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当前磁性材料的发展与展望

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时间:2008-8-21 9:12:11 


在现代科技社会中,磁性材料已成为必不可少的功能性基础材料。其应用之广泛几乎无处不在,其涉及领域有航空、航天、核技术、汽车、电子、信息、通讯、动力、机械、照明、家用电器、矿山机械、工业技术等。其在国民经济中的地位不言而喻。
    早在20世纪80年代就有以一个家庭拥有的电机数来衡量一个国家的技术发展程度的说法,据统计当时美国为26台,日本为14台,每台电机内都含有永磁体。近年又有以人均磁性材料消耗值来衡量一个国家人民生活水平的新说法,据统计2003年发达国家人均磁性材料消耗值约为USD4.772,我国则为USD1.023,约为发达国家的21.5%
    如今一个家庭所拥有的磁性材料可以在电视机、电脑、音响、DVD机、空调机、洗衣机、手机、汽车、玩具、灯具、家具等等上找到,粗略地估算一下,少则一二千克多则几公斤甚至十几千克。
   
磁性材料的分类
    磁性材料可以分为金属磁性材料与非金属磁性材料两大类,它们又各有多晶态、单晶态、非晶态、薄膜等多种状态。一般按其磁特性和应用来分类,现代技术对磁性材料的分类列于下表:

分类

定义

 

性状、特点

用途

永磁

磁体被磁化后,去除磁化磁场,仍保持较强剩磁的磁性材料,其矫顽力Hc较高。

AlNiCo系永磁合金

性状:金属析出(沉淀)硬
化型、柱状晶系。
特点:Br高、居里温度
θf高、热定性好。
缺点:Hc较低、加工较困难

仪器、仪表、电真空器件以及航天、航空器材

 

分类

定义

 

性状、特点

用途

永磁

容易被磁化也容易被退磁的磁性材料,其矫顽力Hc极低,磁导率高。

永磁铁氧体
BaO
·6Fe2O3
SrO
·6Fe2O3

性状:金属氧化物、磁铅石结
构、六角晶系。
特点:原材料丰富、价格低廉、
化学稳定性好、电阻率
高、比重小、性能稳定、
Hc
适中。
特点:Br低、αBr较大

烧结磁体:扬声器等电声器材、永磁电机、选矿机、电真空器件等。
粘结磁体:冰箱门封条、永磁电机、彩色显像管色纯度静会聚组件等

稀土永磁:
RCo5
R2Co17

NdFeB

性状:金属间化合物
CaZn5
型六方晶体;
Th2Ni17
型六方晶体与
Th2Zn17
型菱方晶系;
四方对称结构。
特点:高Br、以Hc高。
BHmax
缺点:价格较贵、结构稳定性
较差

仪器、仪表、航天、航空等领域。

直流电机、音响器材、核磁共振成像仪、通信器材以及家用电器等诸多领域

CrFeCo
FeCoVCr
永磁合金

性状:时效硬化型柱状晶。
特点:Br高、塑性好、可加工
性好可以轧片、冲压、
拉丝等。
缺点:工艺复杂、生产重复性差

音叉表、陀螺仪等特殊要求之处

PtCo永磁合金

性状:有序硬化型、面心立方。
特点:Hc(BH)max高,可加
工、稳定性、抗蚀性好。
缺点:价格昂贵,现在已很少
使用

磁性弹簧、小型
仪表元件、小型
磁力马达等形状
复杂、耐腐蚀处

粘结永磁体;
永磁铁氧体粘结磁体;
稀土永磁粘结磁体

性状:塑性粘结永磁体属复合
材料,磁粉均匀分布在
塑性基体中。
特点:制造成本合理,易成形
且机械性能良好,工艺
简单、制品尺寸精度高、
可制成挠性磁体。
缺点:性能远低于同类烧结磁体

永磁电机、电冰箱门封条、彩色显像管色纯度静会聚组合件、汽车电器及其它家用电器等领域

 

分类

定义

 

性状、特点

用途

软磁

 

软磁铁氧体
Mn
Zn
Ni
Zn
Mg
Zn

性状:金属氧化物,尖晶石结
构,立方晶系。
特点:电阻率高、涡流损耗小、
适宜高频使用、价格低
廉、比重小、品种规格
多、应用面广。
缺点:μiBs较低,承受功率
受一定限制,不适宜高
功率器件,由于压制成
形,大形器件也受限制

磁性天线、各类高频电感器、扼流圈、各类电子变压器、干扰抑制、磁屏蔽、磁偏转等

磁介质
羰基铁;
铝硅铁;
铍莫合金粉;
Fe
NiMo粉;
Fe
Ni

性状:软磁粉末与有机粘结剂
混合压制粘结而成
特点:高频性能好,与铁氧体
相比Bs高,承受动率
高,温度稳定性好,工
艺简单

滤波器、扼流圈、贮能线圈、电感等

电工纯铁

性状:金属、热思、热锻或冷拉
特点:具有高μm、高Bs,适
合直流场合使用

电磁铁、继电器、测量仪表中的导磁零部件

硅钢

性状:合金,结构有热轨无取
向、冷轧无取向、冷轧
单向、冷轧双取向。
特点:比纯铁磁滞损耗低、电
阻率也较高,适宜工频
使用,价廉。
缺点:4πMs与居里温度较纯
铁低,不适宜很强恒定
磁场下工作,此延伸率
与冲击韧性较差,可加
工性差

电机、工频电源变压器、音频变压器、低频脉冲变压器等

FeNi(铍莫合金)
合金

性状:单相固液体、面心立方。
特点:在弱场和中等磁场下具
有较高的磁导率和较低
的矫顽力,有较好的耐
腐蚀性、可加工性较好。
缺点:应力与热处理对性能影
响较大并造成性能不稳
定。由于贵金属Ni含量
高,因此价格也高。

继电器、扼流圈、磁头、屏蔽体、中小功率变压器、互感器、音频变压器及精密仪器仪表等

 

分类

定义

 

性状、特点

用途

软磁

 

FeAl合金

性状:单相固溶体、面心立方。
特点:电阻率高、高硬度、高
耐腐蚀性,对应力不太
敏感、成本低、高μm
Bs
缺点:材质较硬,加工困难。

磁屏蔽、小功率变压器、继电器、微电机、磁头、电感元件、音频变压器及脉冲变压器等。

FeCo合金

性状:单相固溶体、面心立方。
特点:具有较高的Bs、μm
居里温度。

磁透镜、特种电机、继电器、电磁铁、电话耳机等。特别适用于航天、航空及核动力系统

非晶态软磁合金
Fe
-基
Co
-基
Fe
Ni-基

性状:原子排列长程无序。
特点:高μ、低Hc、高强度、
高硬度、高耐腐蚀性、
高电阻率、低损耗等。
缺点:材质硬、脆加工困难,
居里温度相对晶态合金
较低,热稳定性较差。

电力变玉器、电感元件、磁屏蔽、磁传感器、磁记录、高梯度磁分离等。

纳米晶软磁合金
Finemet

性状:单相固液体和非晶界面
相组成,晶粒尺寸小
1020nm)、无织构。
特点:高Bs、高μ、高频低损
耗、居里温度高、稳定
性好、生产工艺相对简
单、成本低。
缺点:价格相对软磁铁氧体较高。

电流互感器、高频大功率电源变压器、高频开关电源、磁放大器、扼流圈、滤波器、贮能电感、漏电保护开关等。

微波

用于微波频段的磁性材料

铁氧体旋磁材料:
尖晶石型多晶体:
Mg
Mn

Ni-系

Li-系

性状:立方晶系

特点:适用各频段低、中功率

适用各频段中,高功率

      适用各频段中、高功率

法接第微波旋转器、结环行器、隔离器、差相移式环行器、差相移式环行器、铁氧体相移器、铁氧体开关等

 

分类

定义

 

性状、特点

用途

微波

用于微波频段的磁性材料

磁铅石型多晶体:
M
-型

W-型

性状:六角晶系
特点:适用亚毫米波段和毫米
波段
适用亚毫米波段和毫米
波段

法接第微波旋转器、结环行器、隔离器、差相移式环行器、差相移式环行器、铁氧体相移器、铁氧体开关等

石榴石型多晶体:
Y
稀土系
非稀土系

性状:立方晶系
特点:适用低、中频、高功率、
高温度稳定性
适用低微波频段



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