬磁材料及其应用 第四节 磁记录材料及其应用
基本要求
✓理解磁性的起因及
其参量
✓理解磁性的分类及
铁磁物质的特性
✓掌握软磁材料、硬
磁材料磁记录材料的 特点及其应用。
2
第一节 材料的磁性
磁性材料
一、磁性的产生及磁学基本参量
磁性材料
磁性功能材料
——磁性材料指那些有实际工程意义具有较强磁性 的材料。是最古老的功能材料。公元前几世纪人类就 发现自然界中存在天然磁体，磁性(Magnetism)一词 就因盛产天然磁石的Magnesia地区而得名。早期的磁 性材料主要是软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世纪六 十年代起，非晶态软磁材料、纳米晶软磁材料、稀土 永磁材料等一系列的高性能磁性材料相继出现。磁性 材料广泛应用于计算机及声像记录用大容量存储装置 如磁盘、磁带，电工产品如变压器、电机，以及通讯、 无线电、电器和各种电子装置中，是电子和电工工业、 机械行业和日常生活中不可缺少的材料之一，
磁性材料
二、磁性的分类
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 物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物质。
1、抗磁性物质 呈抗磁性，或称逆磁性。
＜0，M与H方向相反 ； 磁化率 很小，-10-5 ～-10-6 ，且不随温度变化。 属于这类物质的金属有：Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Mg。
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第一节 材料的磁性 3、铁磁性物质 呈铁磁性。
磁性材料
＞＞0，磁化率在可达104数量级。
自发磁化：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 列，呈饱和磁化的状态。
磁畴: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，这种饱 和的小区域称为磁畴。
磁性材料
铁磁性物质是一种磁性很强的物i、Co，某 些稀土元素以及由Fe、Ni、Co组成的合 金等。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
4、反铁磁性物质
＞0， M与H方向相同；磁化率在10-5～10-3。
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 矩相互抵消，结果使总的磁矩为零。
=BnS=BcosS
式中为磁感应强度B的方向与面积S的 垂线方向之间的夹角。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
7、磁导率 μ
磁导率定义为
μ=B/μ0 H B与H的比值称为绝对磁导率μ绝对。
μ绝对=B/H=μ0μ
磁导率就等于材料的绝对磁导率μ绝对与真空磁
导率之比，故也称为相对磁导率。
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第一节 材料的磁性
χ＝M/H 表征物质磁性的大小
6
第一节 材料的磁性
磁性材料
4、磁感应强度 B 单位：特斯拉（T）或韦/米2 (Wb/m2)
B
=
μ 0
(H+M)
μ0是真空磁导率，
μ 0
=410-7H/m
在真空中（M=0），当磁场强度H为 （107/ 4）A/m时，相应的磁感应强 度为1T。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
5、磁偶极矩pm、磁矩m
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 的电荷。
磁 在磁偶偶极极矩子pm上：的真最空大中力每矩单。位单外位加为磁W场b作·用m。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
磁偶极子的磁矩m和磁偶极矩pm有如下关系：
m=
pm
/
μ 0
磁矩m的单位为A·m2 。
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 受的力也大。
磁矩只与物体本身有关，与外磁场无关。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
6、磁通量 单位为韦（Wb）
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S的磁通量
等于该处磁感应强度B在垂直于面积方
向上的分量Bn和面积S的乘积，即
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第一节 材料的磁性
磁性材料
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3d 或4f层），在此层中未对消的电子自旋磁矩 产生原子磁矩。
（2）原子间距与未满电子层半径之比值要 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 成铁磁性。
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第一节 材料的磁性
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第一节 材料的磁性
磁性材料
三、铁磁性物质的特性 1、内禀特性参数
（ 原1子）磁自矩发按磁一化定强规度律M排s ：列铁在磁晶性格物中质，中与的相 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 产生磁化强度。
M邻s近的原大子小间决的定相于互铁作磁用性，物并质随的温原度子而结变构化和。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
2、磁场强度 H
单位：A/m 或高斯（Gs），矢量， 由S极指向N极。
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M 。磁场强度H 一般是由导体中的电流或者永磁体产生的。
5
第一节 材料的磁性
3、磁化率 χ＝M/H
磁性材料
磁化强度M与磁场强度H的比值称为磁化 率：即
12
第一节 材料的磁性
磁性材料
2、顺磁性物质 呈顺磁性。
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 。
＞0， M与H方向相同；磁化率在 10-3～10-5 。
属于这类物质的金属有：La、Pr、MnAl、 除Be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Fe、Ni、Co等。
物质磁性的本质：原子的磁矩
原子核磁矩：约为电子磁矩1/2000
原子的磁矩
轨道磁矩
电子磁矩
自旋磁矩 磁介质：在磁场作用下能磁化的物质。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
1、磁化强度 M
单位：A/m 或高斯（Gs），矢量，由S 极指向N极。
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 大小。
常见的反铁磁性物质有：Mn、Cr,部分铁氧体 ZnFe2O4如和某些化合物MnO、NiO、FeF2等。
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第一节 材料的磁性
磁性材料
5、亚铁磁性物质 ＞＞0
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 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、石榴石 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。