磁性材料及其应用

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1、磁性材料及其应用从很早很早以前，人类就开始使用磁性材料了。关于磁性材料的最早记载见于春秋战国时期，“山上有赭者，其下有铁，山上有铅者，其下有银。一曰上有铅者，其下有鉒银，上有丹沙者，其下有鉒金，上有慈石者，其下有铜金，此山之见荣者也。”（《管子·地数篇》）“西流注于泑泽，期中多慈石。”（《山海经·北山经》）“若慈石之取针。”（《鬼谷子》）“慈石召铁，或引之也。”（《吕氏春秋·精通》）由此可见，春秋战国时期的人就已经发现天然磁石的吸铁性和指南性了。北宋曾公亮与丁度编撰的《武经总要》中记载着制作指南针的方法，“若遇天景噎（阴暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向……出指南车或

2、指南鱼，以辨所向……鱼法，用薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也。”现代人类将磁性材料按用途分为永磁材料、软磁材料、磁记录材料以及具有特殊功能的磁性材料。一、永磁材料常见的永磁材料有铝镍钴合金、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。铝镍钴合金是由铝镍铁合金发展来的，目前我国能制造的铝镍钴合金的型号主要有LNG34,LNG52,LNGJ32,LNGJ56等。由于铝镍钴的主要特点是高Br（剩余磁感应强度）、低矫顽力的永磁材料，其相对磁

3、导率在3以上，所以在具体应用时，其磁极须做成长柱体或长棒体，以尽量减少退磁场作用。铝镍钴磁体本身矫顽力低，所以在使用过程中应严格禁止任何铁器接触铝镍钴永磁材料，以避免造成永磁体局部退磁而使磁路中磁通分布发生畸变。铝镍钴磁体的优点是温度系数小，而且因温度变化而发生的永磁特性的退化也较小，但该材料硬而脆，加工困难。铝镍钴的主要应用在电子点火系统、电度表、伏安表、医疗仪器、工业电机、磁力簧片开关、发电机、手动工具、自动售货机等领域。铁氧体永磁材料是目前应用非常广泛的永磁材料之一，其主要成分是MoFe2O3。具有矫顽力大，重量轻，原材料来源丰富，价格便宜，耐氧化，耐腐蚀，

4、磁晶体的各向异性常数大，退磁曲线近似为直线等优点。而缺点是剩磁较低，温度系数大，易碎。铁氧体永磁材料的矫顽力介于铝镍钴合金材料和稀土钴永磁材料之间。由于其剩磁较低，故一般适合设计成扁平形状。由于成本低廉，铁氧体磁材有广阔的应用领域，从电机、扬声器到玩具、工艺品，因而是目前应用最广的永磁材料。稀土永磁材料具有矫顽力高;最大磁能积大;可逆磁导率等于一的优点。因此其磁性能远超过铁氧体和铝镍钴等其他磁性材料。稀土永磁材料的出现，使得重量轻、体积小的永磁同步电机相继问世，从而扩大了永磁同步电机的应用范围。稀土钴永磁材料性能优异，但价格较高，因此在设计时必须精打细算，力求用最

5、小的体积达到预期的效果。由于稀土钴永磁材料的矫顽力很大，可作成薄片永磁材料，以减少体积，节省材料。常用的稀土永磁材料有SmPrCo、SmCoPeCo、SmPrNdCo、CeCoCuFe、Sm2Co17等。二、软磁材料软磁材料按成分可分为九类，下面依次介绍其特点。(1)纯铁和低碳钢。含碳量低于0.04％，包括电磁纯铁、电解铁和羰基铁。其特点是饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好；但其电阻率低、在交变磁场下涡流损耗大，只适于静态下使用，如制造电磁铁芯、极靴、继电器和扬声器磁导体、磁屏蔽罩等。(2)铁硅系合金。含硅量0.5％～4.8％，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。在纯

6、铁中加入硅后，可消除磁性材料的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅含量增加，热导率降低，脆性增加，饱和磁化强度下降，但其电阻率和磁导率高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。(3)铁铝系合金。含铝6％～16％，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于制造小型变压器、磁放大器、继电器等的铁芯和磁头、超声换能器等。(4)铁硅铝系合金。在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和磁感应强度、磁导率和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音频和视频磁头。(5)镍铁系

7、合金。镍含量30％～90％，又称坡莫合金，通过合金化元素配比和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。其塑性高，对应力较敏感，可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料。(6)铁钴系合金。钴含量27％～50％。具有较高的饱和磁化强度，电阻率低。适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。(7)软磁铁氧体。非金属亚铁磁性软磁材料。电阻率高（10-2～1010Ω·m），饱和磁化强度比金属低，价格低廉，广泛用作电感元件和变压器元件（见铁氧体）。(8)非晶态软磁合金。一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称非晶金属。其磁导率和电阻率高，矫顽

8、力小，对应