第三章磁性材料

第三章　磁性材料第三章　磁性材料Chapter 3 Magnetic MaterialsChapter 3 Magnetic Materials主要内容：主要内容：l软磁材料l硬磁材料l磁记录材料 软磁材料软磁材料磁性材料磁性材料磁记录材料磁记录材料硬磁材料硬磁材料　　 磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设备、电子仪器、电子计算机等各方面技术要求的金属、合金备、电子仪器、电子计算机等各方面技术要求的金属、合金及铁氧体化合物材料及铁氧体化合物材料　　 磁性材料的基本参量：磁性材料的基本参量： 起始磁导率起始磁导率 i 、最大磁导率、最大磁导率 m、矫顽力、矫顽力H Hc、剩余磁感应强、剩余磁感应强度度B Br、最大磁能积、最大磁能积( (BHBH ) )m m等 磁性材料的类别：磁性材料的类别：第三章　磁性材料第一节　软磁材料第一节　软磁材料　　 软磁材料是电力和电子工业中的重要磁性材料软磁材料是电力和电子工业中的重要磁性材料 一、软磁材料的特性一、软磁材料的特性Ø 矫顽力低矫顽力低 一般为一般为H Hc c< 0.8kA/m< 0.8kA/m。

Ø 易磁化易磁化 在磁场中容易显示磁性，即使磁场强度较小在磁场中容易显示磁性，即使磁场强度较小Ø 易退磁易退磁 施施加加外外磁磁场场即即显显示示磁磁性性，，去去掉掉外外磁磁场场，，则则获获得得的的磁磁性性便便会会全全部部或或大部分丧失大部分丧失第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料软磁材料的软磁材料的磁滞回线磁滞回线BrO-HcHc-BrBHBs-Bs二、软磁材料的基本性能要求二、软磁材料的基本性能要求Ø 贮能高：贮能高：要求单位体积贮存的磁能量高要求单位体积贮存的磁能量高　　 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的B Bs s或或B Br rØ 灵敏度高：灵敏度高：要求在弱磁场中对信号有高灵敏性　　　　要求在弱磁场中对信号有高灵敏性　　　　　　 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的 i i和和 mmØ 效率高：效率高：要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗 和涡流损耗和涡流损耗　　 磁性参量的要求：低的磁性参量的要求：低的H Hc c，高的，高的 。

Ø 回线矩形比高：回线矩形比高：保证噪音小，信号不失真等保证噪音小，信号不失真等　　 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的B Br r / / B Bs s 比值Ø 稳定性好：稳定性好：要求磁性不随外界条件变化而改变，要求磁性不随外界条件变化而改变，　　　　　　　　 其变化率越小则稳定性越好其变化率越小则稳定性越好第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料三、软磁材料的种类三、软磁材料的种类l 电工用纯铁电工用纯铁　　 含碳量含碳量w wc c< 0.04%0.04%的铁碳合金，纯度在的铁碳合金，纯度在99.5%99.5%以上 1 1、电工用纯铁的性能、电工用纯铁的性能　（　（1 1）磁性能）磁性能 　　 高的饱和磁感应强度，高的磁导率，低的矫顽力高的饱和磁感应强度，高的磁导率，低的矫顽力　　　　  i i＝＝300300～～500500 0 0，， mm＝＝60006000～～1200012000 0 0，， H Hc c＝＝0.03980.0398～～0.0955kA/m0.0955kA/m，，B Bs s=2.16T=2.16T。

　（　（2 2）电性能）电性能　　　　　　电阻率很低，铁损很大电阻率很低，铁损很大 　　     10×1010×10－－8 8 ·m·m　（　（3 3）力学性能）力学性能　　　　 强度、硬度很低，塑性好强度、硬度很低，塑性好　　　　  b b＝＝27kg/mm27kg/mm2 2，，HBHB＝＝131131，， ＝＝25%25%，， ＝＝60%60%第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料电工用纯铁的磁性电工用纯铁的磁性磁性磁性等等级级牌号牌号Hc /A·m-1不大于不大于 m /10-3H·m-1不小于不小于磁感磁感应应强强度度 /T，不小于，不小于B5B10B25B50B100普普级级高高级级特特级级超超级级DT3, DT4, DT5, DT6DT3A, DT4A, DT5A, DT6ADT4E, DT6EDT4C, DT6C967248327.508.7511.3015.001.401.501.621.711.80B B5 5、、B B1010、、B B2525、、B B5050和和B B100100分别表示分别表示H H 为为500500、、10001000、、25002500、、50005000和和10000A/m10000A/m时时的磁感应强度值。

的磁感应强度值第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料 2 2、影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法、影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法　（　（1 1）杂质的影响）杂质的影响　　杂质种类：杂质种类：C C、、N N、、O O、、H H、、S S、、P P、、MnMn、、SiSi、、AlAl、、CuCu等　　　　 其中其中C C的影响最为突出，使的影响最为突出，使MMs s降低，磁滞损耗增加，磁化困难降低，磁滞损耗增加，磁化困难　　改善方法：　　改善方法：严格控制冶炼与轧制过程，严格控制冶炼与轧制过程，　　　　　　　　　　　　　　去除气体含量和有害杂质去除气体含量和有害杂质　（　（2 2）晶粒大小的影响）晶粒大小的影响 晶粒大，有利于提高磁导率晶粒大，有利于提高磁导率  ，降低矫顽力，降低矫顽力H Hc c （（3 3）塑性变形（冷加工）的影响）塑性变形（冷加工）的影响　　　　 冷加工使矫顽力冷加工使矫顽力H Hc c 增加，磁导率增加，磁导率 下降，使磁性能恶化下降，使磁性能恶化　　3 3、主要用途、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。

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 §3.1 软磁材料软磁材料l电工用硅钢片电工用硅钢片　　 在纯铁中加入在纯铁中加入1.01.0 4.0%Si4.0%Si的铁碳硅的铁碳硅合金　　 Si Si的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗 1 1、电工用硅钢片的种类、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：硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：热轧非织构（无取向）硅钢片热轧非织构（无取向）硅钢片电工用硅钢片电工用硅钢片冷轧非织构（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）硅钢片冷轧高斯织构（单取向）硅钢片冷轧立方织构（双取向）硅钢片冷轧立方织构（双取向）硅钢片第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料　　 2 2、、SiSi对硅钢片性能的影响对硅钢片性能的影响　　 随随Si%Si%的增大：的增大：Ø 磁化越容易磁化越容易Ø 磁导率磁导率  增大增大Ø 矫顽力矫顽力H Hc c 减小减小　　　　　　Ø 电阻率电阻率  增大增大　　　　　　Ø 磁各向异性减小磁各向异性减小Ø 磁致伸缩效应降低磁致伸缩效应降低Ø 脆性增大，加工性能差脆性增大，加工性能差 综合考虑： Si% ≤ 4%小提示：小提示：磁致伸缩磁致伸缩是当铁磁体是当铁磁体磁化时，伴有晶格的自磁化时，伴有晶格的自发变形，即沿磁化方向发变形，即沿磁化方向长度伸长或缩短。

长度伸长或缩短磁滞损耗降低磁滞损耗降低涡流损耗降低涡流损耗降低第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料 3 3、高斯织构硅钢片、高斯织构硅钢片　　 结构特点：结构特点：Ø易磁化方向易磁化方向[100][100]与轧制方向平行与轧制方向平行Ø难磁化方向难磁化方向[111][111]与轧制方向成与轧制方向成5555 角角Ø中等磁化方向中等磁化方向[110][110]与轧制方向成与轧制方向成9090 角角　　 高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿[100]([100](轧制方向轧制方向) )磁性能最佳磁性能最佳 4 4、立方织构硅钢片、立方织构硅钢片　　 结构特点：结构特点：Ø(100)(100)面与轧制面平行面与轧制面平行Ø易磁化方向易磁化方向[100][100]、、[010][010]分别平行和垂直分别平行和垂直 轧制方向轧制方向Ø中等磁化方向中等磁化方向[110][110]与轧制方向成与轧制方向成4545 角角Ø难磁化方向难磁化方向[111][111]偏离磁化平面偏离磁化平面 立方织构硅钢片沿轧向和垂直轧向均具有良好的磁性。

立方织构硅钢片沿轧向和垂直轧向均具有良好的磁性轧轧制制方方向向[100][111][110]横向横向55 轧轧制制方方向向[100][111][110]45 （（100））轧制面轧制面[010]第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料高斯织构和立方织构硅钢片性能比较高斯织构和立方织构硅钢片性能比较高斯高斯织织构构立方立方织织构构轧轧制方向制方向垂直垂直轧轧制方向制方向轧轧制方向制方向垂直垂直轧轧制方向制方向 m / 0Hc /79.6A/mBr /10-4TBm /10-4TP1.5 /W/kg550000.089500163000.8880000.271750110002.241160000.0712200166000.85650000.0811500160001.0铁损铁损P P 下标代表磁感应强度的下标代表磁感应强度的kTkT数，如数，如P P1.5 1.5 就代表就代表B B＝＝1.5kT1.5kT时单位重量的铁损时单位重量的铁损 第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料　　5 5、主要用途、主要用途Ø 电力工业中的铁芯材料电力工业中的铁芯材料　　　　　　 各种电动机、发电机、变压器的铁芯。

可采用无取向的硅钢片各种电动机、发电机、变压器的铁芯可采用无取向的硅钢片Ø 电讯工业中的铁芯材料电讯工业中的铁芯材料　　　一般在较高频率的弱磁场中使用　　　一般在较高频率的弱磁场中使用Ø 仪器仪表工业中的电磁元件仪器仪表工业中的电磁元件　　　扼流圈、电磁机构、继电器、测量仪表中的电磁元件　　　扼流圈、电磁机构、继电器、测量仪表中的电磁元件　主要应用：　主要应用：　　　　 电动机、发电机、变压器的铁芯电动机、发电机、变压器的铁芯第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料l 铁镍合金（坡莫合金，铁镍合金（坡莫合金，PermalloyPermalloy )　　 含镍含镍3030 90%90%的铁镍的铁镍合金　 合金牌号的表示方法方法：　 1 J 　　　　 举例：1 J 79 1 1、铁镍合金的特点、铁镍合金的特点Ø 在中、弱磁场下具有高的在中、弱磁场下具有高的 、低的、低的B Bs s 、很低的、很低的H Hc c 和低的损耗和低的损耗 Ø 随随NiNi含量的升高，磁导率含量的升高，磁导率( ( ) )增大Ø 磁滞磁滞回线的矩形比回线的矩形比( (B Br r/ /B Bs s) )高。

高Ø 塑性和加工性能良好塑性和加工性能良好Ø 工艺参数变动对磁性能影响较大，产品性能不够稳定工艺参数变动对磁性能影响较大，产品性能不够稳定软磁软磁合金代号的序号，表示合金中的镍含量合金代号的序号，表示合金中的镍含量第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料 2 2、铁镍合金的种类及应用、铁镍合金的种类及应用　（　（1 1））1J501J50类类　特特点点：：含含镍镍量量3636～～50%50%具具有有较较低低的的磁磁导导率率、、较较高高的的饱饱和和磁磁感感应应强强度度、、较较大大的的矫矫顽顽力力热热处处理理时时适适当当提提高高温温度度，，延延长长时时间间，，可可降降低低矫矫顽顽力，提高磁导率力，提高磁导率 牌号：牌号：1J461J46、、1J501J50、、1J541J54　　应应用用：：中中等等强强度度磁磁场场下下工工作作的的磁磁性性器器件件，，如如中中小小功功率率变变压压器器、、微微电电机、继电器、扼流圈的铁芯、屏蔽罩、话筒振动片等机、继电器、扼流圈的铁芯、屏蔽罩、话筒振动片等　（　（2 2））1J511J51类类　　特特点点：：含含镍镍3434～～50%50%。

磁磁滞滞回回线线矩矩形形比比高高，，在在中中等等磁磁场场下下有有较较高高的的磁磁导导率率和和饱饱和和磁磁感感应应强强度度经经过过纵纵向向磁磁场场热热处处理理可可使使材材料料沿沿磁磁路路方方向向的最大磁导率的最大磁导率 m m及矩形比及矩形比B Br r/ /B Bs s增加，矫顽力降低增加，矫顽力降低　牌号：　牌号：1J511J51、、1J521J52、、1J341J34　应用：　应用：中小功率磁放大器、磁调制器、脉冲变压器，计算机元件中小功率磁放大器、磁调制器、脉冲变压器，计算机元件第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料　（　（3 3））1J651J65类类　特点：　特点：含镍量含镍量～～65%65%具有高的最大磁导率、低的矫顽力、磁滞回具有高的最大磁导率、低的矫顽力、磁滞回线矩形比高线矩形比高( (B Br r/ /B Bs s达达0.98)0.98)经纵向磁场热处理可以改善磁性能经纵向磁场热处理可以改善磁性能　牌号：　牌号：1J651J65、、1J671J67　应用：　应用：中等功率磁放大器、扼流圈、继电器的铁芯等中等功率磁放大器、扼流圈、继电器的铁芯等　（　（4 4））1J791J79类类　　特特点点：：含含79%Ni79%Ni、、4%Mo4%Mo及及少少量量MnMn。

在在弱弱磁磁场场下下具具有有极极高高的的最最大大磁磁导导率，低的饱和磁感应强度率，低的饱和磁感应强度　牌号：　牌号：1J761J76、、1J791J79、、1J801J80、、1J831J83　　应应用用：：弱弱磁磁场场下下的的高高灵灵敏敏度度小小型型功功率率变变压压器器、、小小功功率率磁磁放放大大器器、、继继电器的铁芯，录音磁头和磁屏蔽等电器的铁芯，录音磁头和磁屏蔽等　（　（5 5））1J851J85类类　特特点点：：含含镍镍7979～～81%81%具具有有最最高高的的起起始始磁磁导导率率、、很很高高的的最最大大磁磁导导率率、、极低的矫顽力对微弱信号反应极灵敏极低的矫顽力对微弱信号反应极灵敏　牌号：　牌号：1J851J85、、1J861J86、、1J871J87　　应应用用：：弱弱磁磁场场下下的的扼扼流流圈圈、、音音频频变变压压器器、、高高精精度度电电桥桥变变压压器器、、互互感感器、录音机磁头的铁芯等器、录音机磁头的铁芯等第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料铁镍合金的类别、特性及主要用途铁镍合金的类别、特性及主要用途类类　　别别典型牌号典型牌号特　性特　性主要用途主要用途高矩形系数高矩形系数1J511J521J53矫矫形系数高，形系数高，Bs较较高，高， m较较高高中、小功率的脉冲中、小功率的脉冲变压变压器和器和记忆记忆元件元件高磁感高磁感应应强强度度1J501J461J54非取向材料，具有非取向材料，具有较较高的高的Bs和和Hc值值中、小功率中、小功率变压变压器，扼器，扼流圈，流圈，继电继电器以及控制器以及控制微微电电机机铁铁芯芯高磁高磁导导率率1J791J801J831J76较较高的高的 i和和 m值值，，较较低的低的Bs和和Hc值值弱磁弱磁场场下的各下的各类类小功率小功率变压变压器，器，继电继电器，扼流器，扼流圈的圈的铁铁芯，磁芯，磁头头和磁屏和磁屏蔽等蔽等高直流磁高直流磁导导率率1J651J67具有最高的直流磁具有最高的直流磁导导率和率和矫矫形磁滞回形磁滞回线线扼流圈和扼流圈和计计算机元件，算机元件，因因电电阻率低，不宜用于阻率低，不宜用于高高频频高起始磁高起始磁导导率率1J851J861J77很高的很高的 i和和 m，极低的，极低的Hc和和损损耗耗扼流圈，音扼流圈，音频变压频变压器的器的铁铁芯，磁芯，磁头头等等第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料l 铁铝合金铁铝合金 以铁和铝（约以铁和铝（约6 6～～16%16%）为主要元素组成的软磁合金。

为主要元素组成的软磁合金　　1 1、铁铝合金的特点、铁铝合金的特点Ø 电阻率较高，因此高频磁特性较好电阻率较高，因此高频磁特性较好 例例如如1J161J16的的电电阻阻率率是是目目前前所所有有软软磁磁金金属属材材料料中中最最高高的的一一种种，，达达到到150150·cm·cm，为，为1J791J79铁镍合金的铁镍合金的2 2～～3 3倍Ø 硬度、强度和耐磨性较高硬度、强度和耐磨性较高 例如例如1J161J16的硬度和耐磨性比的硬度和耐磨性比1J791J79合金高，适用于磁头等磁性器件合金高，适用于磁头等磁性器件Ø 密度较低密度较低 可以减轻磁性元件的铁芯质量可以减轻磁性元件的铁芯质量Ø 对应力敏感性小对应力敏感性小 适于在冲击、振动等环境下工作适于在冲击、振动等环境下工作Ø 合金的时效性良好合金的时效性良好 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 §3.1 软磁材料软磁材料 2 2、铁铝合金的主要应用、铁铝合金的主要应用　　　　铁铁和和铝铝资资源源丰丰富富、、价价格格低低廉廉，，铁铁铝铝合合金金的的磁磁性性能能与与铁铁镍镍合合金金类类似似，，同同时时还还具具有有一一些些独独特特的的优优点点，，因因此此是是铁铁镍镍合合金金的的一一种种替替代代材材料料，，适适用用于于电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。

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、特点和用途铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途牌号牌号铝铝含量含量 /%特　点特　点主要用途主要用途1J65.5～～6.0在在铁铝铁铝合金中合金中Bs最高，磁性能不最高，磁性能不如硅如硅钢钢片，但有片，但有较较好的耐好的耐蚀蚀性性微微电电机的机的铁铁芯等芯等1J1211.6～～12.4 和和Bs值值介于介于1J6和和1J16之之间间，与，与1J50属同属同类类型合金，具有高型合金，具有高电电阻阻率、抗率、抗应应力、耐力、耐辐辐射等特性射等特性控制微控制微电电机、中功率音机、中功率音频频变压变压器，脉冲器，脉冲变压变压器，器，继继电电器等器等铁铁芯芯1J1312.8～～14.0与与纯镍纯镍相比，相比，Bs高，高，Hc小，但抗小，但抗蚀蚀性稍差性稍差水声器件和超声器件水声器件和超声器件1J1615.5～～16.3在在铁铝铁铝合金中，合金中， 最大，最大，Hc最小，最小，但但Bs值值不高不高弱磁弱磁场场下工作的小功率下工作的小功率变变压压器，互感器，磁屏蔽器，互感器，磁屏蔽第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料l 铁钴合金铁钴合金　　 牌牌号号为为1J221J22的的铁铁钴钴合合金金（（含含钴钴50%50%，，含含钒钒1.41.4～～1.8%1.8%，，余余为为铁铁）），，又又称为坡明德（称为坡明德（PremendurPremendur）合金。

合金 1J221J22铁钴合金的特点及用途铁钴合金的特点及用途Ø 饱和磁感应强度最高，超过目前任何已知的软磁材料饱和磁感应强度最高，超过目前任何已知的软磁材料 适适合合制制做做重重量量轻轻、、体体积积小小的的空空间间技技术术器器件件( (如如微微电电机机、、电电磁磁铁铁、、继继电器等电器等) )Ø 很高的居里温度（很高的居里温度（980980 C C）） 在在其其他他软软磁磁材材料料已已完完全全热热退退磁磁的的温温度度下下，，仍仍能能保保持持良良好好的的磁磁稳稳定定性，适于高温环境工作性，适于高温环境工作Ø 很高的饱和磁致伸缩系数很高的饱和磁致伸缩系数　　 1J221J22制造的磁致伸缩换能器能够输出高的能量制造的磁致伸缩换能器能够输出高的能量Ø 电阻率电阻率(0.4(0.4·m·m ) )低，加工性差，容易氧化，价格昂贵低，加工性差，容易氧化，价格昂贵第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料l 软磁铁氧体软磁铁氧体　　　　铁氧体是将铁的氧化物铁氧体是将铁的氧化物( (如如FeFe2 2O O3 3) )与其他某些金属氧化物用特殊工艺制与其他某些金属氧化物用特殊工艺制成的复合氧化物，呈亚铁磁性。

成的复合氧化物，呈亚铁磁性　　 最典型的软磁铁氧体：最典型的软磁铁氧体：　　　　以三价铁为基本组成的复合氧化物系列以三价铁为基本组成的复合氧化物系列　　举例：　　举例：MFeMFe2 2O O4 4、、M M3 3FeFe2 2O O5 5、、MFeOMFeO3 3、、MFeMFe1212O O1919　　( (分子式中分子式中M M为某些金属离子为某些金属离子) ) 1 1、软磁铁氧体的特点、软磁铁氧体的特点（与金属软磁材料相比）（与金属软磁材料相比）Ø 磁导率与磁化率之比很大，电阻率高（达磁导率与磁化率之比很大，电阻率高（达10102 2～～10101212 ·m·m））　　 涡流损耗小，介质损耗小涡流损耗小，介质损耗小Ø 起始磁导率和磁感应强度较低起始磁导率和磁感应强度较低　　 饱和磁感应强度只有纯铁的饱和磁感应强度只有纯铁的1/51/5～～1/31/3，单位体积储能较低单位体积储能较低第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料 2 2、常用软磁铁氧体材料及应用、常用软磁铁氧体材料及应用　（　（1 1）锰锌铁氧体（）锰锌铁氧体（MnO·ZnO·FeMnO·ZnO·Fe2 2O O3 3））　 特点：特点：尖晶石型结构，晶粒粗大，结构紧密，常呈黑色。

尖晶石型结构，晶粒粗大，结构紧密，常呈黑色 i值较大值较大　　 随随ZnZn2+2+含量增加，含量增加，M Ms s增大，增大，K K1 1、、 s s值减小，居里温度（值减小，居里温度（T Tc c）下降　　 增加增加FeFe2 2O O3 3含量，使含量，使B Bs s值增大，值增大，T Tc c升高 应应用用：：制制作作1MHz1MHz以以下下的的磁磁性性元元件件，，如如滤滤波波器器、、中中频频变变压压器器、、偏偏转转线线圈圈、、中波磁性天线等的磁芯中波磁性天线等的磁芯 （（2 2）镍锌铁氧体（）镍锌铁氧体（NiO·ZnO·FeNiO·ZnO·Fe2 2O O3 3）） 　特点：特点：晶粒细小，常呈棕色晶粒细小，常呈棕色　　  i值值较较低低，，低低频频下下损损耗耗大大；； m m值值较较大大，，高高频频时时损损耗耗小小，，为为优优良良的的高高频频软磁铁氧体材料软磁铁氧体材料 应应用用：：调调频频器器磁磁芯芯，，高高、、中中频频电电感感线线圈圈、、滤滤波波线线圈圈，，脉脉冲冲变变压压器器、、磁磁放大器、高频天线中的磁芯放大器、高频天线中的磁芯。

第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料　（　（3 3）镁锌铁氧体）镁锌铁氧体　 特特点点：：饱饱和和磁磁矩矩低低，，高高频频特特性性不不如如镍镍锌锌铁铁氧氧体体，，低低频频特特性性不不如如锰锰锌锌铁铁氧体但原料中不有贵重金属，价格便宜，工艺制造简单但原料中不有贵重金属，价格便宜，工艺制造简单　　 应用：应用：适用于适用于25MHz25MHz以下的范围内使用的高频磁性器件以下的范围内使用的高频磁性器件　（　（4 4）锂锌铁氧体）锂锌铁氧体　 特特点点：：损损耗耗较较大大，，居居里里温温度度高高，，磁磁导导率率较较高高，，价价格格便便宜宜但但锂锂在在高高温温下挥发严重，因此工艺稳定性差下挥发严重，因此工艺稳定性差　　 应用：应用：适用于适用于1010～～100 MHz100 MHz高频范围内的磁性器件高频范围内的磁性器件　（　（5 5）甚高频软磁铁氧体）甚高频软磁铁氧体　 特特点点：：具具有有较较大大的的单单轴轴各各向向异异性性和和较较高高的的自自振振频频率率，，磁磁特特性性比比镍镍锌锌铁铁氧氧体体好好一一般般化化学学式式为为nMO·MO·mBaO·BaO·pFeFe2 2O O3 3( (其其中中M M代代表表CoCo2+2+、、NiNi2+2+、、MgMg2+2+、、ZnZn2+2+、、CuCu2+2+……等离子等离子) )。

　　　　　　 应用：应用：适用于适用于100100～～2000 MHz2000 MHz范围的超高频和甚高频下工作的器件范围的超高频和甚高频下工作的器件第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料l 非晶态软磁合金非晶态软磁合金　　　　非非晶晶态态软软磁磁合合金金的的矫矫顽顽力力和和饱饱和和磁磁化化强强度度与与铁铁镍镍合合金金基基本本相相同同，，而而比比电电阻阻高高，，交交流流损损耗耗很很小小，，制制造造工工艺艺简简单单，，成成本本较较低低，，同同时时具具有有高高强强度度，，耐腐蚀等优点耐腐蚀等优点　　1 1、非晶态软磁合金的成分特点及主要种类、非晶态软磁合金的成分特点及主要种类　（　（1 1）铁基非晶态软磁合金）铁基非晶态软磁合金　　 B Bs s较高，损耗值较取向硅钢片低很多较高，损耗值较取向硅钢片低很多，适用于功率变压器等适用于功率变压器等　　 用用于于变变压压器器铁铁芯芯，，有有望望获获得得可可观观的的节节电电效效益益，，但但由由于于目目前前制制造造成成本本高高，，使用上受到限制使用上受到限制　（　（2 2）钴基非晶态软磁合金）钴基非晶态软磁合金　　 B Bs s较较低低，， i 很很高高，，H Hc c很很小小，，交交流流损损耗耗低低。

适适用用于于传传递递小小功功率率能能量量及及传传递电压信号的磁性元件递电压信号的磁性元件 具有零磁致伸缩特性，适合于制做磁头具有零磁致伸缩特性，适合于制做磁头第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料　（　（3 3）铁镍基非晶态软磁合金）铁镍基非晶态软磁合金　　 B Bs s和和 i 介介于于铁铁基基和和钴钴基基非非晶晶态态合合金金之之间间，，可可用用于于传传递递中中等等功功率率及及中中等等强强度电压信号的变压器中度电压信号的变压器中 2 2、非晶态软磁合金的应用、非晶态软磁合金的应用Ø 高磁感合金用作功率器件高磁感合金用作功率器件 电子工业中的配电变压器、高频开关电源等电子工业中的配电变压器、高频开关电源等Ø 零磁致伸缩高磁导合金用作信息敏感器件或小功率器件零磁致伸缩高磁导合金用作信息敏感器件或小功率器件 无线电工业和仪器仪表工业中的磁头、磁屏蔽和漏电保护器等无线电工业和仪器仪表工业中的磁头、磁屏蔽和漏电保护器等Ø 高高梯梯度度磁磁分分离离技技术术中中的的磁磁介介质质，，磁磁弹弹簧簧和和磁磁弹弹传传感感器器，，微微电电机机、、磁磁放大器、磁调制器、脉冲变压器铁芯，超声延迟线等。

放大器、磁调制器、脉冲变压器铁芯，超声延迟线等第三章 磁性材料－－§3.1 §3.1 软磁材料软磁材料HBBr-HcO硬磁材料的退磁曲线硬磁材料的退磁曲线第二节　硬磁材料第二节　硬磁材料　　 硬磁材料是在磁场中被磁化后能够显示磁性，磁场撤除之后仍然保持硬磁材料是在磁场中被磁化后能够显示磁性，磁场撤除之后仍然保持较强磁性的一类铁磁物质，又称永磁材料、恒磁材料较强磁性的一类铁磁物质，又称永磁材料、恒磁材料一、硬磁材料的基本性能要求一、硬磁材料的基本性能要求Ø 最大磁能积最大磁能积( (BHBH ) )m m大大 可在给定的空间产生足够大的磁场可在给定的空间产生足够大的磁场H　　 决定决定( (BHBH ) )m m大小的两个因素：大小的两个因素： ① ①H Hc c和和B Br r：： H Hc c和和B Br r越大，越大， ( (BH BH ) )mm则越大 ② ②退磁曲线的形状：退磁曲线的凸起越显退磁曲线的形状：退磁曲线的凸起越显 著，著， ( (BH BH ) )mm则越大Ø 磁稳定性好磁稳定性好　　 要求磁铁产生的磁场不随时间、应力、温要求磁铁产生的磁场不随时间、应力、温度、振动、辐射及电磁场的变化而变化，或度、振动、辐射及电磁场的变化而变化，或变化很小。

变化很小 第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料二、硬磁材料的种类及应用二、硬磁材料的种类及应用 l 铝镍钴永磁合金铝镍钴永磁合金　　1 1、铝镍钴永磁合金的成分和性能特点、铝镍钴永磁合金的成分和性能特点 Ø 主成分主成分FeFe、、NiNi、、AlAl，辅成分，辅成分CoCo、、CuCu、、TiTi　　 FeFe、、NiNi、、AlAl构成合金主体，构成合金主体，CoCo、、CuCu、、TiTi进一步提升合金性能进一步提升合金性能Ø 高的磁能积，高的剩磁，较高的矫顽力高的磁能积，高的剩磁，较高的矫顽力　　 ( (BH BH ) )mm ＝＝4040～～70kJ/m70kJ/m3 3；；B Br r＝＝0.70.7～～1.35T1.35T；；H Hc c＝＝4040～～60kA/m60kA/mØ 硬而脆，难于加工硬而脆，难于加工 成型方法：铸造、粉末烧结成型方法：铸造、粉末烧结 2 2、铝镍钴永磁合金的主要合金系列、铝镍钴永磁合金的主要合金系列　　　　铝镍型、铝镍钴型、铝镍钴钛型等三个系列铝镍型、铝镍钴型、铝镍钴钛型等三个系列　　　　 典型牌号：典型牌号：AlNiCoAlNiCo5 5 3 3、铝镍钴永磁合金的主要应用、铝镍钴永磁合金的主要应用　　　　电机器件：发电机、电动机、继电器等中的磁体。

电机器件：发电机、电动机、继电器等中的磁体　　　　电子器件：扬声器、机等中的磁体电子器件：扬声器、机等中的磁体第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料l 稀土永磁材料稀土永磁材料　　　　稀稀土土永永磁磁材材料料的的主主要要成成分分是是由由稀稀土土元元素素与与FeFe、、CoCo、、CuCu、、ZnZn等等过过渡渡金金属属或或B B、、C C、、N N等非金属元素组成的金属间化合物等非金属元素组成的金属间化合物　　 稀土永磁材料的发展：稀土永磁材料的发展：　　　　自自2020世世纪纪6060年年代代起起至至今今，，稀稀土土永永磁磁材材料料历历经经四四个个阶阶段段的的发发展展，，前前三三个个时期研究和开发的材料已得到广泛应用，当前研究处于第四阶段时期研究和开发的材料已得到广泛应用，当前研究处于第四阶段　　第一代材料：　　第一代材料：RCoRCo5 5型：型：金属化合物的组成为金属化合物的组成为1:51:5　　 　　 典型材料：典型材料：SmCoSmCo5 5，，( (SmSm, Pr) Co, Pr) Co5 5　　第二代材料：　　第二代材料：R R2 2CoCo1717型：型：金属化合物的组成为金属化合物的组成为2:172:17　　 　　 典型材料：典型材料：SmSm2 2CoCo1717，，SmSm2 2(Co,Cu,Fe,Zr)(Co,Cu,Fe,Zr)1717　　第三代材料：　　第三代材料：NdNd-Fe-B-Fe-B系系　　 　　 典型材料：典型材料：NdNd2 2FeFe1414B B　　第四代材料：　　第四代材料：R-Fe-NR-Fe-N系、系、R-Fe-CR-Fe-C系系　　 　　 典型材料：典型材料：SmSm2 2FeFe1717NN3 3第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料 1 1、稀土钴系永磁合金、稀土钴系永磁合金　（　（1 1））RCoRCo5 5型合金型合金　　合金种类：合金种类：SmCoSmCo5 5、、PrCoPrCo5 5、、(SmPr)Co(SmPr)Co5 5。

　　 典型牌号：典型牌号：SmCoSmCo5 5CaCuCaCu5 5型六方结构型六方结构　　　　磁性能特点：磁性能特点：　　适中的饱和磁化强度（适中的饱和磁化强度（M Ms s＝＝0.97T0.97T），），　　极高的磁晶各向异性（极高的磁晶各向异性（K K1 1＝＝17.2MJ/m17.2MJ/m3 3）其他磁性参量（经高场取向和等静压处理）：其他磁性参量（经高场取向和等静压处理）：　　B Br r＝＝1.01.0～～1.07T1.07T，，( (BH BH ) )maxmax＝＝1.991.99～～2.33×102.33×103 3kJ/mkJ/m3 3，，　　B BH Hc c＝＝0.780.78～～0.85×100.85×106 6A/mA/m（（B B＝＝0 0，即矫顽力），，即矫顽力），　　M MH Hc c＝＝1.271.27～～1.59×101.59×106 6A/mA/m（（M M＝＝0 0，内禀矫顽力、本质矫顽力）内禀矫顽力、本质矫顽力）　　缺点：　　缺点：SmSm、、PrPr、、CoCo昂贵，导致合金高的价格昂贵，导致合金高的价格　　改进措施：　　改进措施：元素取代。

以廉价的混合稀土（元素取代以廉价的混合稀土（MmMm）全部或部分取代）全部或部分取代SmSm、、 Pr Pr；以；以FeFe、、CrCr、、MnMn、、CuCu等部分取代等部分取代CoCo　　 例如：例如：MmCoMmCo5 5、、(CeSm)(Cu,Fe,Co)(CeSm)(Cu,Fe,Co)5 5、、SmSm0.50.5MmMm0.50.5CoCo5 5第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料　（　（2 2））R R2 2TMTM1717型合金型合金　　 典型牌号：典型牌号：SmSm2 2CoCo1717六方结构六方结构　　 磁性能特点：磁性能特点：　　　　　　较高的饱和磁化强度较高的饱和磁化强度 ( (M Ms s＝＝1.20T)1.20T)，，　　　　　　较低的磁晶各向异性较低的磁晶各向异性 ( (K K1 1＝＝3.3MJ/m3.3MJ/m3 3) )，，　　　　　　较低的矫顽力较低的矫顽力H Hc c，，　　　　　　剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r和饱和磁感应强度和饱和磁感应强度B Bs s高于高于RCoRCo5 5型合金。

型合金 改性措施：改性措施：元素取代元素取代　　 例如：例如：SmSm2 2(Co,Cu,Fe,Zn)(Co,Cu,Fe,Zn)1717，磁性能优于，磁性能优于RCoRCo5 5型合金，可部分替代型合金，可部分替代　　　　　　　　 RCo RCo5 5型合金　　 （（3 3）稀土钴系永磁合金应用）稀土钴系永磁合金应用　　稀土钴永磁合金是目前磁能积和矫顽力最高的硬磁材料稀土钴永磁合金是目前磁能积和矫顽力最高的硬磁材料　　适用于电子钟表、微型继电器、微型直流马达和发电机、助听器、适用于电子钟表、微型继电器、微型直流马达和发电机、助听器、行波管、质子直线加速器等装置中的硬磁器件行波管、质子直线加速器等装置中的硬磁器件第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料 2 2、稀土铁系永磁合金、稀土铁系永磁合金　（　（1 1））Nd-Fe-BNd-Fe-B系合金系合金　　　　优点：优点：Ø 不含不含SmSm、、CoCo等贵重元素，价格低等贵重元素，价格低Ø 磁性能优异磁性能优异 (BHBH ) )maxmax＞＞400kJ/m400kJ/m3 3，，B Br r＝＝1.48T1.48T。

Ø 加工性能较好加工性能较好Ø 密度小较稀土钴低较稀土钴低13%13%，有利于实现磁性元件轻量化、薄型化有利于实现磁性元件轻量化、薄型化　　 缺点：缺点：Ø 耐腐蚀性差耐腐蚀性差Ø 居里温度低居里温度低T Tc c＝＝312312 C C，而，而RCoRCo5 5型合金的居里温度高达型合金的居里温度高达724724 C CØ 磁感应强度温度系数大磁感应强度温度系数大第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料　　 改性措施：改性措施：Ø 加入一定量的镍，或镀保护层，可提高耐腐蚀性加入一定量的镍，或镀保护层，可提高耐腐蚀性Ø 以以CoCo和和AlAl取代部分取代部分FeFe，或用少量重稀土部分取代，或用少量重稀土部分取代NdNd，可明显降低，可明显降低 合金的磁性温度系数，提高居里温度合金的磁性温度系数，提高居里温度　　 例如：例如：NdNd1515FeFe62.562.5B B5.55.5AlAl的居里温度可达的居里温度可达500500 C CØ 在在DyDy、、CoCo的共同作用下，加入的共同作用下，加入AlAl、、NbNb、、GaGa可以提高合金的内禀矫可以提高合金的内禀矫 顽力；加入顽力；加入MoMo可以提高矫顽力，改善合金的温度稳定性。

可以提高矫顽力，改善合金的温度稳定性　　 应用：应用：Ø 汽车电动机、微特电机、自动化装置、磁盘驱动器、汽车电动机、微特电机、自动化装置、磁盘驱动器、MP3MP3播放器、播放器、 家用电器等的硬磁元件家用电器等的硬磁元件 Ø 电声器件中的传声器、高频扬声器和立体声耳机的磁铁电声器件中的传声器、高频扬声器和立体声耳机的磁铁Ø 用于磁流体密封器、磁水器、测量仪器、磁力器、磁传感器用于磁流体密封器、磁水器、测量仪器、磁力器、磁传感器Ø 核磁共振成像仪中的磁体核磁共振成像仪中的磁体第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料 （（2 2））Sm-Fe-NSm-Fe-N系合金系合金　　 Sm-Fe-NSm-Fe-N系系合合金金是是第第四四代代R-Fe-NR-Fe-N系系和和R-Fe-CR-Fe-C系系稀稀土土永永磁磁合合金金的的典典型型代代表，综合磁性能优良，发展前途光明表，综合磁性能优良，发展前途光明　　 特点：特点：磁性能略低于磁性能略低于Nd-Fe-BNd-Fe-B，但居里温度较高但居里温度较高 因因Sm-Fe-NSm-Fe-N系列化合物系列化合物600600 C C以上发生不可逆分解，故只能用以上发生不可逆分解，故只能用　　　　　　　　 粘接法制备，应用受到限制。

粘接法制备，应用受到限制　　 应用：应用：尚未商品化尚未商品化　　 改进措施：改进措施：Ø 调整化学成分调整化学成分 　　因因SmSm元元素素稀稀缺缺，，价价格格昂昂贵贵，，可可考考虑虑通通过过添添加加价价格格低低、、储储量量丰丰富富的的稀土元素，如稀土元素，如NdNd、、CeCe、、Y Y等来部分取代等来部分取代SmSmØ 探索新的制备方法或改进现有制备方法探索新的制备方法或改进现有制备方法　　 制备方法对磁性能的影响很大制备方法对磁性能的影响很大第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料l 可加工的永磁合金可加工的永磁合金　　 淬火态具有良好的塑性变形能力，可加工成各种片材、棒材、丝材、淬火态具有良好的塑性变形能力，可加工成各种片材、棒材、丝材、管材等；管材等；淬火塑性变形和时效（回火）硬化可使合金获得矫顽力淬火塑性变形和时效（回火）硬化可使合金获得矫顽力1 1、、 －铁基合金－铁基合金　　主要种类：　　主要种类：Fe-Co-MoFe-Co-Mo系、系、Fe-Co-WFe-Co-W系 硬磁性能的获得：硬磁性能的获得： -Fe-Fe基体弥散析出金属化合物基体弥散析出金属化合物FeFem mX Xn n（硬磁相）。

硬磁相） 　　应用：　　应用：磁滞马达、形状复杂的小型磁铁、接收机磁体磁滞马达、形状复杂的小型磁铁、接收机磁体2 2、、 / / 相变型铁基合金相变型铁基合金　　主要种类：　　主要种类：Fe-Fe-MnMn-Ti-Ti系、系、Fe-Co-VFe-Co-V系 　　 硬磁性能的获得：硬磁性能的获得：利用利用 →→ 相变获得高矫顽力相变获得高矫顽力 　　应用：　　应用：Fe-Fe-MnMn-Ti-Ti用于指南针、仪表零件；用于指南针、仪表零件；　　　　　　　　　　Fe-Co-VFe-Co-V用于微型电机和录音机磁性零件用于微型电机和录音机磁性零件第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料　　 3 3、、CuCu基合金基合金　　主要种类：　　主要种类：Cu-Ni-FeCu-Ni-Fe系，典型成分：系，典型成分：60%Cu-20%Ni-Fe60%Cu-20%Ni-Fe　　　　　　　　　　　　　　 Cu-Ni-CoCu-Ni-Co系，典型成分：系，典型成分：50%Cu-20%Ni-2.5%Co-Fe50%Cu-20%Ni-2.5%Co-Fe 　　 硬磁性能的获得：硬磁性能的获得：热处理和冷加工。

热处理和冷加工 　　应用：　　应用：测速计和转速计中的磁性元件测速计和转速计中的磁性元件4 4、、Fe-Co-CrFe-Co-Cr永磁合金永磁合金　　主要成份：　　主要成份：2727～～28%Cr28%Cr，，2323～～26%Co26%Co，余为，余为FeFe　　性能特点：　　性能特点：　　　　　　冷热塑性变形性能良好；冷热塑性变形性能良好；　　　　　　磁性能已经达到磁性能已经达到AlNiCoAlNiCo5 5合金的水平；合金的水平；　　　　　　B Br r＝＝1.01.0～～1.3T1.3T，，H Hc c＝＝4848～～80kA/m80kA/m，，( (BHBH ) )maxmax＝＝3232～～56kJ/m56kJ/m3 3　　　　　　原材料成本比原材料成本比AlNiCoAlNiCo5 5低低2020～～30%30%；；　　　目前已部分取代　　　目前已部分取代AlNiCoAlNiCo系永磁合金及其他延性永磁合金系永磁合金及其他延性永磁合金　　　　　　硬磁性能对热处理等较为敏感，难以获得最佳的硬磁性能硬磁性能对热处理等较为敏感，难以获得最佳的硬磁性能　　应用：　　应用：器、转速表、扬声器、陀螺仪中的磁性零件。

器、转速表、扬声器、陀螺仪中的磁性零件第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料l 硬磁铁氧体硬磁铁氧体 硬磁铁氧体呈亚铁磁性，属六方结构，磁各向异性高，制造容易、抗硬磁铁氧体呈亚铁磁性，属六方结构，磁各向异性高，制造容易、抗老化能力强，性能稳定老化能力强，性能稳定 　　1 1、硬磁铁氧体的种类、硬磁铁氧体的种类　　 一般形式：一般形式：MOMO•6Fe6Fe2 2O O3 3 典型材料：典型材料：钡铁氧体钡铁氧体(BaO·6Fe(BaO·6Fe2 2O O3 3) )、锶铁氧体、锶铁氧体(SrO·6Fe(SrO·6Fe2 2O O3 3) )　　 制备方法：制备方法：以以FeFe2 2O O3 3、、BaCOBaCO3 3和和SrCOSrCO3 3为原料，经混合、预烧、球磨、压为原料，经混合、预烧、球磨、压 制成型、烧结而制成制成型、烧结而制成 　　 性能特点：性能特点：B Bs s较低（与金属硬磁材料相比），较低（与金属硬磁材料相比），H Hc c高，高，T Tc c低，低，  高高。

　　2 2、硬磁铁氧体的主要应用：、硬磁铁氧体的主要应用：　　　　 取代铝镍钴永磁合金制造电机器件（如发电机、电动机、继电器）取代铝镍钴永磁合金制造电机器件（如发电机、电动机、继电器）　　　　　　和电子器件（如扬声器、机）和电子器件（如扬声器、机）第三章 磁性材料－－§3.2 §3.2 硬磁材料硬磁材料磁记录的典型应用：磁记录的典型应用：u录音技术中的应用录音技术中的应用　　　　 最早应用的领域现在，录音技术正在向数字式方向发展，以进最早应用的领域现在，录音技术正在向数字式方向发展，以进一步提高信噪比和其他性能一步提高信噪比和其他性能u计算机技术中的应用计算机技术中的应用　　　　 磁盘存储器和磁带存储器容量大、成本低磁盘存储器和磁带存储器容量大、成本低u录像技术中的应用录像技术中的应用　　　　 录像磁带可以快速显示、剪接加工与编辑，且可以重复使用录像磁带可以快速显示、剪接加工与编辑，且可以重复使用u科学研究中的应用科学研究中的应用　　　　 多速模拟记录装置可以将记录下来的信号放大或缩小，从而使数多速模拟记录装置可以将记录下来的信号放大或缩小，从而使数据处理更为方便灵活。

据处理更为方便灵活u日常生活中的应用日常生活中的应用　　　　 磁性卡片可用于存取款、图书保存以及乘坐交通工具的票证等磁性卡片可用于存取款、图书保存以及乘坐交通工具的票证等 第三节　磁记录材料第三节　磁记录材料 第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料　磁记录材料的发展：　磁记录材料的发展：　　　　　　磁记录技术有磁记录技术有100100多年的历史多年的历史　　　　　　18981898年，丹麦人浦尔生（年，丹麦人浦尔生（PolsenPolsen）发明了世界上第一台录音机发明了世界上第一台录音机　　　这台录音机是在圆柱上缠绕一根钢丝，钢丝在一个头的两极片之间　　　这台录音机是在圆柱上缠绕一根钢丝，钢丝在一个头的两极片之间移动使用这个头记录，也用来放音，它能够从传声器（话筒）记录移动使用这个头记录，也用来放音，它能够从传声器（话筒）记录电流并使所录的信息用耳机收听电流并使所录的信息用耳机收听　　　　　　19001900年，巴黎博览会上展出了浦尔生的录音机年，巴黎博览会上展出了浦尔生的录音机　　　　　　19411941年，粉末涂覆磁带记录技术问世，磁记录技术得到了空前的发年，粉末涂覆磁带记录技术问世，磁记录技术得到了空前的发展。

展　　　　　　2020世纪世纪7070年代以来，开拓出许多新型磁记录材料及磁头材料，使磁年代以来，开拓出许多新型磁记录材料及磁头材料，使磁记录技术得到了更大的发展记录技术得到了更大的发展第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料一、磁记录技术与原理一、磁记录技术与原理l磁记录模式磁记录模式 三种记录模式：三种记录模式：　　1 1、纵向（水平）记录、纵向（水平）记录　　　　　　利用磁头位于磁记录介质面内的磁场纵向利用磁头位于磁记录介质面内的磁场纵向( (水平水平) )矢量来写入信息矢量来写入信息 2 2、垂直记录、垂直记录　　　　 利用磁场的垂直分量在具有各向异性的记录介质上写入信息利用磁场的垂直分量在具有各向异性的记录介质上写入信息 3 3、磁光记录、磁光记录　　　　 利用光头，靠激光束加磁场来写入信息，利用磁光效应读出信息利用光头，靠激光束加磁场来写入信息，利用磁光效应读出信息磁记录材料磁记录材料磁头材料磁头材料磁记录介质材料磁记录介质材料磁记录材料的类别：磁记录材料的类别：第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料l磁记录系统磁记录系统　　四个基本单元：四个基本单元：　　1 1、存储介质、存储介质　　　　　　即磁记录材料，如磁带、磁盘等。

即磁记录材料，如磁带、磁盘等　　2 2、换能器、换能器　　　　　　即磁头　　3 3、传送介质装置、传送介质装置　　　　　　即磁记录介质传送机构即磁记录介质传送机构　　4 4、电子线路、电子线路　　　　　　与上述单元相匹配的电路与上述单元相匹配的电路第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料纵向磁记录过程纵向磁记录过程l 磁记录过程磁记录过程　　以纵向记录模式为例：以纵向记录模式为例：　　1 1、信号的记录、信号的记录　　　　磁头线圈中的信号电流在缝隙产磁头线圈中的信号电流在缝隙产生磁场溢出，使磁介质生磁场溢出，使磁介质( (磁带磁带) )磁化，磁化，产生的剩磁对应着信号电流产生的剩磁对应着信号电流　　电流信号　　电流信号→磁信号磁信号　　2 2、信号的读出、信号的读出　　　　已磁化的介质重新接近磁头时，已磁化的介质重新接近磁头时，通过拾波线圈感生出磁通，磁通大小通过拾波线圈感生出磁通，磁通大小与磁介质中的磁化强度成比例与磁介质中的磁化强度成比例　　　　 磁信号磁信号→电流信号电流信号第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料l磁记录原理磁记录原理　　1 1、记录场、记录场　两种电感式磁头：　两种电感式磁头： 环形磁头环形磁头　　　　和和　　 　　单极磁头单极磁头yxvHxHyH环形磁头记录场环形磁头记录场极尖处溢出场的分布极尖处溢出场的分布矢量场矢量场yxvHxHyH单极磁头记录场单极磁头记录场极尖处溢出场的分布极尖处溢出场的分布矢量场矢量场主要产生沿水平方向的磁化矢量主要产生沿水平方向的磁化矢量主要产生沿垂直方向的磁化矢量主要产生沿垂直方向的磁化矢量第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料　　2 2、磁记录介质的各向异性特性、磁记录介质的各向异性特性　　　　　　记录介质中的磁化强度方向与介质的磁各向异性（包括形状各向异记录介质中的磁化强度方向与介质的磁各向异性（包括形状各向异性）有密切关系。

性）有密切关系Ø纵向记录模式介质的单轴各向异性纵向记录模式介质的单轴各向异性　　　特征：　　　特征：磁带中的针状磁性粒子的长度方向沿磁带的长度方向取向磁带中的针状磁性粒子的长度方向沿磁带的长度方向取向Ø垂直记录模式介质的单轴各向异性垂直记录模式介质的单轴各向异性　　　特征：　　　特征：磁介质中的柱状晶粒的轴线垂直于膜面磁介质中的柱状晶粒的轴线垂直于膜面Ø各向同性各向同性　　　特征：　　　特征：磁性粒子的磁化方向多为易磁化方向，但略去了形状各向异磁性粒子的磁化方向多为易磁化方向，但略去了形状各向异性的影响，介质呈各向同性性的影响，介质呈各向同性第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料　　3 3、磁记录方式、磁记录方式Ø纵向磁记录方式纵向磁记录方式　　　　 特征：特征：记录后介质的剩余磁化强度方向与磁层的平面平行记录后介质的剩余磁化强度方向与磁层的平面平行  →→0 0，，H Hd d→4→4 MMr r，，即记录波长越短（记录密度越高），自退磁效即记录波长越短（记录密度越高），自退磁效应越大因此，纵向磁记录方式不适合于高密度磁记录因此，纵向磁记录方式不适合于高密度磁记录。

Ø垂直磁记录方式：垂直磁记录方式：　　　　 特征：特征：记录后介质的剩余磁化强度方向与磁层的平面垂直记录后介质的剩余磁化强度方向与磁层的平面垂直　　  →→0 0，，H Hd d→→0 0，即记录波长越短（记录密度越高），自退磁的效应，即记录波长越短（记录密度越高），自退磁的效应越小因此，垂直磁记录方式是实现高密度磁记录的理想模式因此，垂直磁记录方式是实现高密度磁记录的理想模式  Hd  Hd纵向记录方式纵向记录方式垂直记录方式垂直记录方式磁记录方式磁记录方式　　　　Hd—退磁场表示铁磁体被磁化后，磁体内部产生的与磁化强度方向相反的磁场表示铁磁体被磁化后，磁体内部产生的与磁化强度方向相反的磁场　　　　  — 磁记录波长磁记录波长 越小则记录密度越高越小则记录密度越高第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料二、磁记录介质材料二、磁记录介质材料　　记录密度的影响因素：记录密度的影响因素：D∝∝　　　　　　　　l磁存储介质材料的基本性能要求磁存储介质材料的基本性能要求 　　①①矫顽力矫顽力H Hc c要高要高　　 高矫顽力保证磁记录介质能够承受较大的退磁作用。

高矫顽力保证磁记录介质能够承受较大的退磁作用 　　②②剩余磁感应强度剩余磁感应强度B Br r要高要高 高的剩磁可获得较大的读出信号，但同时退磁场强度也高高的剩磁可获得较大的读出信号，但同时退磁场强度也高　　　　 须兼顾剩磁和退磁场对记录系统的综合影响须兼顾剩磁和退磁场对记录系统的综合影响 ③ ③磁层均匀，厚度适当磁层均匀，厚度适当　　 磁层厚，退磁越严重，记录密度显著降低，信号读出误差增大磁层厚，退磁越严重，记录密度显著降低，信号读出误差增大 磁层薄，读出信号质量下降磁层薄，读出信号质量下降 ④ ④磁滞回线矩形比要高磁滞回线矩形比要高 磁滞回线近于矩形，可减少自退磁效应，保留较高的剩磁，提高记磁滞回线近于矩形，可减少自退磁效应，保留较高的剩磁，提高记录信息的密度和分辨力，从而提高信号的记录效率录信息的密度和分辨力，从而提高信号的记录效率D D —磁记录密度磁记录密度t tm m—磁层厚度磁层厚度Hc—矫顽力矫顽力Br—剩余磁感应强度剩余磁感应强度第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料l磁记录介质磁记录介质　　1 1、纵向磁记录介质、纵向磁记录介质　（　（1 1）三个发展阶段及对应的磁粉）三个发展阶段及对应的磁粉Ø氧化物磁粉：氧化物磁粉： -Fe-Fe2 2OO3 3、、Co-Co- -Fe-Fe2 2OO3 3、、CrOCrO2 2、钡铁氧体等磁粉。

钡铁氧体等磁粉Ø金属合金磁粉：金属合金磁粉：Fe-Co-NiFe-Co-Ni等合金磁粉等合金磁粉Ø金属薄膜：金属薄膜：Ni-CoNi-Co膜、膜、CoCo膜、膜、CoCrPtCoCrPt膜、膜、CoNiCrCoNiCr膜、膜、CoCrTaCoCrTa膜　　　　 矫顽力从氧化物磁粉的矫顽力从氧化物磁粉的24kA/m24kA/m提高到金属薄膜的提高到金属薄膜的240kA/m240kA/m，提高了一，提高了一个数量级；剩余磁感应强度从个数量级；剩余磁感应强度从170kA/m170kA/m提高到提高到1100kA/m1100kA/m，提高了近，提高了近6 6倍　（　（2 2）两种类型的磁记录介质）两种类型的磁记录介质 　　Ø颗粒（磁粉）涂布型：颗粒（磁粉）涂布型：由磁粉及适当的助溶剂、分散剂和粘接剂混合由磁粉及适当的助溶剂、分散剂和粘接剂混合后均匀涂布在带基（如聚脂薄膜）上而形成后均匀涂布在带基（如聚脂薄膜）上而形成Ø连续薄膜型：连续薄膜型：采用像电镀或溅射法等制成的薄膜，无须采用粘接剂等采用像电镀或溅射法等制成的薄膜，无须采用粘接剂等非磁性物质非磁性物质第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料　　2 2、垂直磁记录介质、垂直磁记录介质 1930 1930年提出，年提出，19581958年年IBMIBM公司开始研制，公司开始研制，19671967年日本实现垂直磁记录年日本实现垂直磁记录技术，成功获得技术，成功获得Co-CrCo-Cr垂直磁记录薄膜。

垂直磁记录薄膜　　 Co-Cr Co-Cr薄膜：薄膜： 可采用高频溅射或电子束蒸发制备可采用高频溅射或电子束蒸发制备CrCr在柱状晶体的表面偏析，形在柱状晶体的表面偏析，形成一顺磁层，使晶粒之间不产生交换相互作用，从而提高矫顽力成一顺磁层，使晶粒之间不产生交换相互作用，从而提高矫顽力 在在Co-CrCo-Cr合金中添加合金中添加MoMo、、ReRe、、V V、、TaTa等元素可改善其性能，其中，等元素可改善其性能，其中，TaTa能抑制晶粒长大和改善矩形比，并能抑制纵向磁化的矫顽力能抑制晶粒长大和改善矩形比，并能抑制纵向磁化的矫顽力纵向记录与垂直记录部分参数的比较纵向记录与垂直记录部分参数的比较部分参数部分参数纵纵向向记录记录垂直垂直记录记录面密度面密度/Gb·in-20.1 1010道密度道密度/Gb·in-22.0 2525线线密度密度/Gb·in-250 400400Hc/kA·m-1112 240160h（厚度）（厚度）/nm50 1060Bn max/T6.4 3.89.6第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料三、磁头材料三、磁头材料　　　　　　磁头是磁记录的一种磁能量转换器，磁记录正是通过磁头来实现电磁头是磁记录的一种磁能量转换器，磁记录正是通过磁头来实现电信号和磁信号之间的相互转换。

信号和磁信号之间的相互转换l磁头材料的基本要求磁头材料的基本要求　　 ① ①高的磁导率高的磁导率 高的高的 i和和 mm，可提高写入和读出信号的质量可提高写入和读出信号的质量　　 ② ②高的饱和磁感应强度高的饱和磁感应强度 B Bs s高有利于提高记录密度，减小录音失真高有利于提高记录密度，减小录音失真　　 ③ ③低的剩磁和矫顽力低的剩磁和矫顽力 磁记录过程中，磁记录过程中，B Br r高会降低记录的可靠性高会降低记录的可靠性　　 ④ ④高的电阻率高的电阻率 电阻大可以减小损耗，改善铁芯频响特性电阻大可以减小损耗，改善铁芯频响特性　　 ⑤ ⑤高的耐磨性高的耐磨性 保证磁头的使用寿命和工作的稳定性保证磁头的使用寿命和工作的稳定性4321磁头基本结构磁头基本结构 1－后隙；－后隙；2－线圈；－线圈； 3－铁芯；－铁芯；4－前隙第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料l磁头材料磁头材料 三个发展阶段：体型磁头三个发展阶段：体型磁头——薄膜磁头薄膜磁头——磁阻磁头。

磁阻磁头　　1 1、体型磁头材料、体型磁头材料 （（1 1）磁性合金）磁性合金 特点：特点：具有高的磁化强度，不受磁饱和效应制约，记录磁场强具有高的磁化强度，不受磁饱和效应制约，记录磁场强 典型合金：典型合金：Ø铁镍合金（坡莫合金）：铁镍合金（坡莫合金）：1J791J79（（4%Mo,17%Fe-Ni4%Mo,17%Fe-Ni）） 优点：优点：具有高的饱和磁化强度，磁致伸缩接近于零，记录特性良好具有高的饱和磁化强度，磁致伸缩接近于零，记录特性良好 缺点：缺点：磨损率较高，对腐蚀敏感，磁导率随工作频率的提高下降磨损率较高，对腐蚀敏感，磁导率随工作频率的提高下降 优化措施：优化措施：加入加入NbNb、、AlAl、、TiTi等元素 加入加入NbNb (3 (3～～8%)8%)可提高磁性能，得到高硬度；可提高磁性能，得到高硬度； 加入加入Al (Al (≤5%)5%)可提高可提高合金磁性能，得到高硬度和高电阻率合金磁性能，得到高硬度和高电阻率第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料Ø铁硅铝合金（铁硅铝合金（5.4%Al5.4%Al，，9.6%Si-Fe9.6%Si-Fe）） 优点：优点：磁晶各向异性和磁致伸缩趋近于零，直流特性良好，电阻率磁晶各向异性和磁致伸缩趋近于零，直流特性良好，电阻率 高，在高频下能保持较好的磁性和较低的损耗。

高，在高频下能保持较好的磁性和较低的损耗 缺点：缺点：机械加工的难度大（因为合金硬度较高）机械加工的难度大（因为合金硬度较高）Ø铁铝合金：铁铝合金：1J161J16（（16%Al-Fe16%Al-Fe）） 优点：优点：性能介于铁镍合金和铁硅铝合金之间，加工性能优于性能介于铁镍合金和铁硅铝合金之间，加工性能优于Fe-Fe-SiSi-Al-Al 缺点：缺点：磁导率低磁导率低磁头用合金的性能磁头用合金的性能材材 料料  /1kHzHc/(A/m)B/T  /(·cm)Hv4%钼钼坡莫合金坡莫合金110002.00.8100120铝铁铝铁合金合金40003.00.8150290铝铝硅硅铁铁合金合金8000200.885480第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料 （（2 2）非晶态磁性合金）非晶态磁性合金 特点：特点：（与晶态磁性合金比较）具有高的磁感应强度和高的磁导率与晶态磁性合金比较）具有高的磁感应强度和高的磁导率 典型合金：典型合金：ØFeFe基非晶态材料基非晶态材料 　如　如FeFe7272CrCr8 8P P1313C C7 7：： B Bs s(≈0.9T)(≈0.9T)高，硬度（高，硬度（H Hv v≈850≈850～～900900）高，成本）高，成本低，是理想的视频磁头材料。

低，是理想的视频磁头材料ØCoCo基非晶态合金基非晶态合金 　　 B Bs s很高，居里温度高，非常适于做磁头材料，但价格贵，在加工和很高，居里温度高，非常适于做磁头材料，但价格贵，在加工和其后处理过程中易产生各向异性其后处理过程中易产生各向异性　　磁头加工过程中，应严格控制温度，以防再结晶音频磁头应控　　磁头加工过程中，应严格控制温度，以防再结晶音频磁头应控制在制在200200 C C以下，视频磁头控制在以下，视频磁头控制在240240 C C以下第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料 （（3 3）铁氧体）铁氧体Ø镍锌（镍锌（Ni-ZnNi-Zn）铁氧体）铁氧体 主要成分：主要成分：(NiO)(NiO)x(ZnO)(ZnO)1－－x(Fe(Fe2 2O O3 3) ) 结构和性能特点：结构和性能特点：具有尖晶石结构，磁性随具有尖晶石结构，磁性随Ni/ZnNi/Zn比而变化比而变化 性能提升：性能提升：加入少量加入少量ZnZn，磁导率和磁感应强度增大，矫顽力和居里温，磁导率和磁感应强度增大，矫顽力和居里温度下降，当度下降，当x在在0.30.3～～0.70.7范围内时，磁特性最佳。

范围内时，磁特性最佳Ø锰锌（锰锌（MnMn-Zn-Zn）铁氧体）铁氧体 主要成分：主要成分： (MnO)(MnO)x(ZnO)(ZnO)1－－x(Fe(Fe2 2O O3 3) ) 结构和性能特点：结构和性能特点：具有尖晶石结构，磁性随具有尖晶石结构，磁性随MnMn/Zn/Zn比而变化比而变化 优点：优点：MnZnMnZn铁氧体具有更高的电阻率，应用频率比铁氧体具有更高的电阻率，应用频率比MnZnMnZn的高 性能提升：性能提升：与镍锌（与镍锌（Ni-ZnNi-Zn）铁氧体相同铁氧体相同铁氧体具有良好的耐磨性，适于制作视频磁头铁氧体具有良好的耐磨性，适于制作视频磁头 第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料　　2 2、薄膜磁头材料、薄膜磁头材料 薄膜磁头属于微电子器件，所用材料几乎是铁镍合金薄膜磁头属于微电子器件，所用材料几乎是铁镍合金 化学组成：化学组成： 80%Ni80%Ni，，20%Fe20%Fe 特点：特点：与块材与块材NiFeNiFe有很大差别，其性能更多的依赖于制膜工艺、薄膜有很大差别，其性能更多的依赖于制膜工艺、薄膜厚度、热处理工艺。

音频响宽、分辨率高、存取速度快，能够满足高厚度、热处理工艺音频响宽、分辨率高、存取速度快，能够满足高记录密度的要求记录密度的要求 制备方法：制备方法：真空蒸发、溅射、电解工艺等，制作真空蒸发、溅射、电解工艺等，制作NiFeNiFe薄膜 典型材料：典型材料：NiNi8181FeFe1919 除可作为感应磁头材料外，还是最好的磁阻磁头（除可作为感应磁头材料外，还是最好的磁阻磁头（MRHMRH）材料，）材料，  / 0 达达2.5%2.5%，磁致伸缩很小磁致伸缩很小第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料　　3 3、磁阻磁头材料、磁阻磁头材料 磁阻效应磁阻效应MR(Magneto-Resistance effect)MR(Magneto-Resistance effect)：：　　　　磁性材料的电阻随着磁化状态而改变的现象磁性材料的电阻随着磁化状态而改变的现象 优点：优点：读出电压比感应式磁头大，有利于提高道密度信噪比高读出电压比感应式磁头大，有利于提高道密度。

信噪比高 缺点：缺点：只能读出，无记录功能，且需要足够大的电流或偏置磁场只能读出，无记录功能，且需要足够大的电流或偏置磁场 典型材料：典型材料：Ni-(Co, Fe)Ni-(Co, Fe)系列系列 磁阻变化率：磁阻变化率： / / 0 0，其中，其中＝＝  －－  ，， 0 0＝＝( (   +2 +2  )/3)/3 0 0，，   和和  分别为电流与磁场方向平等和垂直时的电阻率分别为电流与磁场方向平等和垂直时的电阻率 磁阻的各向异性：铁磁磁阻材料的特征，用磁阻的各向异性：铁磁磁阻材料的特征，用AMRAMR（（Anisotropy Anisotropy Magneto-ResistanceMagneto-Resistance）表示，变化率一般可达）表示，变化率一般可达4 4～～5%5% 巨磁阻效应巨磁阻效应GMR（（Giant Magneto-Resistance effect）材料）材料 Fe/Cr Fe/Cr多层膜的磁电阻效应比多层膜的磁电阻效应比Ni-FeNi-Fe系列的大一个多数量级。

系列的大一个多数量级第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料MR和和GMR读出磁头的磁盘存储密度读出磁头的磁盘存储密度发发表年份表年份记录记录密度密度（（Gb/in2））磁磁头头公司公司1989年年1MRIBM1991年年2MR日立日立1995年年3MRIBM1996年年5GMR富士通、富士通、东东芝芝1997年年5GMRIBM1998年年10GMRIBM第三章 磁性材料－－§3.3 §3.3 磁记录材料磁记录材料。