材料的磁学,第二章,第11节 磁性材料,磁性材料,,1、软磁材料 2、硬磁材料 3、信息存储磁性材料 4、磁电阻效应和磁头材料 5、磁光记录材料,一、软磁材料,特点：高的磁导率、低的矫顽力、低铁心损耗,软磁材料主要有：纯铁、低碳钢、Fe-Si、Fe-Al、Fe-Al-Si、Ni-Fe、Fe-Co、铁氧体、非晶合金等1、纯铁和碳钢,纯铁：纯度99.9%，主要用于电磁铁极头其性能是饱和磁化强度高，矫顽力低，电阻率低我国电工用的纯铁牌号是：DT3 —DT8 ,同时在DT后面标注A、E、C，分别标志高级、特级、超级等磁性等级 只能用于直流 否则涡流损耗很大磁性等级 牌号 Hc (A/m) um 磁感应强度T,交流下：加入少量的Si（0.38-0.4%）形成固溶体，提高合 金电阻率 可分为：热轧非织构（无取向）硅钢片；冷轧非织构；冷轧 高斯织构；冷轧立方织构,2、Ni-Fe合金,与电工钢相比，它有高的磁导率和低的饱和磁感应强度，低的损耗，但是价格很贵应用于高质量要求的电子变压器、电感器和磁屏蔽应用上该材料有足够的延展性，可以扎成0.0003cm，常用于高达500kHz的高频应用的带绕磁芯 。
由于其磁导率随着温度的变化不大，即温度系数比较好，还有可以用于不同的电流变压器、失误阻断器；可以直接用于液氮、液氦气氛中3、磁性陶瓷材料,它有强的磁性耦合、高的电阻率和低损耗，种类非常多，应用广泛一类是具有尖晶石结构，化学结构式MFe2O4（M=Mn、Zn、Fe的结合）的铁氧体材料主要用于通信变压器、电感器、阴极射线管变压器；开关电源变压器；微波器件，如隔离器和环行器，工作频率1—100GHz另一类是石榴石磁性结构，其化学式RFeO(R代表铱或稀土元素)，用于微波器件，工作频率1—5GHz4、非晶合金,把液态金属快速冷凝时，就可以得到非晶材料5、纳米晶软磁材料,指材料中晶粒尺寸为纳米量级（一般50nm），而获得的高起始磁导率（u---100000）和低矫顽力（0.5A/m）FeSiB基中加少量Cu和Nb，在形成非晶材料后，再进行适当的热处理，获得纳米晶粒二、硬磁材料,,这类材料是人类最早发现和应用,同时也是目前种类繁多、进展迅速和应用广泛的磁性材料从二十世纪初，标志永磁材料性能的最大磁能积 就随年代呈指数关系增长目前用的永磁材料，按最大磁能积大小可分为①高磁能积永磁材料，一般指 大于160KJ/m3的材料,这包括 型 型和NdFeB型稀土永磁材料。
我国是世界上稀土蕴藏量最丰富（占世界总蕴藏量的80%以上）的国家,稀土永磁材料的研究和生产水平居世界前列②中磁能积永磁材料， 在32～80KJ/m3之间目前主要有 系和FeCrCo系两类材料③低磁能积永磁材料， ＜32KJ/m3目主要有钡（锶）铁氧体和含Co量低的AlNiCo系和FeCrCo系材料其中铁氧体永磁材料因价格低、矫顽力高，在目前各国的永磁材料生产上，产值和产量都居首位1、AlNiCo合金,具有高的磁能积（40—70KJ/m3）、剩余磁感应强度（0.7—1.35T），适中的矫顽力（40—160kA/m），Tc =8500 C,2、硬磁铁氧体,一般式是MO.6Fe2O3 ,M代表Ba或Sr各向异性常数K1 =0.3MJ/m3 ，矫顽力Hc=200—300kA/m,T=4500C,3、稀土永磁材料,钴基永磁材料,铁基永磁材料:代表是R-Fe-B，如NdFeB,,1:5型 R-Co，R代表稀土，如：SmCo5,2:17型 R-Co，R代表稀土，如：Sm2Co17,,下面重点介绍一下永磁 NdFeB，其典型合金成份为Nd15Fe8B77 1983年日本住友特种金属公司和美国GM公司几乎同时研制出NdFeB合金。
后来又用Co替代部分Fe，提高居里温度；用Dy或Tb取代部分Nd ，提高矫顽力，改善磁体的高温性能这类稀土永磁材料的性能特点是：①磁能积比非稀土永磁大4倍以上,因此在相同磁能积条件下,使用稀土永磁可缩小体积,便于设备、仪表小型化、轻量化；②矫顽力是铁氧体的3-5倍,利用此性质可以制作较薄的磁体;③剩磁与AlNiCo相当,比铁氧体高二倍 目前,稀土永磁的应用已遍及电动机械、电器仪表与电音设备，如扬声器、传感器；磁轴承和强力磁选机；电子及离子束控制装置，如磁控制管和粒子加速器；医疗保键，如核磁共振层析仪、心脏起博器及磁疗设备等整个西方世界 产量的一半用于硬盘驱动器用音圈电机4、具有延展性的硬磁材料,Cu-Ni-Fe:合金在硬磁状态下可以冲压，磁能积=12kJ/m3， 常用于速度表和计时马达，这些零件承受高速冲击Cr-Co-Fe：具有良好的延展性并可以成型，可以作为冲压 件、薄带、线材冷加工变形允许高速室温成 型成杯状可以代替AlNiCo三、信息储存磁性材料,1898年丹麦人Poalsen制造出第一台录音机已在以下应用： 1、录音技术应用：最早应用领域，向数字化发展，控制信噪比 2、计算机技术应用：磁盘存储器和磁带存储器。
3、录像技术应用：录像磁带 4、科学研究应用：多速模拟记录装置可以将记录下来的信号进行时间放 大或缩小工作，从而使数据处理更加灵活方便 5、日常生活应用：磁性卡片可以用于存取款、图书借阅、公交卡等磁记录的原理是利用磁头气隙中随信息变化的磁场将磁记录介质磁化，即将随时间变化的信息磁场转变为磁记录介质按空间变化的磁化强度分布，经过相反的过程，可将记录的信息经磁头重放出来磁记录材料是作为硬磁材料来应用的,但它与传统硬磁材料不同,它往往不是以块状形态使用1、磁感应记录一般原理,2、颗粒涂布磁记录介质,最常见的录音机、录相机磁带、计算机用软盘、各类磁卡都是用这类材料制作的它是将磁粉与非磁性粘合剂等少量添加剂形成的磁浆涂布于涤纶基体上制成的作为磁记录材料要求的指标有：记录密度、存贮容量、数据传输速度、数据存取时间和误码率这些指标均靠控制磁粉的磁性能来实现控制一下技术条件： (1) 、磁粉必须有高的矫顽力 (2)、磁粉的剩磁要合适因为剩磁大，读出信号大，但退磁场强度也高剩磁的大小与磁粉本身的特性有关，还与磁粉在介质中所占比例有关 (3)、磁粉的磁滞回线要有好的矩形性,这样信号不易失真 (4)、磁粉层厚度要适当。
厚度大不好因为厚度大，不易均匀，易引起读出误差；厚度大退磁场严重,会导致记录密度降低；但若太薄，则一方面制造困难,另一方面信号也偏弱 (5)、磁粉层表面的光洁度要高,均匀性要好, 这点主要与制造工艺有关,影响的是读出的准确性 根据对磁粉的性能要求，再比较氧化物磁粉和金属磁粉，可以看出金属磁粉矫顽力大，比剩磁大，可以实现高密度记录但金属磁粉的缺点是易氧化，稳定性差，使其钝化的措施往往影响其优良磁性为提高记录密度,要减薄磁层,但还要获得足够高的输出电压,则必须使用连续膜介质下表比较了磁粉涂布型介质与连续膜介质的性能，可以看出,由于连续膜介质不用添加粘结剂等非磁性物质,所以磁性有很大改善目前这种材料在稳定性方面还有些问题，但它仍是今后磁记录介质的一个重要发展方向薄膜的本征磁性能，如饱和磁化强度是由成份、偏析、温度决定的，而非本征磁性能如剩磁、磁滞回线的矩形度等则与薄膜的厚度、密度、微观组织、缺陷杂质浓度及微观应力分布等因素有关可见，制备工艺很关键3、高记录密度连续膜介质,表 连续型薄膜与涂布型薄膜介质性能比较,四、磁阻效应与磁头材料,磁头的基本功能是与磁记录介质构成磁性回路，起换能器作用,磁性材料的电阻率随磁化状态而改变的现象磁致电阻效应，简称磁阻效应,已经发现的磁电阻效应有：1、 一般金属的磁阻效应(MR)；2、铁磁金属的各向异性磁阻效应(AMR)；3、金属多层膜的磁阻效应（GMR）；4、钙钛矿结构锰氧化物庞磁阻效应（CMR）；5、隧道磁电阻效应(TMR),2007年诺贝尔物理学奖获得者: 阿尔贝•费尔 (Albert Fert) 法国科学院院士,1988年发现金属多层膜的巨磁阻效应（GMR）,五、磁光记录材料,磁光记录的特点是兼有光记录的大容量和磁记录的可重写性。
主要应用于广播电视和计算机系统1993年日本推出用于录音的袖珍唱机最早磁光膜是MnBi合金，其居里温度200C，克尔效应的克尔角0.7度，属于多层膜，信噪比很低 后来发展了稀土（Re）和过渡元素（TM）构成的非晶态薄膜，如：Tb20Fe74Co6，它们由于不存在着晶界，所以信噪比高，噪声低属于亚铁磁性 新一代磁光记录技术：由Nd、Pr、Ce等稀土元素组成的RE-TM非晶薄膜、Pt/Co多晶人工超晶格和铁氧体磁性薄膜，具有克尔角大特点DVDs(digital video disks),选择磁光薄膜材料应注意： 1、薄膜材料易磁化轴必须垂直膜面，具有垂直各向异性 2、由于要求记录密度高，要求材料的饱和磁化强度和矫顽力的乘积要大，以得到稳定的、尺寸较小的磁畴，且室温下矫顽力要高，以保证温度稳定性 3、具有高于室温但又不太高的居里温度或者补偿温度，一般在100C—300C. 4、读出信息的信噪比正比于克尔效应和反射率，薄膜材料在磁光记录波长内应有大的克尔效应和反射率，以保证读出信息的信噪比补充作业： 1、一种合金有两种磁性相，用什么实验方法可以证明说明过程 2、试说明稀土永磁材料强化机制，以及钕铁硼永磁材料的特点 3、试述目前磁记录信息存储对材料物理性能有哪些要求？,。