磁性陶瓷上课讲义.ppt

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1、磁性陶瓷第第7 7章章 磁性陶瓷磁性陶瓷教学目的和要求教学目的和要求 1.1.材料的磁性特征材料的磁性特征2.2.铁氧体材料及其制备过程铁氧体材料及其制备过程 11/15/20222材料科学与工程学院第第7 7章章 磁性陶瓷磁性陶瓷教学目的和要求教学目的和要求 7.1 7.1 材料的磁性材料的磁性7.2 7.2 磁性陶瓷的结构类型磁性陶瓷的结构类型7.3 7.3 铁氧体材料铁氧体材料11/15/20223材料科学与工程学院第第7 7章章 磁性陶瓷磁性陶瓷教学目的和要求教学目的和要求 7.1 7.1 材料的磁性材料的磁性7.2 7.2 磁性陶瓷的结构类型磁性陶瓷的结构类型7.3 7.3 铁氧体材

2、料铁氧体材料11/15/20224材料科学与工程学院第第7 7章章 磁性陶瓷磁性陶瓷7.1.1 7.1.1 物质的宏观磁性物质的宏观磁性7.1.2 7.1.2 抗磁性抗磁性7.1.3 7.1.3 顺磁性顺磁性7.1.4 7.1.4 铁磁性铁磁性7.1.5 7.1.5 反铁磁性反铁磁性7.1.6 7.1.6 亚铁磁性亚铁磁性7.1.7 7.1.7 磁畴磁畴7.1.8 7.1.8 磁滞回线磁滞回线7.1.9 7.1.9 几个磁性效应几个磁性效应7.1 7.1 材料的磁性材料的磁性11/15/20225材料科学与工程学院第7章 磁性陶瓷7.1.1 7.1.1 物质的宏观磁性物质的宏观磁性B0H0MH

3、 0 真空磁导率；H 磁场强度 材料的有效磁导率；M 磁化强度 M/H 任何材料在磁场中都会或大或小地显示出磁性，即被磁任何材料在磁场中都会或大或小地显示出磁性，即被磁化。此时材料的总磁通密度为化。此时材料的总磁通密度为 物质可根据物质可根据的不同分为的不同分为顺磁顺磁、抗磁抗磁及及铁磁铁磁三大类三大类.磁化率磁化率，表示物质磁化性的重要参数。，表示物质磁化性的重要参数。7.1 材料的磁性宏观上，物体被磁场磁化的程度与磁场强度有关宏观上，物体被磁场磁化的程度与磁场强度有关11/15/20226材料科学与工程学院磁化 材料在外加磁场H的作用下，本身具有的磁矩会按磁场方向排列的现象。自发磁化 无外

4、磁场时，本身具有的磁矩会自发定向排列的现象。相关概念相关概念第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性7.1.1 物质的宏观磁性11/15/20227材料科学与工程学院 在外加磁场H的作用下，材料内部感生一个与外磁场H方向相反的感生磁场（抵抗外磁场），这样材料内部总的磁通密度小于外磁场的磁通密度，这种性质被称为抗磁性抗磁性，具有该性质的材料称为抗磁材料抗磁材料,0。满壳层电子结构的物质具有这种性质，如一些金属及不含过度金属离子或稀土离子的陶瓷。金属中有一半简单金属是抗磁体。7.1.2 7.1.2 抗磁性抗磁性第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性11/15/20228材料科学与工程学院抗磁悬浮抗磁悬浮因抗

5、磁性产生磁浮的因抗磁性产生磁浮的热解碳热解碳(pyrolytic carbon)。与超导磁悬浮有何异同？7.1.2 抗磁性第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性11/15/20229材料科学与工程学院偏置磁体和悬浮体都是永磁材料，它们之间的磁力用偏置磁体和悬浮体都是永磁材料，它们之间的磁力用来平衡悬浮体的重力，抗磁体附加在悬浮永磁体上下，来平衡悬浮体的重力，抗磁体附加在悬浮永磁体上下，用来使悬浮体平稳悬浮，在径向和辐向都有稳定悬浮用来使悬浮体平稳悬浮，在径向和辐向都有稳定悬浮的作用。的作用。抗磁悬浮视频抗磁悬浮视频超导磁悬浮超导磁悬浮11/15/202210材料科学与工程学院“抗磁性抗磁性”一词一

6、词 早在1778年，S.J.Brugmans就发现了金属铋和金属锑在磁场中存在某些抗磁性现象。1845年，Michael Faraday（迈克尔法拉第）发现在施加外磁场中，所有天然物质拥有不同程度的抗磁性，抗磁性一词才正式在文献中使用，后来仅限用于抗磁性很强的物质。Michael Faraday英国物理学家 7.1.2 抗磁性第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性11/15/202211材料科学与工程学院 未满电子壳层结构的材料在外磁场作用下，未成对电子产生的磁矩会顺着顺着磁场方向定向排列而产生宏观的净磁矩（在外磁场中显磁性）。磁化率0 0，材料内部总的感通密度大于外磁场的磁通密度，这种性质被称为

7、顺磁性顺磁性，具有这种性质的材料称为顺磁材料顺磁材料。如含有过度金属或稀土离子的材料。7.1.3 7.1.3 顺磁性顺磁性第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性11/15/202212材料科学与工程学院顺磁体中，磁矩的方向杂乱无序，所以不加磁场无磁化。顺磁性顺磁性物质在强磁场中的顺磁性：顺着顺着磁场方向定向排列第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性7.1.3 顺磁性11/15/202213材料科学与工程学院顺磁性顺磁性顺磁性物质在外磁场中显磁性，在磁天平中增重。第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性7.1.3 顺磁性11/15/202214材料科学与工程学院 材料各磁畴具有自发磁化且排列一致的自发磁化且排

8、列一致的磁矩，在有外磁场H时，自发排列一致的磁矩趋向于与外磁场相同的方自发排列一致的磁矩趋向于与外磁场相同的方向排列向排列。在外场撤去后仍有很强度磁性。这种现象称为铁铁磁性磁性，具有这种性能的材料称为铁磁体铁磁体。如磁铁矿FeOFe2O3 7.1.4 7.1.4 铁磁性铁磁性在较弱的磁场下，能产在较弱的磁场下，能产生很大的磁化强度。生很大的磁化强度。0 0 1 1 M M 0 0第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性自发磁化且排列一致的磁矩11/15/202215材料科学与工程学院 材料具有自发磁化自发磁化磁矩，但相邻晶面的磁矩排列方向正反两个方向，且大小相等，在有外磁场H时，无磁无磁化现象发生化

9、现象发生。这种现象称为反铁磁性反铁磁性，具有这种性能的材料称为反铁磁体反铁磁体。如非金属氧化物MnO，Cr2O3，-Fe2O3等过渡元素的化合物.0 0 1 1 M M 0 07.1.5 7.1.5 反铁磁性反铁磁性第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性11/15/202216材料科学与工程学院 实质上是两种次晶格（相邻晶面）的反向磁矩未完全抵消的反铁磁性。因有这种性质的材料有亚铁盐及金属氧化物。故称亚铁磁性亚铁磁性也称铁氧体磁性铁氧体磁性，具有这种特性的物质称为亚铁磁性物质亚铁磁性物质或铁氧体磁性材料铁氧体磁性材料。往往称之铁氧体。铁氧体。7.1.6 7.1.6 亚铁磁性亚铁磁性第7章 磁性陶瓷

10、7.1 材料的磁性11/15/202217材料科学与工程学院几种磁性物质的几种磁性物质的M MH H关系关系材料材料磁化磁化铁磁性很大很大，在较弱的磁场下产生很大的磁化强度亚铁磁性像铁磁体，但但较较小小顺磁性较较小小，在磁场中受弱吸力反铁磁性很小（可忽略）很小（可忽略），高于某温度可变为顺磁体抗磁性很小且很小且负负在磁场中受弱斥力第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性7.1.6 亚铁磁性11/15/202218材料科学与工程学院磁畴：磁畴：自发磁化的磁矩按相同方自发磁化的磁矩按相同方向排列的微小区域（向排列的微小区域（magnetic magnetic domainsdomains），亦称韦斯畴。

11、），亦称韦斯畴。畴壁：畴壁：磁畴之间的边界区域磁畴之间的边界区域方向不一致磁畴之间的渐变区方向不一致磁畴之间的渐变区（约厚（约厚100nm100nm）。）。7.1.7 7.1.7 磁畴和畴壁磁畴和畴壁图8.3 磁畴壁中原子偶极子取向的变化N材料表面形成的磁极磁畴磁畴磁畴磁畴第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性11/15/202219材料科学与工程学院 铁磁体铁磁体或或亚铁磁体亚铁磁体在外磁场在外磁场H 作用下，各磁畴随着磁场增加作用下，各磁畴随着磁场增加向着外磁场方向转变，磁感应强向着外磁场方向转变，磁感应强度增加。当磁畴全部转向形成度增加。当磁畴全部转向形成一一个单磁畴体个单磁畴体时，磁感应强

12、度达到时，磁感应强度达到饱和饱和Bs，磁场减少到零时。有，磁场减少到零时。有剩余磁感应强度剩余磁感应强度Br，只有加一，只有加一矫顽力（磁场）才能消除之。矫顽力（磁场）才能消除之。7.1.8 7.1.8 磁滞曲线磁滞曲线 图图8.4 典型铁电体的磁滞曲线典型铁电体的磁滞曲线饱和磁化强度饱和磁化强度剩余磁化强度剩余磁化强度矫顽磁场矫顽磁场与电滞曲线有何异同？第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性11/15/202220材料科学与工程学院极化极化和和磁化磁化有哪些异同有哪些异同？第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性11/15/202221材料科学与工程学院第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性磁效应：磁效应

13、：物质的磁性和磁场会影响到物质其他物理性质的变化，同时，物质其他性质的变化也会引起物质磁性的变化，前者被称为磁效应，后者称为逆效应。如 磁力效应磁力效应 磁电效应磁电效应 磁热效应磁热效应 磁光效应磁光效应 等 利用磁效应制备的材料称之为特磁材料。7.1.9 7.1.9 几个磁效应几个磁效应11/15/202222材料科学与工程学院 铁磁性和亚铁磁性铁磁性和亚铁磁性材料磁化时，在磁化方材料磁化时，在磁化方向所发生的伸长或缩短向所发生的伸长或缩短现象称为磁致伸缩。现象称为磁致伸缩。1.1.磁滞伸缩磁滞伸缩2.2.法拉第效应法拉第效应 当一束线偏振电磁波通过当一束线偏振电磁波通过适当的纵向磁化介质

14、时，电磁适当的纵向磁化介质时，电磁波的偏振面将正向或反向偏转，波的偏振面将正向或反向偏转，偏转角偏转角正比于波束通过的介正比于波束通过的介质厚度质厚度d d和介质的磁化强度和介质的磁化强度M M，即即KMd应用于光通讯，如单向波导应用于光通讯，如单向波导导致什么变化？第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性磁磁-形变形变电磁波电磁波-磁磁7.1.9 几个磁性效应11/15/202223材料科学与工程学院磁滞伸缩应用例磁滞伸缩应用例第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性7.1.9 几个磁性效应磁致伸缩液位仪磁致伸缩液位仪 应用于各类储罐的液位应用于各类储罐的液位测量。该种液位仪具有精度测量。该种液位仪具有

15、精度高、环境适应性强、安装方高、环境适应性强、安装方便等特点。因此，广泛应用便等特点。因此，广泛应用于石油、化工等液位测量领于石油、化工等液位测量领域，并逐渐取代了其它传统域，并逐渐取代了其它传统的传感器，成为液位测量中的传感器，成为液位测量中的精品。的精品。11/15/202224材料科学与工程学院4.4.维拉尔效应维拉尔效应 强磁材料在力的作用强磁材料在力的作用下，其磁化率将发生变化。下，其磁化率将发生变化。这种力对强磁材料磁化性这种力对强磁材料磁化性能的影响叫做能的影响叫做维拉尔效应维拉尔效应。5.5.磁热效应磁热效应 在绝热条件下，铁磁材在绝热条件下，铁磁材料受到突然增加的磁场作用料受

16、到突然增加的磁场作用时，材料的温度升高，这种时，材料的温度升高，这种现象称为现象称为磁热效应磁热效应。3.3.克尔效应克尔效应 一束偏振光被抛光的磁极表面反射后，其偏振面发生一束偏振光被抛光的磁极表面反射后，其偏振面发生旋转，旋转角旋转，旋转角正比于材料的正比于材料的磁化强度磁化强度M，KRM KR常数。常数。可用于可用于磁畴观察及光储存技术。磁畴观察及光储存技术。第7章 磁性陶瓷7.1 材料的磁性7.1.9 几个磁性效应光光-磁磁力力-磁磁磁磁-热热11/15/202225材料科学与工程学院第第7 7章章 磁性陶瓷磁性陶瓷教学目的和要求教学目的和要求 7.1 7.1 材料的磁性材料的磁性7.

17、2 7.2 磁性陶瓷的结构类型磁性陶瓷的结构类型7.3 7.3 铁氧体材料铁氧体材料11/15/202226材料科学与工程学院第第7 7章章 磁性陶瓷磁性陶瓷教学目的和要求教学目的和要求 7.2.1 7.2.1 磁性陶瓷分类磁性陶瓷分类7.2.2 7.2.2 尖晶石型铁氧体尖晶石型铁氧体7.2.3 7.2.3 六方晶系铁氧体六方晶系铁氧体7.2.4 7.2.4 石榴石铁氧体石榴石铁氧体7.2.5 7.2.5 钙钛矿结构铁氧体钙钛矿结构铁氧体7.2 7.2 磁性陶瓷的结构类型磁性陶瓷的结构类型11/15/202227材料科学与工程学院7.2.1 7.2.1 磁性陶瓷分类磁性陶瓷分类 尖晶石型尖晶

18、石型MFeMFe2 2O O4 4按按晶体结构晶体结构分分 六方晶系六方晶系MFeMFe1212O O1919 (铁氧体)石榴石型石榴石型R R3 3FeFe5 5O O1212 单晶单晶按按结晶状态结晶状态分分 多晶多晶 软磁软磁 磁记忆磁记忆按按磁性性质磁性性质分分 半硬磁半硬磁（HC的大小）磁记录磁记录 硬磁硬磁 铁氧体是磁性陶瓷的主铁氧体是磁性陶瓷的主力军，其组成及晶体结构很力军，其组成及晶体结构很非常泛，故以此为主介绍。非常泛，故以此为主介绍。粉体按形态分 液体 块体 薄膜等 第7章 磁性陶瓷7.2 磁性陶瓷的结构类型11/15/202228材料科学与工程学院尖晶石：尖晶石：一种较复

19、杂的面心立方结构，每个立方晶胞一种较复杂的面心立方结构，每个立方晶胞中含有中含有8个个AB2O4的分子式，的分子式，A、B分别代表二、三价的分别代表二、三价的金属离子。金属离子。正尖晶石：正尖晶石：A位为正二价离子、位为正二价离子、B位为三价离子。位为三价离子。通式：通式：M2Fe23O4 M2 Zn、Cd反尖晶石：反尖晶石：A位为三价离子，位为三价离子，B位为二价三价离子。位为二价三价离子。通式：通式：Fe3M2Fe3O4 M2 Ni、Co、Fe、Mn、Cu 软磁铁氧体通常的结构软磁铁氧体通常的结构7.2.2 7.2.2 尖晶石型铁氧体尖晶石型铁氧体 第7章 磁性陶瓷7.2 磁性陶瓷的结构类

20、型11/15/202229材料科学与工程学院图图7.6 7.6 尖晶石结构尖晶石结构 四面体阳离子；四面体阳离子；八面体阳离子；八面体阳离子；氧离子氧离子 第7章 磁性陶瓷7.2 磁性陶瓷的结构类型7.2.2 尖晶石型铁氧体 11/15/202230材料科学与工程学院六方晶系：六方晶系：存在于存在于BaOMOFe2O3三元系统中。三元系统中。化学式：化学式：MO6Fe2O3，MBa、Sr、Pb。钡铁氧体最常见。钡铁氧体最常见。钡铁氧体：钡铁氧体：由立方尖晶石晶格的块由立方尖晶石晶格的块 S 和含和含Ba的六方密堆块的六方密堆块 R 组成，组成，相互交替排列。相互交替排列。化学式：化学式：S块块

21、Fe2O3，R块块BaFe6O11 7.2.3 7.2.3 六方晶系铁氧体六方晶系铁氧体 第7章 磁性陶瓷7.2 磁性陶瓷的结构类型11/15/202231材料科学与工程学院第7章 磁性陶瓷7.2 磁性陶瓷的结构类型7.2.3 六方晶系铁氧体 11/15/202232材料科学与工程学院7.2.4 7.2.4 石榴石铁氧体石榴石铁氧体 通式：通式：Mc3Fea2Fed3O12，M稀土离子或钇离子，稀土离子或钇离子，上标上标c、a、d表示该离子所占晶格位置的类型。每表示该离子所占晶格位置的类型。每个晶胞包括个晶胞包括8个化学式单元，共个化学式单元，共160个原子。个原子。石榴石铁氧体的净磁矩起因于

22、反平行自旋磁石榴石铁氧体的净磁矩起因于反平行自旋磁矩的贡献矩的贡献。磁矩还有来自自旋轨道的耦合磁矩还有来自自旋轨道的耦合。第7章 磁性陶瓷7.2 磁性陶瓷的结构类型11/15/202233材料科学与工程学院7.2.4 石榴石铁氧体 第7章 磁性陶瓷7.2 磁性陶瓷的结构类型11/15/202234材料科学与工程学院钙钛矿结构钙钛矿结构通式：通式：ABOABO3 3 （见第（见第6 6章相关）。章相关）。具有此结构的物质具有非常大的磁电阻效具有此结构的物质具有非常大的磁电阻效应，因此成为当今功能陶瓷的研究热点。应，因此成为当今功能陶瓷的研究热点。7.2.5 7.2.5 钙钛矿结构铁氧体（钙钛矿结

23、构铁氧体（*）第7章 磁性陶瓷7.2 磁性陶瓷的结构类型11/15/202235材料科学与工程学院第第7 7章章 磁性陶瓷磁性陶瓷教学目的和要求教学目的和要求 7.1 7.1 材料的磁性材料的磁性7.2 7.2 磁性陶瓷的类型磁性陶瓷的类型7.3 7.3 铁氧体材料铁氧体材料11/15/202236材料科学与工程学院铁氧体材料铁氧体材料 软磁软磁 磁记忆磁记忆按按HC大小分大小分 半硬磁半硬磁 磁记录磁记录 硬磁硬磁第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料11/15/202237材料科学与工程学院第第7 7章章 磁性陶瓷磁性陶瓷教学目的和要求教学目的和要求 7.3.1 7.3.1 软磁铁氧体软磁铁氧

24、体7.3.2 7.3.2 硬磁铁氧体硬磁铁氧体7.3.3 7.3.3 其它铁氧体其它铁氧体7.3 7.3 铁氧体材料铁氧体材料11/15/202238材料科学与工程学院铁氧体材料发展简况和磁性来源铁氧体材料发展简况和磁性来源 春秋战国时期：春秋战国时期：“磁石召铁磁石召铁”的记载，主要成分的记载，主要成分Fe3O4天然铁氧体天然铁氧体。2020世纪世纪3030年代：年代：开始研究铁氧体。开始研究铁氧体。2020世纪世纪4040年代：年代：软磁铁氧体商品问世。软磁铁氧体商品问世。2020世纪世纪5050年代：年代：铁氧体快速发展的时期。铁氧体快速发展的时期。19521952年：年：磁铅石型硬磁铁

25、氧体研制成功。磁铅石型硬磁铁氧体研制成功。19561956年：年：石榴石型铁氧体研制成功。石榴石型铁氧体研制成功。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料11/15/202239材料科学与工程学院7.3.1 7.3.1 软磁铁氧体软磁铁氧体 在较弱的磁场作用下，很容易被磁化在较弱的磁场作用下，很容易被磁化也容易退磁的一类铁氧体材料。也容易退磁的一类铁氧体材料。典型代表：锰锌铁氧体典型代表：锰锌铁氧体MnMnZnFeZnFe2 2O O4 4 镍锌铁氧体镍锌铁氧体NiNiZnFeZnFe2 2O O4 4 等等第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料11/15/202240材料科学与工程学院衡量软磁铁氧体性

26、能的几个重要指标衡量软磁铁氧体性能的几个重要指标指标指标1 1 磁导率磁导率；指标指标2 2 损耗因子损耗因子tantan（或（或品质因素品质因素Q Q）；）；指标指标3 3 工作频率范围工作频率范围；指标指标4 4 工作温度范围工作温度范围。还有居里点还有居里点TcTc、电阻率、电阻率等等1.1.软磁铁氧体材料的性能软磁铁氧体材料的性能 软磁铁氧体主要作为电感元件的磁芯应用于通讯、广播、电视等领域。用途广，品种多，数量大，产值高。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体11/15/202241材料科学与工程学院铁氧体磁铁1.软磁铁氧体的性能第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7

27、.3.1 软磁铁氧体11/15/202242材料科学与工程学院指标指标1 磁导率磁导率 对于磁芯来讲，对于磁芯来讲，要求大些好，因这样可减少满足要求大些好，因这样可减少满足同电感量的线圈体积。同电感量的线圈体积。可通过提高材料的饱和磁化强度可通过提高材料的饱和磁化强度Ms、降低材料的、降低材料的磁致伸缩常数和材料的各向异性等措施来提高。磁致伸缩常数和材料的各向异性等措施来提高。1.软磁铁氧体的性能第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体11/15/202243材料科学与工程学院（1 1）涡流损耗涡流损耗 由电磁感应引起的感应电流造成的损耗由电磁感应引起的感应电流造成的损耗。该损

28、耗。该损耗与材料的与材料的厚度厚度、i i和和使用频率使用频率成正比，与成正比，与电阻率电阻率成反成反比。因此可通过控制晶界组成、晶界形状、厚薄和数比。因此可通过控制晶界组成、晶界形状、厚薄和数量来提高电阻率，从而降低涡流损耗。为形成晶界电量来提高电阻率，从而降低涡流损耗。为形成晶界电阻层，通常可以添加阻层，通常可以添加CaCOCaCO3 3、TiOTiO2 2、SiOSiO2 2、B B2 2O O3 3、P P2 2O O5 5等。等。指标指标2 2 损耗因子损耗因子tan或品质因数或品质因数Q Q 磁性材料的损耗形式有多种，改善方式也因此而异。希望损耗小些、品质高些。1.软磁铁氧体的性能

29、第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体11/15/202244材料科学与工程学院（2 2）磁滞损耗磁滞损耗 由磁滞现象引起的功率损耗由磁滞现象引起的功率损耗。减少该项损耗关键。减少该项损耗关键是减小是减小HcHc，为此需使晶粒形状完整，大小均匀，边界，为此需使晶粒形状完整，大小均匀，边界层较厚，也可添加一定量的层较厚，也可添加一定量的CoCo2 2。（3 3）剩余损耗剩余损耗 除上述两项外的其他损耗。除上述两项外的其他损耗。主要由电子和离子主要由电子和离子扩散造成。为此需采用活性高、纯度高的原料，增扩散造成。为此需采用活性高、纯度高的原料，增加原料细度，避免过高的烧结温度等措

30、施。加原料细度，避免过高的烧结温度等措施。1.软磁铁氧体的性能第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体11/15/202245材料科学与工程学院如何减少涡流损耗？如何减少涡流损耗？1.软磁铁氧体的性能第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体如何减少磁滞损耗？如何减少磁滞损耗？如何减少剩余损耗？如何减少剩余损耗？11/15/202246材料科学与工程学院指标指标3 3 工作频率范围工作频率范围 工作频率增加，导致工作频率增加，导致和和Q Q都下降。都下降。对应对应和和Q Q迅速下降的频率称为迅速下降的频率称为应用频率极限应用频率极限；对应对应下降至一半时的频率为下

31、降至一半时的频率为截至频率。截至频率。指标指标4 4 工作温度范围工作温度范围 随工作温度而变化，导致磁芯工作不稳定。所以希随工作温度而变化，导致磁芯工作不稳定。所以希望望磁导率温度系数磁导率温度系数小。可用控制配方（提高含铁量、小。可用控制配方（提高含铁量、添加添加CoOCoO）、控制烧结工艺、减少内应力等来改善。）、控制烧结工艺、减少内应力等来改善。1.软磁铁氧体的性能第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体11/15/202247材料科学与工程学院几种常见的软磁铁氧体性能几种常见的软磁铁氧体性能P151 P151 表表7.27.21.软磁铁氧体的性能第7章 磁性陶瓷7.3

32、 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体11/15/202248材料科学与工程学院2.2.软磁铁氧体的制备过程软磁铁氧体的制备过程称量称量混合混合煅烧煅烧喷雾喷雾造粒造粒成型成型烧结烧结机械加工机械加工包装包装配料配料第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体1.煅烧的目的是什么？形成的是什么？2.喷雾造粒可形成多大的颗粒？11/15/202249材料科学与工程学院第7章 磁性陶瓷压力喷嘴铁氧体造粒铁氧体喷雾干燥调试现场 精密陶瓷专用喷雾造粒干燥机 11/15/202250材料科学与工程学院人工喷雾美化自然、降低温度、提高湿度人工喷雾美化自然、降低温度、提高湿度11/15/202251

33、材料科学与工程学院软磁软磁铁氧体的制备中的影响因素铁氧体的制备中的影响因素 P152-3组成组成烧结气氛烧结气氛晶粒大小和气孔晶粒大小和气孔冷却速率冷却速率第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体11/15/202252材料科学与工程学院第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体 要利用物质的铁磁性，就得在工艺上要充分保证并提要利用物质的铁磁性，就得在工艺上要充分保证并提高磁性能。几个重要基本特性取决于工艺情况：高磁性能。几个重要基本特性取决于工艺情况：（1 1）饱和磁化强度、饱和磁感应强度取决于物质本身成分）饱和磁化强度、饱和磁感应强度取决于物质本身成分和配比；

34、和配比；（2 2）在成分和配比确定的前提下，磁导率、矫顽力等随晶）在成分和配比确定的前提下，磁导率、矫顽力等随晶体组织结构而变化。体组织结构而变化。11/15/202253材料科学与工程学院第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体玻璃成分玻璃成分B2O3BaO+BaO,Fe2O3（Ba铁氧体成分）铁氧体成分）+CoO,TiO2（矫玩力调整）（矫玩力调整）熔融急冷凝固熔融急冷凝固Ba铁氧体薄片铁氧体薄片结晶化结晶化Ba铁氧体磁性粉铁氧体磁性粉11/15/202254材料科学与工程学院3.3.软磁铁氧体的应用软磁铁氧体的应用应用一：最简单的应用应用一：最简单的应用 做成做成变压器铁

35、芯变压器铁芯，根据电磁感应原理，初级线圈，根据电磁感应原理，初级线圈中施以电讯号，则次级线圈中有感生电压、感生电流中施以电讯号，则次级线圈中有感生电压、感生电流产生，从而获得电压升高、降低和稳压的作用。据此产生，从而获得电压升高、降低和稳压的作用。据此可制成各种变压器，如可制成各种变压器，如音频变压器、脉冲变压器、选音频变压器、脉冲变压器、选频倒相变压器频倒相变压器等。等。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体主要用于电磁能的转换。主要用于电磁能的转换。11/15/202255材料科学与工程学院变压器的结构变压器的结构变压器的磁路变压器的磁路单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢

36、片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁芯铁芯一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁芯铁芯11/15/202256材料科学与工程学院11/15/202257材料科学与工程学院应用二：应用二：作为作为电感元件电感元件，电感对于电流的变化具有阻抗作用，电感对于电流的变化具有阻抗作用，当交流电压加到具有铁芯的电感线圈上时，交流电压不当交流电压加到具有铁芯的电感线圈上时，交流电压不断变化，而电抗元件对电流的变化具有滞后性。在每一断变化，而电抗元件对电流的变化具有滞后性。在每一瞬间内把输人的功率变成电磁能储存起来，过一会儿又瞬间内把输人的功率变成电磁能储存起来，过一会儿又把它放出

37、来，变成输出功率。这类应用如把它放出来，变成输出功率。这类应用如电源滤波扼流电源滤波扼流器、谐振回路中的电感、日光灯镇流器器、谐振回路中的电感、日光灯镇流器等。等。应用三：应用三：磁记录元件的关键材料，如磁记录元件的关键材料，如天线磁芯、偏转磁芯以天线磁芯、偏转磁芯以及磁带录音磁头、多路通讯等的记录头的磁芯及磁带录音磁头、多路通讯等的记录头的磁芯等。等。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.1 软磁铁氧体3.应用11/15/202258材料科学与工程学院7.3.2 7.3.2 硬磁铁氧体硬磁铁氧体 又称永磁铁氧体或恒磁铁氧体，又称永磁铁氧体或恒磁铁氧体，是一种磁化后不易退磁，能长期保是一种

38、磁化后不易退磁，能长期保持磁性的铁氧体，一般作为持磁性的铁氧体，一般作为恒稳磁恒稳磁场源场源。有三大特征。有三大特征。特征特征剩余磁感应强度剩余磁感应强度Br较高。较高。Br是材料经外场磁化达饱和并除去外场后，在闭合磁路中所剩的磁感应强度，正是由于Br的存在，硬磁材料才能在没有外磁场时，对外保持一定的磁场。一般Br为0.30.5T左右。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料11/15/202259材料科学与工程学院特征特征矫顽力矫顽力Hc大大 矫顽力Hc即处于饱和磁化状态的磁性材料，将磁场单调减小至零并反向增加，使磁化强度沿饱和磁滞回线减小到零时的磁场强度。它表示材料抵抗退磁的能力。一般为0.10

39、.4T左右。特征特征 最大磁能积（最大磁能积（BH）max高高 磁能积是衡量硬磁材料的一项重要参数，它是指磁滞回线在第象限（退磁曲线）内磁感应强度B和磁场强度H的乘积，在单位体积中储存的磁能与BH乘积成正比。（BH）max越大，单位体积中储存的磁能越大，硬磁材料的性能也越好。一般在800040000Jm3左右。7.3.2 硬磁铁氧体第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料11/15/202260材料科学与工程学院已知硬磁铁氧体材料主要为磁铅石型已知硬磁铁氧体材料主要为磁铅石型通式：通式：M0.6F2O3 MPb、Ba、Sr7.3.2 硬磁铁氧体第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料11/15/20226

40、1材料科学与工程学院提高硬磁铁氧体的矫顽力的三条途径提高硬磁铁氧体的矫顽力的三条途径：磁畴的成核需要高磁场，如果成核场大于畴壁移动磁畴的成核需要高磁场，如果成核场大于畴壁移动的场，那么就需要一个反向场使磁化反转；的场，那么就需要一个反向场使磁化反转；形成一些势垒阻止畴壁运动，这些势垒只有高反向形成一些势垒阻止畴壁运动，这些势垒只有高反向场才能克服；场才能克服；材料中的畴不能形成（即极细的晶粒）。材料中的畴不能形成（即极细的晶粒）。研究表明，当铁氧体的晶粒直径从10m减至1m时，其矫顽力从7957.75Am（100Oe）增至159155Am（2000Oe）。7.3.2 硬磁铁氧体第7章 磁性陶瓷

41、7.3 铁氧体材料11/15/202262材料科学与工程学院硬磁铁氧体的主要用途硬磁铁氧体的主要用途：如钡铁氧体、钢铁氧体等。它主要用于电信器件中的录音器，拾音器、扬声器，各种仪表的磁芯等。7.3.2 硬磁铁氧体第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料11/15/202263材料科学与工程学院7.3.3 7.3.3 其他铁氧体其他铁氧体 1.磁记录材料磁记录材料 主要用于磁带录音机、磁带录像机、电子计算机、主要用于磁带录音机、磁带录像机、电子计算机、磁带存储器、磁印刷、磁全息和磁记录复制用的磁性材磁带存储器、磁印刷、磁全息和磁记录复制用的磁性材料。属料。属软磁铁氧体软磁铁氧体。磁头材料要求有较高的起

42、始磁化率。磁头材料要求有较高的起始磁化率ii和和Bs(Bs(保证高灵敏度保证高灵敏度)；较低的磁强度；较低的磁强度(减少噪声和损减少噪声和损耗耗)；较高的耐磨性、抗剥离性；较高的耐磨性、抗剥离性(寿命长、耐机械加工寿命长、耐机械加工)。可以选用热压烧结和控制显微结构来制备各种记录磁头可以选用热压烧结和控制显微结构来制备各种记录磁头材料。材料。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料11/15/202264材料科学与工程学院2.2.微波铁氧体微波铁氧体 又称旋磁铁氧体。在高频磁场的作用下，平面偏振的又称旋磁铁氧体。在高频磁场的作用下，平面偏振的电磁波在这种铁氧体中按一定方向传播时，偏振面会不断电磁波在

43、这种铁氧体中按一定方向传播时，偏振面会不断绕传播方向旋转。绕传播方向旋转。常用常用的微波旋磁铁氧体有的微波旋磁铁氧体有尖晶石型尖晶石型和和石榴石型石榴石型两大类，两大类，前者价格便宜，后者性能优良，此外在毫米波段也可使用前者价格便宜，后者性能优良，此外在毫米波段也可使用六方晶系铁氧体。六方晶系铁氧体。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.3 其他铁氧体11/15/202265材料科学与工程学院 尖晶石铁氧体尖晶石铁氧体主要有主要有MgMg、NiNi、LiLi等铁氧体，通常加等铁氧体，通常加入入AlAl、CrCr以控制饱和磁化强度以控制饱和磁化强度M M；加；加MnMn、CoCo以增大电阻以

44、增大电阻率，加率，加CuCu、BiBi作助熔剂以增加密度。作助熔剂以增加密度。LiLi铁氧体具有高居铁氧体具有高居里温度，低磁致伸缩系数，较大的磁各向异性，窄的铁里温度，低磁致伸缩系数，较大的磁各向异性，窄的铁磁共振线宽以及良好的矩形磁滞回线，价格比石榴石铁磁共振线宽以及良好的矩形磁滞回线，价格比石榴石铁氧体便宜，是制造高功率、低温度系数锁式器件的优良氧体便宜，是制造高功率、低温度系数锁式器件的优良材料。材料。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.3 其他铁氧体2.微波铁氧体11/15/202266材料科学与工程学院 石榴石型磁铁氧体石榴石型磁铁氧体目前已可满足微波频段大部分器目前已可满足

45、微波频段大部分器件的需要。其中钇铁石榴石铁氧体（件的需要。其中钇铁石榴石铁氧体（YIG）在微波）在微波3cm波波段作为低功率器件的磁性材料，性能十分优异。为了适段作为低功率器件的磁性材料，性能十分优异。为了适应各频段器件的需要，常以多种离子，如应各频段器件的需要，常以多种离子，如In、Sn、Gd钆钆(g)，Ge、Zr、Ti、Al、Ca、V离子置换离子置换Fe、Y等离子，等离子，以改变饱和磁化强度值，提高温度稳定性。以改变饱和磁化强度值，提高温度稳定性。常用的石榴石铁氧体有：常用的石榴石铁氧体有：YAl石榴石系、石榴石系、YCaV石榴石系、石榴石系、YGd石榴石系等。石榴石系等。第7章 磁性陶瓷

46、7.3 铁氧体材料7.3.3 其他铁氧体2.微波铁氧体11/15/202267材料科学与工程学院3.3.矩矩磁铁氧体磁铁氧体 具有矩形磁滞回线，且矫顽力较小。在电子计算机、具有矩形磁滞回线，且矫顽力较小。在电子计算机、自动控制和远程控制等尖端科学技术中，用作记忆、开关自动控制和远程控制等尖端科学技术中，用作记忆、开关元件和逻辑元件、磁放大器、磁光存储器及磁声存储器元件和逻辑元件、磁放大器、磁光存储器及磁声存储器磁磁芯芯等。一般密度高、晶粒均匀、结晶各向异性。等。一般密度高、晶粒均匀、结晶各向异性。较大的尖晶石型铁氧体都可制成磁特性好的矩磁材料。较大的尖晶石型铁氧体都可制成磁特性好的矩磁材料。常

47、温下的有常温下的有MnMnMgMg系、系、MnMnZnZn系、系、CuCuMnMn系、系、CdCd（镉（镉gg）MnMn系等；系等；第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.3 其他铁氧体11/15/202268材料科学与工程学院4.4.磁泡材料磁泡材料 一种新型磁存储材料。磁泡一种新型磁存储材料。磁泡铁氧铁氧体中的圆形磁畴。可在一些薄膜磁性材体中的圆形磁畴。可在一些薄膜磁性材料中产生。直径料中产生。直径1 1100m100m。这些畴从。这些畴从垂直于膜面的方向上看上去就像是气泡，垂直于膜面的方向上看上去就像是气泡，因此称之磁泡。因此称之磁泡。直径几微米的磁泡，可用于高密度直径几微米的磁泡，可

48、用于高密度信息记录，且希望用于计算机的高速存信息记录，且希望用于计算机的高速存储器。储器。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.3 其他铁氧体无磁场作用无磁场作用磁场作用磁场作用11/15/202269材料科学与工程学院 材料有钙钛矿型的稀土正铁氧体单晶材料有钙钛矿型的稀土正铁氧体单晶HoHo（钬）（钬）FeOFeO3 3、ErEr（铒）（铒）FeOFeO3 3、TmTm（铥）（铥）FeOFeO3 3、YbYb（镱）（镱）FeOFeO3 3等。后来等。后来的有石榴石型铁氧体和非晶态磁泡材料（如的有石榴石型铁氧体和非晶态磁泡材料（如GdGdCoCo、GdGdFeFe等膜），其中石榴石型铁氧体

49、的泡径小，迁移率高，等膜），其中石榴石型铁氧体的泡径小，迁移率高，已实用。已实用。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.3 其他铁氧体4.磁泡材料11/15/202270材料科学与工程学院5.5.磁光材料磁光材料 主要用于制作大型电子计算机的外存储器主要用于制作大型电子计算机的外存储器磁光存储磁光存储器。这种存储器具有很高的存储密度（器。这种存储器具有很高的存储密度（107位位cm2），比），比一般的磁鼓、磁盘存储器要高一般的磁鼓、磁盘存储器要高102103倍。倍。磁光材料要求具有较好的透光性、一定的磁化强度和磁光材料要求具有较好的透光性、一定的磁化强度和矫顽力、以及合适的转变温度等。除了

50、研究较多的晶态和矫顽力、以及合适的转变温度等。除了研究较多的晶态和非晶态合金薄膜外，铁氧体方面有钇铁石榴石铁氧体单晶、非晶态合金薄膜外，铁氧体方面有钇铁石榴石铁氧体单晶、钇铁石榴石铁氧体薄膜、稀土铕的氧化物钇铁石榴石铁氧体薄膜、稀土铕的氧化物EuO及及Eu的硫属的硫属化合物（化合物（EuX，XO、S、Se、Te）等。）等。第7章 磁性陶瓷7.3 铁氧体材料7.3.3 其他铁氧体11/15/202271材料科学与工程学院6.6.压磁铁氧体压磁铁氧体 以磁致伸缩效应为原理的铁氧体。主要应用于超以磁致伸缩效应为原理的铁氧体。主要应用于超声器件、水声器件、机械滤波器、混频器、压力传感声器件、水声器件、