第6章 铁磁材料及其应用..
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铁磁材料的研究进展与应用铁磁材料是一种磁性材料,具有高磁导率、高饱和磁感应强度、高磁阻值和低失磁耗等优点,在电子技术、电子信息、能源、机械工业以及医疗器械等领域有着广泛的应用。
本文将从铁磁材料的基本概念、物理性质、研究进展和应用领域等方面进行讨论。
一、铁磁材料的基本概念铁磁材料是一种基于氧化铁的磁性材料,包括氧化铁、镍铁氧体、合金带、铁电材料等。
其中,氧化铁是最早被发现的一种铁磁材料,其晶体结构属于立方晶系,在外加磁场的作用下会产生磁化强度,具有较好的磁性和温度稳定性。
镍铁氧体则是一种具有高磁阻比和高频响应性能的材料,可以广泛应用于载波通信和微波器件中。
二、铁磁材料的物理性质铁磁材料的物理性质与其晶体结构和磁矩有关。
晶体结构不同,磁性性质也会有所差异。
例如,氧化铁的磁矩主要由离子自旋贡献和轨道贡献两部分组成,而镍铁氧体的磁矩主要由离子自旋贡献和离子轨道贡献及两者之间的交换相互作用共同决定。
铁磁材料还具有磁导率、磁阻、矫顽力、剩磁等特性。
三、铁磁材料的研究进展随着科学技术的不断发展,铁磁材料的研究也得到了迅猛发展。
近年来,研究人员主要从以下几个方面对铁磁材料进行了深入的研究:1.微观结构与物性关系研究。
通过采用透射电镜、扫描电镜、X射线衍射等方法研究铁磁材料的微观结构,探索其结构与物性之间的关系。
2.制备工艺研究。
研究人员通过沉积、溶胶-凝胶和热处理等方法制备铁磁材料,并对其制备过程进行优化,以提高其性能。
3.铁磁储存技术研究。
铁磁材料可以应用于非易失性存储器中,近年来,研究人员通过优化工艺和改善制备方法,研制出了一系列高性能铁磁储存器件。
4.磁性材料的多功能应用研究。
将铁磁材料与其他材料相结合,可以应用于电力设备、信标定位、导航技术、医学成像、环境治理等领域。
四、铁磁材料的应用领域铁磁材料具有多种特性和优点,可应用于很多领域,包括:1.信息存储:铁磁膜具有磁导率高、饱和磁感应强度高和抗强磁场干扰等特点,在磁盘、磁带、光盘等数据存储介质中广泛应用。
铁磁材料的研究与应用铁磁材料是指具有铁磁性质的材料,是目前材料物理学和材料科学的研究热点之一。
铁磁材料具有磁饱和强度高、磁导率大、磁滞回线窄、磁耦合系数大、良好的磁导性和电导性等特点,广泛应用于磁头、磁盘、电机、变压器和磁耦合器等领域。
一、铁磁材料的基本特性铁磁材料的基本特性是通过材料的物化特性来描述的。
首先,铁磁材料的饱和磁场强度高,即当外加磁场强度增大到一定程度时,材料的磁化强度将达到磁饱和,此时材料将不能再被磁化。
其次,铁磁材料的磁滞回线窄,即当外加磁场强度加大或减小时,磁性材料的磁化强度也将随之增大或减小,并呈现出一定的滞后性,这种滞后效应所对应的曲线就称为磁滞回线。
铁磁材料的磁滞回线窄,意味着材料具有更为稳定的磁性能。
除此之外,铁磁材料的磁导率大,即材料在外加磁场的作用下,所呈现出的磁场强度与磁化强度之间的比值大,这种比值所决定的参数就是材料的磁导率。
铁磁材料的磁导率大,可以更好地应用于电感器、磁头、磁盘等领域。
二、铁磁材料的制备技术铁磁材料的制备技术是关系到铁磁材料性质和应用的一个重要方面。
目前工业上生产的铁磁材料主要是硅钢板和铁氧体材料。
硅钢板是利用钢材的磁带轧制工艺和热处理工艺制备而成的,它的主要成分是铁、硅、碳和少量杂质,因为硅元素的加入使得铁磁材料的磁导率大大提高,同时由于在制备过程中对硅钢板的表面进行绝缘处理能够降低铁磁材料的涡流损耗。
而铁氧体则是材料科学研究中相对较新的制备技术,其通过利用磁性离子、氧元素和非磁性离子间的相互作用所形成的具有良好铁磁性能的复合材料,铁氧体材料的制备工艺因为要求材料形貌规整、纯度高、结晶致密,所以需要较高的生产技术和生产工艺设备。
三、铁磁材料的应用现状与展望铁磁材料目前应用领域十分广泛,主要涉及到电磁、电力、电子、计算机、通信、医疗等领域。
电磁领域中,铁磁材料主要应用于制作电动机、磁耦合器、变压器、发电机、电子继电器等电力设备,这些设备的重要部件均选用了具有铁磁性能的材料,用以提高设备的工作效率和稳定性。
材料物理导论课后答案(熊兆贤)第六章习题参考解答第六章材料的声学1、声振动作为一个宏观的物理现象,满足三个基本物理定律:牛顿第二定律、质量守恒定律和绝热压缩定律,由此分别可以推导出介质运动方程(p-V关系)、连续性方程(V-)和物态方程(p-关系),并由此导出声波方程――p,V和等对空间、时间坐标的微分方程。
2、若声波沿x方向传播,而在yz平面上各质点的振幅和相位均相同,则为平面波3、4、(略)5、主要措施:a)生产噪音小的车辆;b)铺设摩擦噪音小的路面(诸如:使用改性沥青材料、形成合适路面纹路);c)在城市交通干道两旁设置吸音档墙(选用吸音材料、采用吸音结构);d)最好把城市交通干道修建在地下(实例:法国巴黎和美国波士顿的部分交通干道)。
6、声信号在海洋中传播时,会发生延迟、失真和减弱,可用传播损失来表示声波由于扩展和衰减引起的损失之和。
其中,扩展损失时表示声信号从声源向外扩展时有规律地减弱的几何效应,它随着距离的对数而变化;而衰减损失包括吸收、散射和声能漏出声道的效应,它随距离的对数而变化。
柱面扩展引起的损失随距离一次方而增加,声波在海水中长距离传播时对应于柱面扩展。
海水中的声吸收比纯水中大得多,在海水中声吸收由三种效应引起:一是切变黏滞性效应,另一是体积黏滞性效应,以及在100kHz下,海水中MgSO4分子的离子驰豫引起的吸收。
7、水声材料主要用于制作各种声源发射器和水听器,曾用过水溶性单晶、磁致伸缩材料和压电陶瓷材料,随着水声换能器技术的发展,要求具有功率大、频率常数低、时间和温度稳定性好、强电场下性能好以及能承受动态张应力大的材料。
8、产生超声波的材料主要有两大类:a)压电晶体和陶瓷是产生超声波的一类重要的材料;b)磁致伸缩材料为另一类超声波发生材料。
9、次声的特点为:1)频率低于25Hz,人耳听不到2)次声在大气中因气体的黏滞性和导热性引起的声能吸收比一般声波小得多3)吸收系数与周期T和大气压力的关系:4)次声受水汽以及障碍物的散射影响更小,可忽略不计5)次声是一种平面波,沿着地球表面平行的方向传播,次声对人体有影响,会使人产生不舒服的感觉6)频率小于7Hz的次声与大脑的节律频率相同,因此对大脑的影响特别大,功率强大的次声还可能严重损坏人体的内部器官。
金属材料与热处理(第七版)习题册参考答案绪论一、填空题1.石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3.405% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答:为了能够正确地认识和使用金属材料,合理地确定不同金属材料的加工方法,充分发挥它们的潜力,就必须熟悉金属材料的牌号,了解它们的性能和变化规律。
为此,需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答:3.答:要弄清楚重要的概念和基本理论,按照材料的成分和热处理决定其性能,性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆;注意理论联系实际,认真完成作业和试验等教学环节,是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1.√ 2.√ 3.×4.×三、选择题1.A 2.C 3.C四、名词解释1.答:晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架;晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2.答:只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体;由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习答:三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为:(体心立方晶格)(面心立方晶格)(密排六方晶格)§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1.×2.×3.×4.√ 5.√6.√1.CBA 2.B 3.A 4.A四、名词解释1.答:结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2.答:在固态下,金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
96第6章 固体的磁性和磁性材料§6.1 固体的磁性质及磁学基本概念6.1.1 固体的磁性质某些无机固体并不像其他所有物质那样表现出抗磁性(Diamaganetism ),而是呈现出磁效应。
这些无机固体往往是以存在不成对电子为特征的,这些不成对电子又常常是处在金属阳离子中。
因此,磁行为主要限制在过渡金属和镧系金属元素的化合物上。
它们中许多金属原子具有不成对的d 和f 电子,就可能具有某些磁效应。
我们知道,电子有自旋,形成自旋磁矩。
在不同的原子中,不成对电子可以随机取向,此时材料就是顺磁的(Paramagnetic );如果不成对的电子平行地排成一列,材料就有净的磁矩,这是材料是铁磁性的(iferromagnetic );相反,不成对电子反平行排列,总磁矩为零,材料就呈现反铁磁性为(Antiferromagnetic );如果自旋子虽是反平行排列,但两种取向的数量不同,会产生净的磁矩,材料就具有亚铁磁性(Ferrimagnetic )。
图6.1就说明这些情形。
(b)(d)(c)图6.1 成单电子自旋取向和材料的磁性a 抗磁性b 铁磁性c 反铁磁性d 亚铁磁性磁性材料广泛地应用在电器、电声、磁记录和信息存储各方面,可以说,现代社会离不开磁性材料。
6.1.2 磁学基本概念1.物质在磁场中的行为97首先,我们讨论不同材料在磁场中的行为。
如果磁场强度为H ,样品单位体积的磁矩为I ,那么样品的磁力线密度,即所谓磁通量 (Magnetic induction )B 为:B = H + 4πI 6.1.1导磁率(Permeability )P 和磁化率(Susceptinity )K 定义为: P = HB = 1 + 4πK 6.1.2 K = HI 6.1.3 摩尔磁化率χ为χ= dM κ 6.1.4 式中M 是分子量,d 式样品密度。
根据、K 、χ及其与温度和磁场的依赖关系可以区分不同种类的磁行为,这总结在表6.1中。
第六章磁路与铁心线圈电路★主要内容1、磁场的基本物理量2、磁性材料的磁性能3、磁路及其基本定律4、交流铁心线圈电路5、变压器★教学目的和要求1、理解描述磁场性质的四个有关物理量(磁感应强度、磁通、磁导率和磁场强度)的意义,并熟记它们的单位和符号,了解铁磁材料的磁化、磁滞的物理意义,掌握铁磁材料磁滞回线的概念,了解两类铁磁质的磁性能(磁滞回线的不同特点)和用途。
2、了解磁路的基本概念;了解交流铁心线圈电路的基本电磁关系,掌握交流铁芯线圈端电压与线圈磁通的关系(U≈E=4.44NfΦm)。
3、了解变压器的基本构造、工作原理、绕组的同极性端,掌握理想变压器的三种变换特性,并能利用这些特性对含有变压器的电路进行熟练地计算。
★学时数:6学时★重难点重点:①磁路基本定律、交流铁心线圈;②变压器的三个主要作用难点:①交流铁心线圈电路分析;②变压器与负载的关系★本章作业布置:课本习题P197—199页,6.1.4,6.3.2,6.3.4,6.3.5,6.3.6第六章 磁路与铁心线圈电路本章学习变压器的工作原理。
变压器是一种利用磁路传送电能,实现电压、电流和阻抗变换的重要设备。
§6.1 磁路及其分析方法在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁材料做成一定形状的铁心,铁心的磁导率比周围空气或其他物质高得多,因此铁心线圈中电流产生的磁通绝大部分经过铁心而闭合,这种人为造成的磁通闭合路径,称为磁路。
如图7.3-1和图6.1-1分别表示四极直流电机和交流接触器的磁路。
+-一、磁场的基本物理量这部分内容在普物中已基本讲过,这里简单复习一下。
电磁学中已讲过了,电流会产生磁场,通有电流的线圈内部及周围都有磁场存在。
在变压器、电动机等电工设备中,为了用较小的电流产生较强的磁场,通常把线圈绕在铁磁材料制成的铁心上。
由于铁磁性材料的导磁性能比非磁性材料好的多,因此,当线圈中有电流流过时,产生的磁通,绝大部分集中在铁心中,沿铁心面闭合,这部分铁心中的磁通称为主磁通,用Φ表示。
磁性材料材料认识与应用(论文)磁性材料吴秋华林岳扬刘俊毅黄小群陈玉斌郑松标郑周指导老师:叶晓萍摘要综述磁性材料的基本概况,磁性材料的分类和机理、在实际中的应用与工作原理、工艺流程、发展前景等。
关键词磁性材料磁性材料的应用磁性材料的发展前景Abtract:Review the basic situation of the magnetic material, The classification of magnetic material and mechanism.In real application and process flow, principle ,development foreground。
Key words:Magnetic materials Applications of Magnetic materials Development of Magnetic materials目录引言 (2)1 磁性材料的发现 (2)2 磁性材料的分类和基本机理 (3)2.1永磁材料 (3)2.2软磁材料 (3)2.3旋磁材料 (4)2.4磁信息材料 (4)3磁性材料的基本特性 (4)3.1 磁性材料的磁化曲线 (5)3.2 软磁材料的常用磁性能参数 (7)3.3 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 (8)4 磁性材料在实际中应用以及常用磁产品工作原理 (8)4.1永磁材料(硬磁材料) (8)4.2 软磁材料 (9)4.3 磁性产品例子 (9)5 磁性材料生产工艺流程 (12)5.1钕铁硼的加工工艺: (12)5.2软磁功率铁氧体生产工艺流程 (16)5.3软磁功率铁氧体生产工艺流程深入分析 (16)6 磁性材料发展前景 (21)参考文献 (22)引言磁性材料,是古老而用途十分广泛的功能材料,而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用,例如中国古代用天然磁铁作为指南针。
现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中,例如将永磁材料用作马达,应用于变压器中的铁心材料,作为存储器使用的磁光盘,计算机用磁记录软盘等。
铁磁材料在现代科学技术中得到广泛的应用,随着材料科学的发展,它已成为一种重要的智能材料。
·定义·形成条件软磁材料·分类硬磁材料矩磁材料·应用什么是铁磁材料?铁磁材料是受到外磁场作用时显示很强磁性的材料。
首先,它们都有很大的磁导率μ;其次,它们都有明显的磁滞效应。
原理铁、钢、镍、钴等铁磁材料,没有受外磁场的作用时,其分子电流所产生的合成磁矩在宏观上等于零,因而不呈现磁性。
当铁磁材料被引入外磁场时,在外磁场的作用下,内部分子磁矩排列整齐的过程称为磁化。
某些铁磁物质一经磁化。
即使去除外磁场后,仍有很大的剩余磁感应强度,因此被广泛地应用于仪表与微电机等设备中用以产生磁场。
自发磁化:铁磁性物质内的原子磁矩,通过相邻晶格结点原子的电子壳层的作用,克服热运动的无序效应,原子磁矩是按区域自发平行排列、有序取向,按不同的小区域分布,这种现象称为自发磁化。
未配对的3d电子壳层:Fe、Ni、Co、Mn磁畴自发磁化的小区域,称为磁畴。
各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。
干扰,原子磁矩的定向排列被破坏,使得铁磁性消失,这时物质转变为顺磁性在顺磁质中截取任一体积元,模拟它在没有外磁场作用时,分子的无规则热运动:由于分子的无规则热运动,分子的固有磁矩取向杂乱无章,宏观上不显磁性激起外磁场的电流I分分子电流I´由转向排列引起的束缚电流磁导率:表征磁介质磁性的物理量。
常用符号μ表示,μ为介质的磁导率,或称绝对磁导率。
磁滞----铁磁体在反复磁化的过程中,它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度,这种现象叫磁滞。
高磁导率是铁磁材料应用特别广泛的主要原因。
磁滞特性使永磁体的制造成为可能,但在许多其他应用中却带来不利影响。
当铁磁材料处于交变磁场中时将沿磁滞回线反复被磁化。
在反复磁化的过程中要消耗额外的能量,以热的形式从铁磁材料中释放,这种能量损耗称为磁滞损耗,磁滞损耗不仅造成能量的浪费,而且使铁芯的温度升高,导致绝缘材料的老化,所以应尽量减少。