磁性材料 第9章 硬磁材料

凝聚态物理中的磁性与磁性材料磁性是凝聚态物理中极其重要的研究领域，它涉及理论与实验方面的多个方向。

磁性材料作为磁性研究的核心，具有广泛的应用价值。

本文将介绍凝聚态物理中的磁性及其与磁性材料的关系。

一、磁性的基本概念磁性是物质在外加磁场下表现出的一种性质。

目前已知的磁性体系主要包括铁磁、亚铁磁、顺磁和抗磁体系。

在这四个体系中，铁磁体系是指在外加磁场下表现出较强磁化强度，而且在磁场消失后仍能保持较高磁化强度的物质。

亚铁磁体系则是在外加磁场下磁化强度较弱，而且在磁场消失后磁化强度也会迅速减小的物质。

顺磁体系是指在外加磁场下磁化强度与磁场强度成正比的物质。

抗磁体系是指在外加磁场下表现出较弱的抵抗磁化的能力。

磁性的基本概念对于理解磁性材料的特性以及应用具有重要的指导意义。

二、磁性材料的分类根据磁性材料的性质和结构特点，可以将其分为软磁材料和硬磁材料两大类。

1. 软磁材料软磁材料是指在变化的外加磁场下，其磁化过程能够快速地反应并达到非常高的磁导率，从而使得磁场能够有效地穿透和传导。

软磁材料一般具有高磁导率、低磁滞、低饱和磁感应强度等特点。

常见的软磁材料包括硅钢、镍铁合金等。

2. 硬磁材料硬磁材料是指在外加磁场下，其磁化能够较长时间地保持在较高的水平，并且在磁场消失后仍能保持一定的磁化强度。

硬磁材料一般具有高磁滞、高饱和磁感应强度等特点。

常见的硬磁材料包括钕铁硼、钫钴等。

三、磁性与凝聚态物理的关系磁性是凝聚态物理研究的重要方向之一，在现代凝聚态物理学中具有广泛的应用和深入的理论研究。

凝聚态物理学研究磁性的主要目标是揭示磁性现象背后的物理机制，建立与之相关的物理模型，并进行理论计算和实验验证。

通过研究磁性材料的物理性质，可以深入了解物质的结构、自旋和电子运动等基本特性，为先进材料的研发提供重要的理论基础和实验依据。

四、磁性材料的应用领域磁性材料具有广泛的应用价值，在多个领域中发挥重要作用。

1. 信息存储在计算机、磁盘、磁带等信息存储设备中，磁性材料作为存储介质，能够实现信息的读写和存储。

软磁材料和硬磁材料软磁材料和硬磁材料是材料科学中的两个重要概念，它们在现代工业生产中具有非常重要的作用。

软磁材料和硬磁材料在磁性材料领域有着不同的特性和应用，下面将对这两种磁性材料进行详细介绍。

软磁材料是一种在外加磁场作用下能够快速磁化和退磁的材料。

它具有低矫顽力、低矫顽力磁化损耗和高导磁率的特点，能够有效地将外加磁场的能量转化为磁能，并且在去除外加磁场后能够迅速退磁。

软磁材料通常用于变压器、电感线圈、电磁铁、传感器等领域，能够有效地实现能量的传输和转换。

软磁材料的主要代表有硅钢片、镍铁合金和铁氧体材料等。

硬磁材料则是一种在外加磁场作用下能够保持永久磁化的材料。

它具有高矫顽力、高矫顽力磁化损耗和高剩磁感应强度的特点，能够在去除外加磁场后仍然保持一定的永久磁化。

硬磁材料通常用于制造永磁体、磁记录材料、传感器、磁力驱动器等领域，能够实现永久磁化和磁信息的存储和传输。

硬磁材料的主要代表有钕铁硼磁体、钴磁体和铁氧体材料等。

软磁材料和硬磁材料在磁性材料领域有着不同的应用和发展方向。

软磁材料主要应用于能量的传输和转换领域，如电力电子、通信设备、汽车电子等领域，其发展方向主要集中在降低磁化损耗、提高导磁率和延展频率响应范围等方面。

而硬磁材料主要应用于磁信息存储和传输领域，如磁记录材料、传感器、磁力驱动器等领域，其发展方向主要集中在提高矫顽力、剩磁感应强度和矫顽力磁化损耗比等方面。

总的来说，软磁材料和硬磁材料在现代工业生产中具有非常重要的作用，它们分别在能量的传输和转换领域以及磁信息存储和传输领域发挥着重要作用。

随着科学技术的不断发展，软磁材料和硬磁材料的性能和应用领域将会得到进一步拓展和提升，为现代工业生产带来更多的发展机遇和应用前景。

硬磁材料的应用及原理硬磁材料是一类具有较高残留磁感应强度和较高磁能积的磁性材料。

其应用领域广泛，涉及到电力工业、电子工业、通讯工业、汽车工业等多个行业。

以下将介绍硬磁材料的应用及其原理。

1.电机和发电机：硬磁材料用于制造电机和发电机中的永磁体。

这些永磁体能够提供稳定的磁场，使电机和发电机具有高效率和高功率密度的特点。

2.磁存储设备：硬磁材料主要用于制造磁盘驱动器中的读写头。

这些读写头能够在磁盘上定位和读取信息，以实现数据的存储和检索。

3.磁性传感器：硬磁材料用于制造磁性传感器，如磁阻式传感器和霍尔元件。

这些传感器能够测量磁场的大小和方向，并将其转化为电信号进行处理和分析。

4.磁力传动和磁力控制系统：硬磁材料用于制造磁力传动和磁力控制系统中的永磁体。

这些永磁体能够提供强大的磁场，用于传递和控制力量，实现机械系统的运动和定位。

5.磁性材料制品：硬磁材料经过加工和制造可以制成各种形状和规格的磁性制品，如磁头、磁条、磁钢等，用于各种应用场景，如磁卡、磁吸附等。

硬磁材料通过合适的材料配方和加工工艺，使其具有高磁化强度、高剩磁和高矫顽力。

磁化过程中，硬磁材料富含的磁畴会经历磁畴旋转，从初始状态的无序排列到排列有序的最终状态。

在外加磁场的作用下，磁畴会逐渐转向与外磁场方向对齐，并最终转为与外磁场完全平行的方向，实现磁化。

总结：硬磁材料具有广泛的应用领域，如电机和发电机、磁存储设备、磁性传感器、磁力传动和磁力控制系统，以及磁性材料制品等。

其特殊的晶体结构和磁畴结构使其具有高磁化强度、高剩磁和高矫顽力的特点，实现了长时间的磁化状态和较长的记忆能力。

这些特性使得硬磁材料成为很多工业领域中不可或缺的重要材料。

磁性材料分类磁性材料是一类具有磁性的材料，广泛应用于电子、通讯、医疗、汽车等领域。

根据其磁性特性和应用范围的不同，磁性材料可以被分为多个不同的类别。

本文将对磁性材料的分类进行介绍，希望能够帮助读者更好地了解这一领域。

1. 永磁材料。

永磁材料是一类能够在外加磁场的作用下产生持久磁化的材料。

根据其磁性能的不同，永磁材料又可以分为软磁材料和硬磁材料两大类。

软磁材料具有较低的矫顽力和高的磁导率，主要用于变压器、电感器等电磁器件中。

而硬磁材料则具有较高的矫顽力和矫顽力产品，主要用于制造永磁体。

2. 铁磁材料。

铁磁材料是一类在外加磁场下会产生明显磁化的材料。

铁磁材料主要包括铁、镍、钴等金属及其合金，以及铁氧体、钡铁氧体等无机化合物。

这类材料在电机、变压器、传感器等领域有着广泛的应用。

3. 软磁材料。

软磁材料是一类在外加磁场下磁化容易且磁化强度随外场变化不明显的材料。

软磁材料主要包括硅钢片、镍铁合金、铁氧体等。

它们具有低磁滞、低涡流损耗等特点，适用于高频电磁器件和变压器等领域。

4. 硬磁材料。

硬磁材料是一类在外加磁场下难以磁化的材料，主要用于制造永磁体。

典型的硬磁材料包括钕铁硼磁体、钴磁体、铁氧体等。

它们具有较高的矫顽力和矫顽力产品，能够长期保持其磁性能，广泛应用于电机、传感器、声学器件等领域。

5. 多层磁性材料。

多层磁性材料是一类由多层磁性薄膜组成的材料，具有独特的磁性和磁电耦合效应。

多层磁性材料在磁存储、传感器、自旋电子学等领域有着重要的应用价值。

6. 纳米磁性材料。

纳米磁性材料是一类具有纳米尺度结构的磁性材料，具有特殊的磁性和磁致伸缩效应。

纳米磁性材料在磁记录、生物医学、磁致伸缩传感器等领域有着广泛的应用前景。

总结。

磁性材料是一类具有重要应用价值的材料，在现代工业和科学技术中发挥着重要的作用。

通过对磁性材料的分类和特性进行了解，可以更好地选择和应用合适的磁性材料，推动相关领域的发展和创新。

希望本文对磁性材料的分类有所帮助，也希望读者能够对磁性材料有更深入的了解。

硬磁、軟磁和半硬磁材料1、硬磁材料：•永久磁鐵以前是由鋼製成的，現在大多被包含鐵、鎳、鋁、鈷和其他元素的複雜合金取代。

在美國較著名的有鋁鎳鈷合金，而在某些歐洲國家則是鈦鈷合金。

•由氧化鐵中加入鋇或鍶組成的人造磁石，稱陶鐵磁鐵或肥粒鐵，也被廣泛用作永久磁鐵。

•非常強大的磁鐵也可由鉑和鈷合金或是鈷跟稀土族元素，通常是釤的複合物來製造，但這兩種方法都很昂貴。

•大部分永久磁鐵的材料都堅硬而易碎，因此有時稱為硬磁材料。

•然而機械硬度並不是永久磁鐵的必要條件，有些易拉長的或相當軟的合金也可以用來製造合理磁性強度的永久磁鐵。

2、軟磁材料：•電磁鐵中使用金屬的核心以聚集電流產生的磁力線。

最常用的核心材料是純度相當高的鐵(熟鐵、軟鐵)或含碳量很低的鋼。

•如果機器中的磁化方向必須迅速的改變，例如在交流電的機器中，鐵質核心必須製成許多薄層或薄片形狀以降低由磁化改變所引起的環繞電流(稱渦電流)。

通常可加入一種或多種的少量合金元素，如矽，以增加材料的電阻。

這現象在一些特殊例子中可得到證實，如使用在昂貴的鐵和鎳的合金(鐵鎳合金Permalloys)或鐵和鈷的合金中。

•在高頻的應用上，如雷達儀器，某些陶鐵磁鐵或氧化鐵中加入鎳或鋅都是非常有用的，因為它們有非常高的電阻。

•這些材料必須能快速磁化及失去磁化，為與硬磁材料或永久磁鐵區別統一被稱為軟磁材料。

•軟磁材料的大量使用，主要在馬達和發電機及變壓器方面。

其他用途包括電磁操作開關(繼電器)和電磁閥、感電器、磁屏障和電子及電腦儀器中的各種部位。

3、半硬磁材料：•用來記錄聲音及電視影像的磁性材料必具有介於硬磁材料與軟磁材料間的特性。

•這種磁性材料必須能容易且快速磁化，以便記錄資料，但又不能在正常儲存及處理狀況下失去磁化。

因為如果失去磁化，儲存資料也就失去了。

•這種材料可以是金屬合金或氧化物，有時稱為半硬磁材料。

磁性材料的分类引言磁性材料是指在外加磁场下表现出磁性行为的材料，广泛应用于电子、电力、通信等领域。

根据材料的磁性特性和组织结构，磁性材料可以被分为多个不同的类别。

本文将介绍常见的磁性材料分类及其特点。

1. 铁磁材料铁磁材料是指在外磁场存在时呈现出强磁性的材料。

铁磁材料在磁场作用下会自发地形成磁畴结构，并具有磁滞回线特性。

常见的铁磁材料包括铁、钴、镍及其合金。

铁磁材料可以分为软磁材料和硬磁材料两类。

软磁材料的磁滞损耗小，能迅速反转磁化方向，常用于变压器、电感器、电动机等磁性元件中。

硬磁材料的磁滞损耗大，难以磁化和消磁，常用于制作永磁体、磁头、磁场传感器等。

2. 铁氧体材料铁氧体材料是一类重要的功能性陶瓷材料，具有良好的磁性和电性能。

铁氧体材料主要由Fe2O3（氧化铁）和一些过渡金属氧化物组成。

根据结构和性能的不同，铁氧体材料可分为软磁铁氧体和硬磁铁氧体两类。

软磁铁氧体具有低磁滞损耗和高导磁率的特点，常用于制作变压器、电感器和高频电磁元件。

硬磁铁氧体具有高矫顽力和高剩磁感应强度，可用于制作永磁马达、声音器件等。

软磁导体材料是一类具有高导磁率和低电阻率的材料。

软磁导体材料在低频磁场下具有良好的磁导特性，并且具有较低的涡流损耗。

软磁导体材料主要包括铁氟龙、钴铁合金等。

软磁导体材料广泛应用于电力领域，如制造电力变压器、电抗器等电磁元器件。

由于具有低损耗和高导磁性能，软磁导体材料在节能减排、提高变压器效率等方面起着重要作用。

4. 自旋电子材料自旋电子材料是指通过自旋-轨道耦合作用，实现在外加磁场下表现出强磁性的材料。

自旋电子材料的磁性不仅仅由电子的自由度决定，还受到晶格结构和化学成分的影响。

自旋电子材料在信息存储、能源转换和传感器等领域具有重要应用。

其中，铁磁半导体材料由于具有同时存在铁磁性和半导体性质的特点，成为发展磁性电子学和自旋电子学的重要基础材料。

5. 超导磁体材料超导磁体材料是指在低温下具有无电阻和完全抗磁性的材料。

1 软磁材料和硬磁材料软磁性材料特点：导磁率高、剩磁弱。

在较软的外磁场的作用下就能产生较强的磁感应强度，而且随着外磁场的增强，很快达到磁饱和状态。

当外磁场除去后，它的磁性就基本消失。

软磁性材料的磁性能物理及机械特性参考文献8。

常用的有：电工用纯铁和硅钢片1、电工用纯铁：一般用于直流磁场，其中以电磁纯铁用的较为普遍。

2、硅钢片按其制造工艺的不同分为：热轧和冷轧冷轧硅钢片分为：单取向和无取向单取向冷轧硅钢片在沿扎方向磁化时，比沿其他方向磁化具有较高的导磁率和较低的铁耗无取向冷轧则没有方向性硬磁性材料在外磁场的作用下达到磁饱和状态后，即便去掉外磁场，它还能长时间的保持着强而稳定的磁性。

特点：剩磁强、磁性稳定。

用途：制造永磁电机的磁极铁芯和磁电系仪表的磁钢2 软（导）磁材料的种类及其特点，包括硅钢片、冷扎低碳钢板、电工纯铁、软磁铁氧体硅钢片/冷扎低碳钢板含硅量影响硅钢片的性能。

一般含杂质的铁加入硅可使电阻率、磁导率增加，矫顽力、铁损与导电性降低，可减少涡流损耗及磁时效，还能减小磁滞损耗等。

但含硅量增加又会使材料变硬变脆，导热性与韧性下降，对散热和机械加工不利，所以一般硅钢片的含硅量不超过4.5％(也有超过此比例的硅钢)。

硅钢片碳的含量在0.06％以内；含硅3.5％和4％的硅钢片，其电阻率分别是纯铁f含炭量小于0．04—0．025％)电阻率的5倍和6倍；当传导电流相同时(磁场强度H相同)，其最大磁导率也比铸铁(即生铁，含碳2％以上的碳铁合金)高。

为减小涡流损耗，这种材料常热扎成0.35mm或0.5mm等厚度的片材，冲成一定形状后叠片使用。

因在电力工业中用量大。

所以它又叫电工钢。

硅钢片的特点有：矫顽力小、磁导率高、剩余磁感应强度小；易磁化、易去磁；它的磁滞回线狭长，磁滞回线所围面积小。

磁滞性弱，磁滞损失(铁损的一部分)小；含硅量越高越脆，磁滞损失越小。

所以，使用它可以减少涡电流，降低能耗。

电机、变压器的铁心常用硅钢片而不用铁片、钢片等。