磁性材料及其应用

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1、磁磁性性材材料料及及其其应应用用从很早很早以前，人类就开始使用磁性材料了。关于磁性材料的最早记载 见于春秋战国时期，“山上有赭者，其下有铁，山上有铅者，其下有银。一曰 上有铅者，其下有鉒银，上有丹沙者，其下有鉒金，上有慈石者，其下有铜金 ，此山之见荣者也。”（管子地数篇）“西流注于泑泽，期中多慈石。 ”（山海经北山经）“若慈石之取针。”（鬼谷子）“慈石召铁， 或引之也。”（吕氏春秋精通）由此可见，春秋战国时期的人就已经发 现天然磁石的吸铁性和指南性了。 北宋曾公亮与丁度编撰的武经总要中记载着制作指南针的方法，“若 遇天景噎（阴暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向出指南车或指南鱼，以辨 所向鱼法，用薄

2、铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭中烧之， 候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密 器收之。用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也。” 现代人类将磁性材料按用途分为永磁材料、软磁材料、磁记录材料以及具 有特殊功能的磁性材料。 一、永磁材料 常见的永磁材料有铝镍钴合金、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。 铝镍钴合金是由铝镍铁合金发展来的，目前我国能制造的铝镍钴合金的型 号主要有LNG34,LNG52,LNGJ32,LNGJ56等。 由于铝镍钴的主要特点是高Br（剩余磁感应强度）、低矫顽力的永磁材料 ，其相对磁导率在 3 以上，所以在具体应用时，其磁

3、极须做成长柱体或长棒体，以尽量减少退磁场 作用。 铝镍钴磁体本身矫顽力低，所以在使用过程中应严格禁止任何铁器接触铝 镍钴永磁材料，以避免造成永磁体局部退磁而使磁路中磁通分布发生畸变。 铝镍钴磁体的优点是温度系数小，而且因温度变化而发生的永磁特性的退 化也较小，但该材料硬而脆，加工困难。 铝镍钴的主要应用在电子点火系统、电度表、伏安表、医疗仪器、工业电 机、磁力簧片开关、发电机、手动工具、自动售货机等领域。 铁氧体永磁材料是目前应用非常广泛的永磁材料之一，其主要成分是MoFe2 O3。具有矫顽力大，重量轻，原材料来源丰富，价格便宜，耐氧化，耐腐蚀， 磁晶体的各向异性常数大，退磁曲线近似为直线等优

4、点。而缺点是剩磁较低， 温度系数大，易碎。 铁氧体永磁材料的矫顽力介于铝镍钴合金材料和稀土钴永磁材料之间。由 于其剩磁较低，故一般适合设计成扁平形状。由于成本低廉，铁氧体磁材有广 阔的应用领域，从电机、扬声器到玩具、工艺品，因而是目前应用最广的永磁 材料。 稀土永磁材料具有矫顽力高;最大磁能积大;可逆磁导率等于一的优点。因 此其磁性能远超过铁氧体和铝镍钴等其他磁性材料。稀土永磁材料的出现，使 得重量轻、体积小的永磁同步电机相继问世，从而扩大了永磁同步电机的应用 范围。稀土钴永磁材料性能优异，但价格较高，因此在设计时必须精打细算， 力求用最小的体积达到预期的效果。由于稀土钴永磁材料的矫顽力很大，

5、可作 成薄片永磁材料，以减少体积，节省材料。常用的稀土永磁材料有SmPrCo、SmCoPeCo、SmPrNdCo、CeCoCuFe、Sm 2Co17等。 二、软磁材料 软磁材料按成分可分为九类，下面依次介绍其特点。 (1)纯铁和低碳钢。含碳量低于0.04，包括电磁纯铁、电解铁和羰基铁。 其特点是饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好；但其电阻率低、在交变磁 场下涡流损耗大，只适于静态下使用，如制造电磁铁芯、极靴、继电器和扬声 器磁导体、磁屏蔽罩等。 (2)铁硅系合金。含硅量0.54.8，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。 在纯铁中加入硅后，可消除磁性材料的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅 含量增加

6、，热导率降低，脆性增加，饱和磁化强度下降，但其电阻率和磁导率 高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继 电器、互感器等的铁芯。 (3)铁铝系合金。含铝616，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率 高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于制造小型变压器、磁放大器、继电 器等的铁芯和磁头、超声换能器等。 (4)铁硅铝系合金。在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和磁感应强 度、磁导率和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性 能差。主要用于音频和视频磁头。 (5)镍铁系合金。镍含量3090，又称坡莫合金，通过合金化元素配比 和适当工艺，可控制磁性能，获得高导

7、磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。其塑性 高，对应力较敏感，可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料。 (6)铁钴系合金。钴含量2750。具有较高的饱和磁化强度，电阻率低 。适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。 (7)软磁铁氧体。非金属亚铁磁性软磁材料。电阻率高（10- 21010m），饱和磁化强度比金属低，价格低廉，广泛用作电感元件和变压 器元件（见铁氧体）。 (8)非晶态软磁合金。一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称 非晶金属。其磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，不存在由晶体结 构引起的磁晶各向异性，具有耐蚀和高强度等特点。此外，其居里点比晶态软 磁材料低得多，

8、电能损耗大为降低，是一种正在开发利用的新型软磁材料。 (9)超微晶软磁合金。20世纪80年代发现的一种软磁材料。由小于50纳米左 右的结晶相和非晶态的晶界相组成，具有比晶态和非晶态合金更好的综合性能 ，不仅磁导率高、矫顽力低、铁损耗小，且饱和磁感应强度高、稳定性好。现 主要研究的是铁基超微晶合金。 三、磁记录材料 利用磁特性和磁效应输入（写入）、记录、存储和输出（读出）声音、图 像、数字等信息的磁性材料。分为磁记录介质材料和磁头材料。前者主要完成 信息的记录和存储功能，后者主要完成信息的写入和读出功能。 1898年，一位丹麦工程师伯尔森（Ponlsen）将声音用磁的方法记录在磁性 钢丝上，由此

9、发明了录音电话机。20世纪50年代开发了存储电子计算机数据的 硬磁盘技术和磁录像技术。80年代磁带摄像机的开发和应用是磁记录技术的又 一新的发展。 四、特殊功能的磁性材料(1)磁弹性材料。这种磁性材料在磁场的作用下形状发生改变，具体表现可 为长度上的伸长或缩短，体积上的膨胀和收缩。 (2)磁电阻材料。这种磁性材料的电阻在磁场的作用下发生改变。 (3)磁制冷材料。磁制冷是一种以磁性材料为工质的制冷技术 ，基本原理是借助磁制冷材料的磁热效应（magneto caloriceffect）即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，而等温退磁时从外界 吸取热量，以达到制冷目的。这种材料的优点是环境友好，无环

10、境污染和破坏 ；高效节能，卡诺循环效率可达到6070；稳定可靠。 (4)磁流体。又称磁性液体或铁流体。是一种对磁场敏感可流动的液体磁性 材料。它是将掺入到载液中的铁磁性微粒（10nm）用分散剂均匀地分散，使 成为某种具有流动性的悬浮状的胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场 作用下即不沉降和凝集又能使其本身承受磁性可以被磁铁所吸引的特性。用纳 米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械 、声音调节、光显示等领域。 磁性材料是电子工业的重要基础功能材料，广泛应用于计算机、电子器件 、通讯、汽车和航空航天等工业领域和家用电器、儿童玩具等日常生活用品， 随着世界经济和科学

11、技术的迅猛发展，磁性材料的需求将空前广阔。 磁性材料在电子、计算机、信息通讯、医疗、航空航天、汽车、风电、环 保节能等传统和新兴领域都发挥着重要的作用。磁性材料已成为促进高新技术 发展和当代经济进步不可替代的材料，发展前景乐观。 当前我国磁性材料的发展居世界之首。中国已经成为世界上永磁材料生产 量最大的国家。 目前我国已经成为世界磁性材料产业的中心。我国的磁性材料总产值约265亿人 民币，永磁铁氧体产值62亿，平均价格在1.5万元/吨。据此测算铁氧体原料的产 值约为10亿元。 近年来由于能源、原料、人工费用大幅上涨，导致成本上升，行业企业普 遍呈现量利润下降的状况。另一方面，由于2008、2009年全球经济疲软，美国 金融危机，导致出口下滑、订单减少，外需不振，制约了行业的发展。 业内人士分析，未来数年内我国的世界磁性材料产业中心地位仍会十分牢 固。但是，在未来的一段时间内，国内磁性材料企业发展的关键仍然是进一步 加快产业升级，提升产品结构，从而使产品附加值进一步提高。 随着全球经济的进一步转暖，磁性材料在节能电机、液晶电视、3G、风电 和新能源汽车等新兴领域的应用将有快速增长。