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1、功能材料磁性材料第一页，讲稿共一百零一页哦功能材料功能材料Function Materials主讲：克默迪企业主讲：克默迪企业 杨子中杨子中第二页，讲稿共一百零一页哦第五章第五章 磁性材料磁性材料 具具备备强强磁磁性性的的材材料料称称为为磁磁性性材材料料。磁磁性性材材料料具具有有能能量量转转换换、存存储储或或改改变变能能量量状状态态的的功功能能，是是重重要要的的功功能能材材料料。按按矫矫顽顽力力的的大大小小可可将将磁磁性性材材料料分分为为硬硬磁磁、半半硬硬磁磁、软软磁磁材材料料三三种种。从从应应用用方方面面考考虑虑，磁磁性性材材料料可可分分为为软软磁磁材材料料、硬硬磁磁材材料料、磁磁记录材料及
2、一些特殊用途的磁性材料等等。记录材料及一些特殊用途的磁性材料等等。第三页，讲稿共一百零一页哦 近近年年来来，磁磁性性材材料料又又有有了了突突飞飞猛猛进进的的发发展展，一一些些新新型型的的磁磁性性材材料料受受到到了了重重砚砚，并并正正在在走走向向实实用用。如如稀稀土土永永磁磁材材料料，室室温温磁磁致致冷冷材材料料、新新型型的的多多层层膜膜磁磁记记录录材材料料、有有机机铁铁磁磁材材料料、准准晶晶、非非晶晶材材料料；铁铁氧氧体体材材料料、铁铁电电反反铁铁磁磁材材料料等等已已成成为为近近几几年年来来磁磁性性功功能能材材料料领领域域研研究究的的热热点点。磁磁性性材材料料广广泛泛地地应应用用于于计计算算机
3、机、通通讯讯、自自动动化化、音音像像、电电机机、仪仪器器仪仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。第四页，讲稿共一百零一页哦 磁磁性性材材料料的的应应用用已已涉涉及及到到工工、农农、医医、现现代代科科技技、国国防防和和人人类类生生活活的的各各个个领领域域。据据统统计计19941994年年全全球球磁磁性性材材料料产产量量约约650650一一750750万万吨吨。产产值值100100亿亿美美元元以以上上。全全球球每每人人每每年年消消耗耗磁磁性性材材料料价价值值2 2美美元元。全全球球磁磁性性材材料料需需求求量量每每年年以以l0l0一一25%25%速速度
4、度增增长长。新新型型磁磁性性材材料料、新新技技术术和和新新工艺不断涌现。是最活跃的材料领域之一。工艺不断涌现。是最活跃的材料领域之一。第五页，讲稿共一百零一页哦5.1 5.1 软磁材料软磁材料 矫矫顽顽力力低低(H(Hcici100A100Am)m)、磁磁导导率率高高的的磁磁性性材材料料称称为为软软磁磁材材料料。软软磁磁材材料料的的磁磁滞滞回回线线细细长长，磁磁导导率率高高，矫矫顽顽力力低低，铁铁芯芯损损耗耗低低，容容易易磁磁化化，也也容容易易去去磁磁。它它主主要要应应用用于于制制造造发发电电机机和和电电动动机机的的定定子子和和转转子子；变变压压器器、电电感感器器、电电抗抗器器、继继电电器器和
5、和镇镇流流器器的的铁铁芯芯；计计算算机机磁磁芯芯；磁磁记记录录的的磁磁头头与与磁磁介介质质；磁磁屏屏蔽蔽；电电磁磁铁铁的的铁铁芯芯、极极头头与与极极靴靴；磁磁路路的的导导磁磁体体等等。它它是是电电机机工工程程、无无线线电电、通通讯讯、计计算算机机、家家用用电器和高新技术领域的重要功能材料。电器和高新技术领域的重要功能材料。第六页，讲稿共一百零一页哦 软软磁磁材材料料的的种种类类很很多多，大大致致可可分分为为金金属属软软磁磁材材料料及及软软磁磁铁铁氧氧体体。现现有有软软磁磁材材料料若若按按磁磁特特性性可可分分为为高高磁磁感感材材料料、高高导导磁磁材材料料、高高矩矩形形比比材材料料、恒恒导导磁磁材
6、材料料、温温度度补补偿偿材材料料等等；若若按按材材料料的的成成分分，可可分分为为电电工工纯纯铁铁、Fe-SiFe-Si合合金金、Ni-FeNi-Fe合合金金、Fe-A1Fe-A1合合金金(包包括括Fe-Si-AlFe-Si-Al合合金金)和和Fe-CoFe-Co合合金金等等；也可分为晶态、非晶态及纳米晶软磁材料等。也可分为晶态、非晶态及纳米晶软磁材料等。第七页，讲稿共一百零一页哦 金金属属软软磁磁(合合金金)材材料料是是磁磁性性材材料料中中用用途途最最广广，用用量量最最大大的的一一类类材材料料，包包括括纯纯铁铁，电电工工钢钢，合合金金及及非非晶晶态态合合金金。不不同同的的工工作作条条件件，对对
7、材材料料的的性性能能要要求求亦亦有有不不同同：在在强强磁磁场场下下工工作作的的磁磁性性部部件件，如如电电力力工工业业中中大大量量使使用用的的电电动动机机、发发电电机机、大大功功率率变变压压器器、电电磁磁铁铁等等，要要求求所所用用的的磁磁性性材材料料应应具具有有高高的的饱饱和和磁磁感感应应强强度度，价价格格便便宜宜，生生产产工工艺艺简简单单，便便于于大大批批生生产产；在在通通讯讯技技术术中中常常用用的的变变压压器器、换换能能器器的的铁铁芯芯，磁磁屏屏蔽蔽材材料料及及有有关关磁磁性性元元件件，基基本本上上是是在在弱弱磁磁场场下下工工作作，要要求求相相应应的的材材料具有高的磁导率。料具有高的磁导率。
8、第八页，讲稿共一百零一页哦 软软磁磁材材料料的的种种类类很很多多，大大致致可可分分为为金金属属软软磁磁材材料料及及软软磁磁铁铁氧氧体体。现现有有软软磁磁材材料料若若按按磁磁特特性性可可分分为为高高磁磁感感材材料料、高高导导磁磁材材料料、高高矩矩形形比比材材料料、恒恒导导磁磁材材料料、温温度度补补偿偿材材料料等等；若若按按材材料料的的成成分分，可可分分为为电电工工纯纯铁铁、Fe-SiFe-Si合合金金、Ni-FeNi-Fe合合金金、Fe-A1Fe-A1合合金金(包包括括Fe-Si-AlFe-Si-Al合合金金)和和Fe-CoFe-Co合合金金等等；也也可可分分为晶态、非晶态及纳米晶软磁材料等。为
9、晶态、非晶态及纳米晶软磁材料等。第九页，讲稿共一百零一页哦5.1.1 5.1.1 电工用纯铁电工用纯铁 电电工工用用纯纯铁铁含含碳碳量量极极低低，其其纯纯度度在在99.95以以上上，退退火火态态起起始始磁磁导导率率i为为3005000，最最大大磁磁导导率率m为为6000120000，矫矫顽顽力力Hc为为39.895.5Am。电电工工用用纯纯铁铁主主要要用用于于制制造造电电磁磁铁铁的的铁铁芯芯和和磁磁极极，继继电电器器的的磁磁路路和和各各种种零零件件，感感应应式式和和电电磁磁式式测测量量仪仪表表的的各各种种零零件件，杨杨声声器器的的磁磁路路，电电话话中中的的振振动动膜膜，磁磁屏屏蔽蔽，电电机机中
10、中用用以以导导引引直直流流磁磁通通的的磁磁极极及及冶冶金金原原料料等等。我我国国生生产产的的电电工工用用纯纯铁铁的的机机械械性性能能如如下下：抗抗拉拉强强度度b27kgmm2；延延伸伸率率525；断断面面收收缩缩率率60；布氏硬度布氏硬度HB131。第十页，讲稿共一百零一页哦表表5-l 几种电工用纯铁的磁性能几种电工用纯铁的磁性能第十一页，讲稿共一百零一页哦 影影响响纯纯铁铁磁磁性性能能的的因因素素有有多多种种，包包括括晶晶粒粒的的结结晶晶轴轴对对磁磁化化方方向向的的取取向向关关系系，纯纯铁铁中中的的杂杂质质，晶晶粒粒大大小小，金金属属的的塑塑性性变变形形，加加工工过过程程中中的的内内应应力力
11、等等等等。为为了了改改善善纯纯铁铁的的磁磁性性能能，除除严严格格控控制制冶冶炼炼与与轧轧制制过过程程，还还可可以以采采用用高高温温长长时时间间氢氢气气退退火火，消消除除晶晶格格畸畸变变和和内内应应力力，粗粗化化晶晶粒粒。电电工工用用纯纯铁铁只只能能在在直直流流磁磁场场下下工工作作，在在交交变变磁磁场场下下工工作作，涡涡流流损损耗耗大大。在在纯纯铁铁中中加加入入少少量量硅硅(0.380.45)形形成成固固溶溶体体，可可以以提提高高合合金金电电阻阻率率，减减少少材材料料涡涡流流损损耗耗。随随着着纯纯铁铁中中含含硅硅量量的的增增加加，磁磁滞滞损损耗耗降降低低，而而在在弱弱磁磁场场和和中中等等磁磁场场
12、下下，磁磁导导率率增增加。但硅含量高于加。但硅含量高于4，材料变脆。，材料变脆。第十二页，讲稿共一百零一页哦 5.1.2 电工用硅钢片电工用硅钢片 电电工工用用硅硅钢钢片片按按材材料料生生产产方方法法，结结晶晶织织构构和和磁磁性性能能可可分分为为以以下下四四类类；(1)热热轧轧非非织织构构(无无取取向向)的的硅硅钢钢片片；(2)冷冷轧轧非非织织构构(无无取取向向)的的硅硅钢钢片片；(3)冷冷轧轧高高斯斯织织构构(单单取取向向)的的硅硅钢钢片片；(4)冷冷轧轧立立方方织构织构(双取向双取向)的硅钢片。的硅钢片。电电工工用用硅硅钢钢片片主主要要用用于于各各种种形形式式的的电电机机、发发电电机机和和
13、变变压压器器中中，在在扼扼流流圈圈、电电磁磁机机构构、继继电电器器、测量仪表中也大量使用。测量仪表中也大量使用。第十三页，讲稿共一百零一页哦 不不同同的的工工作作环环境境，对对硅硅钢钢片片的的性性能能提提出出了了不不同同的的要要求求，一一般般将将实实用用的的硅硅钢钢片片按按强强磁磁场场、中中等等磁磁场场(51000Am)、弱弱磁磁场场(0.20.8Am)下下工工作作来来分分类类。硅硅钢钢片片的的机机械械性性能能与与硅硅含含量量、晶晶粒粒大大小小、结结晶晶结结构构、有有害害杂杂质质(碳碳，氧氧，氢氢)含含量量分分布布状状况况以以及及钢钢板板厚厚度度有有关关，在在很很大大程程度度上上取取决决于于有
14、有害害杂杂质质含含量量、冶冶炼炼方方法法、轧轧制制的的压压下下制制度度、退退火火温温度度和介质以及钢板表面状况等。和介质以及钢板表面状况等。第十四页，讲稿共一百零一页哦 硅硅钢钢片片的的磁磁性性能能同同样样与与硅硅含含量量、冶冶炼炼过过程程、热热处处理理工工艺艺、晶晶粒粒大大小小有有关关。一一般般认认为为，硅硅含含量量在在66.5的的钢钢具具有有高高的的磁磁导导率率(i，m)，硅硅也也使使铁铁的的磁磁各各向向异异性性和和磁磁致致伸伸缩缩降降低低。考考虑虑到到硅硅钢钢的的机机械械性性能能及及加加工工工工艺艺性性能能，其其中中硅硅的的含含量量不不宜宜超超过过4。另另外外，碳碳、氢氢、硫硫、锰锰等等
15、元元素素均均对对合合金金的的磁磁性性能能有有不不利利影影响响；增增大大晶晶粒粒可可以以改改善善硅硅钢钢的磁性能，但使磁滞损耗增加。的磁性能，但使磁滞损耗增加。第十五页，讲稿共一百零一页哦 为为为为了了了了进进进进一一一一步步步步提提提提高高高高电电电电工工工工钢钢钢钢的的的的磁磁磁磁性性性性能能能能，高高高高斯斯斯斯研研研研制制制制了了了了具具具具有有有有取取取取向向向向结结结结晶晶晶晶结结结结构构构构的的的的硅硅硅硅钢钢钢钢片片片片高高斯斯织织构构硅硅钢钢片片(冷冷轧轧取取向向硅硅钢钢片片)。这这这这种种种种结结结结构构构构中中中中，铁铁铁铁晶晶晶晶格格格格的的的的易易易易磁磁磁磁化化化化方
16、方方方向向向向100100轴轴轴轴与与与与轧轧轧轧制制制制方方方方向向向向吻吻吻吻合合合合，难难难难磁磁磁磁化化化化方方方方向向向向111轴轴轴轴与与与与轧轧轧轧制制制制方方方方向向向向成成成成55角角角角，中中中中等等等等磁磁磁磁化化化化轴轴轴轴110110与与与与轧轧轧轧制制制制方方方方向向向向成成成成90角，如图角，如图角，如图角，如图5-15-1所示。所示。所示。所示。图图5-1 Fe-Si3.8合金单晶体合金单晶体磁化方向示意图磁化方向示意图 第十六页，讲稿共一百零一页哦 这这种种织织构构以以符符号号(110)100表表示示，(110)面面与与轧轧制制面面吻吻合合，而而100方方向向
17、与与轧轧制制方方向向吻吻合合。由由于于结结构构上上特特点点，冷冷轧轧取取向向硅硅钢钢片片具具有有磁磁各各向向异异性性，在在强强磁磁场场内内，单单位位铁铁损损的的各各向向异异性性最最大大，在在弱弱磁磁场场中中，磁磁感感应应强强度度和和磁磁导导率率的的各各向向异异性性最最大大。因此，用这种硅钢片制铁芯时常采用转绕方式。因此，用这种硅钢片制铁芯时常采用转绕方式。第十七页，讲稿共一百零一页哦 立立方方织织构构硅硅钢钢片片指指晶晶粒粒按按立立方方体体取取向向，即即立立方方体体的的(100)面面与与轧轧制制面面相相吻吻合合，立立方方体体的的棱棱100轴轴沿沿轧轧制制方方向向取取向向。立立方方体体的的棱棱即
18、即易易磁磁化化方方向向是是沿沿着着和和横横着着轧轧制制方方向向取取向向的的，中中等等难难磁磁化化轴轴110则则与与轧轧制制方方向向成成45角角，而而最最难难磁磁化化轴轴111则偏离磁化平面。则偏离磁化平面。第十八页，讲稿共一百零一页哦 立立方方织织构构硅硅钢钢在在性性能能上上优优于于上上述述高高斯斯织织构构硅硅钢钢，如如果果两两种种织织构构合合金金的的含含硅硅量量相相同同，立立方方织织构构极极薄薄带带钢钢的的磁磁导导率率比比高高斯斯织织构构带带钢钢高高；沿沿轧轧制制和和垂垂直直于于轧轧制制方方向向切切取取的的立立方方织织构构试试样样，无无论论在在弱弱磁磁场场或或强强磁磁场场内内，都都具具有有同
19、同样样高高的的磁磁导导率率。表表5-2为为两两种种织织构构硅硅钢钢片片性性能能比比较较。虽虽然然立立方方织织构构硅硅钢钢片片显显示示了了诸诸多多优优势势，但但限限于于其其制制造造工工艺艺不不过过关关，故故只只用用于于制制造造个个别别试试验验用用变变压压器器，电电动动机机和和发发电电机机，难以批量生产。难以批量生产。第十九页，讲稿共一百零一页哦表表5-2 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 工工工工业业业业上上上上使使使使用用用用的的的的硅硅硅硅钢钢钢钢片片片片一一一一般般般般都都都都在在在在交交交交变变变变磁磁磁磁场场场场下下下下工工工工作作作作，为为为为减减减减
20、小小小小铁铁铁铁芯芯芯芯的的的的涡涡涡涡流流流流损损损损耗耗耗耗，硅硅硅硅钢钢钢钢片片片片表表表表面面面面都都都都施施施施以以以以绝绝绝绝缘缘缘缘涂涂涂涂层层层层。如如如如有有有有机机机机漆漆漆漆和和和和有机涂料、陶瓷质涂层等。有机涂料、陶瓷质涂层等。有机涂料、陶瓷质涂层等。有机涂料、陶瓷质涂层等。第二十页，讲稿共一百零一页哦5.1.3 铁镍合金与铁铝合金铁镍合金与铁铝合金a）铁镍合金）铁镍合金）铁镍合金）铁镍合金 铁铁镍镍软软磁磁合合金金的的主主要要成成分分是是铁铁、镍镍、铬铬、钼钼、铜铜等等元元素素。在在弱弱磁磁场场及及中中等等磁磁场场下下具具有有高高的的磁磁导导率率，低低的的饱饱和和磁磁
21、感感应应强强度度，很很低低的的娇娇顽顽力力，低低的的损损耗耗。该该合合金金加加工工性性能能良良好好，可可轧轧成成3mm厚厚厚厚的的的的薄薄薄薄带带带带，可可可可在在在在500 500 kHzkHz的的的的高高高高频频频频下下下下应应应应用用用用。铁铁铁铁镍镍镍镍软软软软磁磁磁磁合合合合金金金金与与与与电电电电工工工工钢钢钢钢相相相相比比比比性性性性能能能能优优优优越越越越，被被被被广广广广泛泛泛泛地地地地应应应应用用用用于于于于电电电电讯讯讯讯工工工工业业业业，仪仪仪仪表表表表，电电电电子子子子计计计计算算算算机机机机，控控控控制制制制系系系系统统统统等等等等领领领领域域域域，只只只只是是是是
22、价价价价格格格格昂昂昂昂贵贵贵贵。此此此此外外外外，工工工工艺艺艺艺参参参参数数数数变变变变动动动动对对对对其其其其磁磁磁磁性性性性能能能能影影影影响响响响很很很很大大大大，因此，产品性能不够稳定。因此，产品性能不够稳定。因此，产品性能不够稳定。因此，产品性能不够稳定。第二十一页，讲稿共一百零一页哦 图图5-25-2是是铁铁镍镍合合金金相相图图与与不不同同成成分分合合金金的的性性能能。常常用用的的铁铁镍镍软软磁磁合合金金的的成成分分大大致致在在含含镍镍409090范范围围内内，此此成成分分范范围围的的合合金金均均为为单单相相固固溶溶体体。超超结结构构相相Ni3FeFe的的有有序序-无无序序转转
23、变变温温度度为为506506，其其居居里里温温度度是是611，有有序序相相对对居居里里温温度度有有影影响响。原原于于有有序序化化对对电电阻阻率率有有影影响响，同同时时强强烈烈影影响响合合金金磁磁晶晶各各向向异异性性常常数数K1 1和和和和磁磁磁磁致致致致伸伸伸伸缩缩缩缩系系系系数数数数；磁磁导导率率和和矫矫顽顽力亦对组织结构较敏感。力亦对组织结构较敏感。图图5-2 铁镍系合金的相图和基本物理性能铁镍系合金的相图和基本物理性能 第二十二页，讲稿共一百零一页哦 图图5-3示示出出经经过过不不同同的的热热处处理理合合金金磁磁导导率率的的变变化化。由由图图可可以以看看出出含含镍镍量量7680范范范范围
24、围围围内内内内的的的的合合合合金金金金具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的磁磁磁磁导导导导率率率率，这这这这是是是是因因因因为为为为此此此此范范范范围围围围正正正正在在在在超超超超结结结结构构构构相相相相Ni3 3FeFe成成成成分分分分附附附附近近近近，所所所所以以以以冷冷冷冷却却却却过过过过程程程程中中中中发发发发生生生生了了了了明明明明显显显显的的的的有有有有序序序序化化化化转转转转变变变变，使使使使K值及值及值及值及 值发生了变化。值发生了变化。图图5-3 不同的热处理工艺对铁镍合金不同的热处理工艺对铁镍合金的起始磁导率的影响的起始磁导率的影响 第二十三页，讲稿共一百零一页哦 为为
25、使使K值值及及值值均均趋趋于于零零，需需得得到到适适量量的的有有序序度度，因因此此，铁铁镍镍二二元元合合金金热热处处理理时时必必须须急急冷冷，否否则则影影响响其其磁磁性性能能。为为了了改改善善铁铁镍镍合合金金的的磁磁性性能能，往往往往向向其其中中加加入入钼钼、铬铬、铜铜等等元元素素，使使合合金金有有序序化化速速度度减减慢慢，降降低低合合金金的的有有序序化化温温度度，简化了热处理工艺。简化了热处理工艺。根根据据特特性性和和用用途途不不同同，铁铁镍镍软软磁磁合合金金大大致致可可分分为为五五类类：1J50、1J51、1J65、1J79、1J85。每每一一类类又又有有若若干干不不同同的的牌牌号号，它它
26、们们的的含含镍镍量量不不同同，具具有有不不同的性能和应用。同的性能和应用。第二十四页，讲稿共一百零一页哦b b b b）铁铝合金铁铝合金 铁铝合金成本低，应用范围很广。含铝量在铁铝合金成本低，应用范围很广。含铝量在1616以以以以下时，便可以热轧成板材或带材；含铝量在下时，便可以热轧成板材或带材；含铝量在下时，便可以热轧成板材或带材；含铝量在下时，便可以热轧成板材或带材；含铝量在5-65-6以上时，以上时，以上时，以上时，合金冷轧较困难。合金冷轧较困难。合金冷轧较困难。合金冷轧较困难。铁铝合金同其它金属软磁合金相比，具有如下特铁铝合金同其它金属软磁合金相比，具有如下特点：点：(1)(1)电阻率
27、高；电阻率高；(2)(2)(2)(2)高的硬度和耐磨性；高的硬度和耐磨性；(3)(3)(3)(3)比重小，比重小，比重小，比重小，可减轻铁芯自重；可减轻铁芯自重；可减轻铁芯自重；可减轻铁芯自重；(4)(4)对应力不敏感。一般软磁合金对应力对应力不敏感。一般软磁合金对应力对应力不敏感。一般软磁合金对应力对应力不敏感。一般软磁合金对应力最为敏感，铁铝合金是例外；最为敏感，铁铝合金是例外；最为敏感，铁铝合金是例外；最为敏感，铁铝合金是例外；(5)(5)(5)(5)时效，材料使用时，随时时效，材料使用时，随时时效，材料使用时，随时时效，材料使用时，随时间及环境温度的变化，磁性能发生变化；间及环境温度的
28、变化，磁性能发生变化；间及环境温度的变化，磁性能发生变化；间及环境温度的变化，磁性能发生变化；(6)(6)温度稳定性，温度稳定性，温度稳定性，温度稳定性，可采用低温退火后淬火处理，也可以在可采用低温退火后淬火处理，也可以在可采用低温退火后淬火处理，也可以在可采用低温退火后淬火处理，也可以在50-15050-15050-15050-150下保温下保温下保温下保温10-10-10-10-20h20h20h20h人工时效来改善其温度稳定性。人工时效来改善其温度稳定性。人工时效来改善其温度稳定性。人工时效来改善其温度稳定性。第二十五页，讲稿共一百零一页哦5.1.4 非晶态合金非晶态合金 前前已已述述及
29、及，非非晶晶态态合合金金结结构构上上的的无无序序性性，决决定定了了其其具具有有优优良良的的软软磁磁性性能能，非非晶晶态态软软磁磁合合金金亦亦成成为为非非常常热热门门的的磁磁性性材材料料。70年年代代非非晶晶态态软软磁磁薄薄带带的的研研制成功，使它的实用化成为可能。制成功，使它的实用化成为可能。1铁基非晶态软磁合金铁基非晶态软磁合金 铁铁基基合合金金的的特特点点是是饱饱和和磁磁感感应应强强度度高高，一一般般为为1.61.8T；损损耗耗低低，只只有有硅硅钢钢的的1/41/5。缺缺点点是是磁磁致伸缩系数大。其性能见表致伸缩系数大。其性能见表5-3。第二十六页，讲稿共一百零一页哦表表5-3 铁基非晶态
30、合金某些特性铁基非晶态合金某些特性 2钴基非晶态软磁合金钴基非晶态软磁合金 钴钴基基合合金金的的饱饱和和磁磁感感应应强强度度较较低低，磁磁导导率率高高，矫矫顽顽力力低低，损损耗耗小小；磁磁致致伸伸缩缩系系数数趋趋近近于于零零，性性能能见见表表5-4。第二十七页，讲稿共一百零一页哦表表5-4 钴基非晶态软磁合金的特性钴基非晶态软磁合金的特性 第二十八页，讲稿共一百零一页哦 3铁镍基非晶态软磁合金铁镍基非晶态软磁合金 与与上上述述两两类类合合金金相相比比，铁铁镍镍基基合合金金的的性性能能基基本本上上介介于于两两者者之之间间。饱饱和和磁磁感感应应强强度度为为0.71.0T；磁致伸缩系数较铁基合金低，
31、其性能见表；磁致伸缩系数较铁基合金低，其性能见表5-5。第二十九页，讲稿共一百零一页哦表表5-5 铁镍基非晶态软磁合金特性铁镍基非晶态软磁合金特性第三十页，讲稿共一百零一页哦 非非晶晶态态合合金金与与常常用用的的其其它它晶晶态态软软磁磁材材料料(如如硅硅钢钢片片)相相比比，磁磁导导率率高高，电电阻阻大大，损损耗耗小小，图图5-4为为Fe8lB13.5Si3.5C2与与硅硅钢钢片片磁磁滞滞回回线线的的比比较较。从从长长远远来来看看，用用非非晶晶态态合合金金代代替替硅硅钢钢片片制制作作变变压压器器铁铁芯芯前前景景十十分分可可观观；但但就就目目前前的的情情况况看看，仍仍存存在在许许多多问问题题，比比
32、如如非非态态合合金金带带的的厚厚度度要要比比硅硅钢钢片片小小得得多多，这将大大影响其使用性能。这将大大影响其使用性能。第三十一页，讲稿共一百零一页哦图图5-4 非晶态合金与晶粒取向硅钢片的磁滞回线非晶态合金与晶粒取向硅钢片的磁滞回线第三十二页，讲稿共一百零一页哦 据据报报导导，日日本本每每年年由由于于电电器器设设备备中中的的铁铁芯芯发发热热损损失失电电量量80亿亿度度，若若用用非非晶晶态态合合金金代代替替硅硅钢钢片片，可可节节电电3/4。此此外外，非非晶晶态态合合金金的的生生产产工工艺艺简简单单，生生产产过过程程中中的的能能耗耗比比生生产产等等量量的的硅硅钢钢片片少少80左左右右。由由于于非非
33、晶晶态态合合金金电电阻阻率率较较晶晶态态材材料料高高、所所以以适适合合在在高高频频下下使使用用。研研究究表表明明，比比较较适适作作变变压压器器的的非非晶晶态态合合金金是是铁铁基基合合金金，如如Fe-B系系及及在在此此基基础础上上形形成成的的Fe-B-Si系系和和Fe-B-Si-C系系。美美国国和和日日本本在这方面做了许多研究工作。在这方面做了许多研究工作。第三十三页，讲稿共一百零一页哦 表表5-6为美国试制的为美国试制的15kV15kV变压器性能与硅钢片变压器比变压器性能与硅钢片变压器比变压器性能与硅钢片变压器比变压器性能与硅钢片变压器比较。用非晶态合金制做电机可使铁芯损耗降低较。用非晶态合金
34、制做电机可使铁芯损耗降低较。用非晶态合金制做电机可使铁芯损耗降低较。用非晶态合金制做电机可使铁芯损耗降低90左右。左右。利用某些非晶态材料磁致伸缩系数大的特性，可以制利用某些非晶态材料磁致伸缩系数大的特性，可以制造一些电子器件，如用造一些电子器件，如用Fe7878SiSi1010B1212作为超声振子材料，作为超声振子材料，用用Fe-B系或系或系或系或Co-Si-B系非晶态合金制成传感器元件、开关系非晶态合金制成传感器元件、开关系非晶态合金制成传感器元件、开关系非晶态合金制成传感器元件、开关晶体管组合成的应力传感器、漏电保护装置等。晶体管组合成的应力传感器、漏电保护装置等。晶体管组合成的应力传
35、感器、漏电保护装置等。晶体管组合成的应力传感器、漏电保护装置等。表表5-6 15kV配电变压器的性能配电变压器的性能第三十四页，讲稿共一百零一页哦 钴钴基基非非晶晶态态合合金金不不仅仅初初始始导导磁磁率率高高，电电阻阻率率高高，而而且且磁磁致致伸伸缩缩极极小小，接接近近于于零零，是是理理想想的的磁磁头头材材料料，目目前前在在日日本本、美美国国已已商商品品化化。这这部部分分内内容容将将在在磁磁记记录录材材料料中中详详述述。此此外外，这这类类合合金金还还适适合合作作磁磁屏屏蔽蔽材材料料，与与通通常常作作为为磁磁屏屏蔽蔽材材料料的的坡坡莫莫合合金金相相比比，非非晶晶态态合合金金价价格格便便宜宜；可可
36、织织成成布布，容容易易弯弯曲曲、裁裁制制、冲冲孔孔等等，且且不不需需要要退退火火；从从效效果果上上看看也也比比坡坡莫莫合合金金好好。目目前前作作磁磁屏屏蔽蔽材材料料的的非非晶晶态态合合金金主主要要是是Co66Fe4(Mo,Si,B)30。第三十五页，讲稿共一百零一页哦 在在单单相相钴钴基基非非晶晶软软磁磁金金属属丝丝和和薄薄带带中中，发发现现了了交交流流磁磁阻阻抗抗随随外外加加场场增增加加而而极极其其灵灵敏敏变变化化的的现现象象，非非晶晶丝丝灵灵敏敏度度达达12120/Oe(奥奥奥奥斯斯斯斯特特特特)，溅溅射射非非晶晶薄薄膜膜的的灵灵敏敏度度达达1020，有有人人将将此此现现象象称称为为巨巨磁
37、磁阻阻抗抗(GMI)效效应应。在在室室温温下下大大的的磁磁阻阻抗抗效效应应和和低低外外磁磁场场下下的的高高灵灵敏敏度度，使使其其在在传传感感技技术术和和磁磁记记录录头头技技术术中中具具有有巨巨大大的的应应用用潜潜能能，目目前前这这方方面面的的研研究究在在国国内内外外都都受受到到重重视视。此此外外，非非晶晶态态软软磁磁合合金金制制成成细细丝丝，可可作作为为磁磁分分离离介介质质。国国内内有有人人曾曾用用Fe75Cr5P13C7非非晶晶态态合合金金细细丝丝净净化化高高岭岭土土；还还可可以净化污水及医院废水中的细菌。以净化污水及医院废水中的细菌。第三十六页，讲稿共一百零一页哦 总总之之，非非晶晶态态合
38、合金金作作为为软软磁磁材材料料有有很很广广阔阔的的应应用用前前景景，但但也也不不应应忽忽视视存存在在的的问问题题：(1)温温度度对对磁磁的的不不稳稳定定性性影影响响比比较较大大，尤尤其其当当开开始始出出现现结结晶晶时时，矫矫顽顽力力增增加加，铁铁损损及及磁磁导导率率也也随随之之变变化化；(2)非非晶晶态态软软磁磁合合金金的的高高磁磁导导率率性性能能只只停停留留在在铁铁镍镍合合金金水水平平上上；(3)非非晶晶软软磁磁合合金金作作为为电电力力设设备备铁铁芯芯使使用用时时，不不能能制制出出很很宽宽的的薄薄板板，批批量量生生产产成成本本高高，饱和磁感应强度比硅钢低。饱和磁感应强度比硅钢低。第三十七页，
39、讲稿共一百零一页哦5.2 硬磁材料硬磁材料 硬硬磁磁料料也也称称为为永永磁磁材材料料，是是指指材材料料被被外外磁磁场场磁磁化化以以后后，去去掉掉外外磁磁场场仍仍然然保保持持着着较较强强剩剩磁磁的的材材料料。它它也也是是人人类类最最早早发发现现和和应应用用的的磁磁性性材材料。料。对对于于永永磁磁材材料料，人人们们希希望望它它的的剩剩余余磁磁感感应应强强度度Br和和矫矫顽顽力力Hc越越大大越越好好，但但仅仅有有Br和和Hc还还不不能能衡衡量量永永磁磁材材料料性性能能好好坏坏。评评价价永永磁磁材材料料性性能能好好坏坏的的几几个个重重要要指指标标是是：剩剩余余磁磁感感应应强强度度Br、矫矫顽顽力力Hc
40、、最大磁能积、最大磁能积(BH)max以及凸起系数以及凸起系数。第三十八页，讲稿共一百零一页哦 永永永永磁磁磁磁材材材材料料料料饱饱饱饱和和和和磁磁磁磁滞滞滞滞回回回回线线线线的的的的第第第第二二二二象象象象限限限限部部部部分分分分称称称称退退退退磁磁磁磁曲曲曲曲线线线线，上上上上述述述述几几几几个个个个参参参参数数数数都都都都反反反反映映映映在在在在这这这这条条条条曲曲曲曲线线线线上上上上。同同同同磁磁磁磁滞滞滞滞回回回回线线线线一一一一样样样样，退退退退磁磁磁磁曲曲曲曲线线线线也也也也可可可可做做做做成成成成B-HB-H曲曲曲曲线线线线和和和和M-HM-H曲曲曲曲线线线线，其其其其相相相相
41、应应应应的的的的矫矫矫矫顽顽顽顽力力力力分分分分别别别别以以以以HHCBCB和和和和HHCMCM表表表表示示示示，如如如如图图图图5-55-5。退退退退磁磁磁磁曲曲曲曲线线线线上上上上每每每每点点点点都都都都对对对对应应应应一一一一定定定定的的的的磁磁磁磁能能能能积积积积BHBH值值值值。图图图图5-55-5中中中中P P点点点点称称称称为为为为最最最最大大大大磁磁磁磁能能能能积积积积点点点点，它它它它所所所所对对对对应应应应的的的的磁磁磁磁能能能能积积积积为为为为最最最最大大大大磁磁磁磁能积能积能积能积(BHBH)maxmax。图图5-5 永磁材料的退磁曲线和磁能曲线永磁材料的退磁曲线和磁能
42、曲线 第三十九页，讲稿共一百零一页哦 由由由由图图图图5-55-5可可可可以以以以看看看看出出出出，退退退退磁磁磁磁曲曲曲曲线线线线的的的的最最最最大大大大磁磁磁磁能能能能积积积积(BHBH)maxmax不不不不仅仅仅仅随随随随B Br r和和和和HHc c值值值值的的的的增增增增高高高高而而而而增增增增大大大大，而而而而且且且且与与与与退退退退磁磁磁磁曲曲曲曲线线线线的的的的形形形形状状状状有有有有关关关关。在在在在B Br r和和和和HHc c值值值值不不不不变变变变的的的的情情情情况况况况下下下下，退退退退磁磁磁磁曲曲曲曲线线线线越越越越接接接接近近近近于于于于直直直直线线线线，则则则则
43、(BHBH)maxmax值值值值越越越越低低低低；相相相相反反反反，退退退退磁磁磁磁曲曲曲曲线线线线越越越越凸凸凸凸起起起起，(BHBH)maxmax值值值值就就就就越越越越大大大大。退退退退磁磁磁磁曲曲曲曲线线线线的的的的这这这这种种种种特特特特性性性性可以用凸起系数可以用凸起系数可以用凸起系数可以用凸起系数 表示：表示：表示：表示：(BHBH)maxmax/B Br r H Hc c 图图5-5 永磁材料的退磁曲线和磁能曲线永磁材料的退磁曲线和磁能曲线 第四十页，讲稿共一百零一页哦 永永磁磁材材料料的的种种类类很很多多，可可以以按按不不同同的的分分类类方方法法对对其其进进行行分分类类。目目
44、前前产产量量较较大大，应应用用较较为为普普遍遍的的永永磁磁材材料料主主要要有有以以下下几几个个系系列列：铝铝镍镍钴钴系系永永磁磁合合金金，永永磁磁铁铁氧氧体体材材料料，稀稀土土永永磁磁材材料料，可可加加工工的的永永磁磁合合金金，复复合合(粘粘结结)永永磁磁材材料料，单单畴畴微微粉粉永永磁磁合合金金及及塑塑料料永永磁磁材材料料。下下面面分分别别介绍几类金属永磁材料。介绍几类金属永磁材料。第四十一页，讲稿共一百零一页哦5.2.1 铝镍钴永磁合金铝镍钴永磁合金 铝铝镍镍钴钴系系永永磁磁合合金金具具有有高高的的磁磁能能积积及及高高的的剩剩余余磁磁感感应应强强度度，适适中中的的矫矫顽顽力力。(BH)ma
45、x=4070kJ/m3，Br0.71.35T，Hc4060kA/m。这这类类合合金金属属沉沉淀淀硬硬化化型型磁磁体体，高高温温下下呈呈单单相相状状态态(相相)，冷冷却却时时从从相相中中析析出出磁磁性性相相使使矫矫顽顽力力增增加加。AlNiCo系系合合金金硬硬而而脆脆，难难于于加加工工，成成型型方法主要有铸造法和粉末烧结法两种。方法主要有铸造法和粉末烧结法两种。第四十二页，讲稿共一百零一页哦 铝铝镍镍钴钴系系永永磁磁合合金金以以Fe，Ni，Al为为主主要要成成分分，通通过过加加入入Cu，Co，Ti等等元元素素进进一一步步提提高高合合金金性性能能。从从成成分分角角度度可可以以将将该该系系合合金金划
46、划分分为为铝铝镍镍型型，铝铝镍镍钴钴型型，铝铝镍镍钴钴钛钛型型三三种种。其其中中铝铝镍镍钴钴型型合合金金具具有有高高的的剩剩余余磁磁感感应应强强度度；铝铝镍镍钴钴钛钛型型则则以以高高矫矫顽顽力力为为主主要要特特征征。见见表表5-7，这这类类合合金金的的性性能能除除与与成成分分有有关关外外，还还与与其其内内部部结结构构有有密密切切关关系系。铸铸造造铝铝镍镍钴钴系系合合金金从从织织构构角角度度可可划划分分为为各各向向同同性性合合金金，磁磁场场取取向向合合金金和和定定向向结结晶晶合金三种。合金三种。第四十三页，讲稿共一百零一页哦表表5-7 铝镍钴系列化学成分及磁性能铝镍钴系列化学成分及磁性能 第四十
47、四页，讲稿共一百零一页哦 AlNiCo5型型合合金金价价格格适适中中，性性能能良良好好，故故成成为为这这一一系系列列中中使使用用最最广广泛泛的的合合金金。由由于于采采用用高高温温铸铸型型定定向向浇浇注注和和区区域域熔熔炼炼法法，使使其其磁磁性性能能获获得得很很大提高。大提高。由由于于六六、七七十十年年代代永永磁磁铁铁氧氧体体和和稀稀土土永永磁磁合合金金的的迅迅速速发发展展，铝铝镍镍钴钴合合金金开开始始被被取取代代，其其产产量量自自70年年代代以以来来明明显显下下降降。但但在在对对永永磁磁体体稳稳定定性性具具有有高高要要求求的的许许多多应应用用中中，铝铝镍镍钴钴系系永永磁磁合合金金往往往往是是最
48、最佳佳的的选选择择。铝铝镍镍钴钴合合金金被被广广泛泛用用于于电电机机器器件件上上，如如发发电电机机，电电动动机机，继继电电器器和和磁磁电电机机；电电子子行行业业中中的的扬扬声声器器，行行波波管管，电电话话耳机和受话器等。耳机和受话器等。第四十五页，讲稿共一百零一页哦5.2.2 稀土永磁材料稀土永磁材料 稀稀土土永永磁磁材材料料是是稀稀土土元元素素(用用R表表示示)与与过过渡渡族族金金属属Fe，Co，Cu，Zr等等或或非非金金属属元元素素B，C，N等等组组成成的的金金属属间间化化合合物物。自自20世世纪纪60年年代代开开始始至至今今，稀稀土土永永磁磁材材料料的的研研究究与与开开发发经经历历了了四
49、四个个阶阶段段：第第一一代代是是60年年代代开开发发的的RCo5型型合合金金(1:5)型型。其其中中起起主主要要作作用用的的金金属属间间化化合合物物的的组组成成是是按按1:5的的比比例例。这这种种类类型型的的合合金金分分单单相相和和多多相相两两种种，单单相相是是指指从从磁磁学学原原理理上上为为单单一一化化合合物物的的RCo5永永磁磁体体，如如SmCo5，(SmPr)Co5烧烧结结永永磁磁体体；多多相相是是指指以以1:5相相为为基基体体，有有少少量量2:17型型沉沉淀淀相相的的1:5型型永永磁体。磁体。第四十六页，讲稿共一百零一页哦 第第一一代代稀稀土土永永磁磁合合金金于于70年年初初投投入入生
50、生产产。第第二二代代稀稀土土永永磁磁合合金金为为R2TM17型型(2:17型型，TM代代表表过过渡渡族族金金属属)。其其中中起起主主要要作作用用的的金金属属间间化化合合物物的的组组成成比比例例是是2:17(R/TM原原子子数数比比)，亦亦有有单单相相，多多相相之之分分，见见图图5-6。第第二二代代产产品品大大约约1978年年投投入入生生产产。第第三三代代为为Nd-Fe-B合合金金。于于1983年年研研制制成成功功，第第二二年年投投入入生生产产。目目前前国国内内外外正正在在进进行行第第四四代代稀稀土土永永磁磁材材料料的的研研究究与开发，主要是与开发，主要是R-Fe-C系与系与R-Fe-N系。系。