《磁性陶瓷》PPT课件

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特种陶瓷材料北方民族大学陆有军第7章磁性陶瓷 第7章磁性陶瓷应掌握的内容：1、材料的磁性2、磁性材料的类型及主要应用3、铁氧体材料类型及其主要制备方法★教学目的和要求9/16/20212材料科学与工程学院 应了解的内容：1、几个磁性效应2、磁性材料的应用第7章磁性陶瓷★教学目的和要求9/16/20213材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷★教学目的和要求重点1.材料的磁性特征2.铁氧体材料及其制备过程9/16/20214材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷★教学目的和要求本章内容7.1材料的磁性7.2磁性陶瓷的结构类型7.3铁氧体材料9/16/20215材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷★教学目的和要求7.1材料的磁性7.2磁性陶瓷的结构类型7.3铁氧体材料本章内容9/16/20216材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷本节内容7.1.1物质的宏观磁性7.1.2抗磁性7.1.3顺磁性7.1.4铁磁性7.1.5反铁磁性7.1.6亚铁磁性7.1.7磁畴7.1.8磁滞回线7.1.9几个磁性效应7.1材料的磁性9/16/20217材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷7.1.1物质的宏观磁性B＝μ0H＋μ0M＝μ′Hμ0—真空磁导率；H—磁场强度μ′—材料的有效磁导率；M—磁化强度χ＝M/H任何材料在磁场中都会或大或小地显示出磁性，即被磁化。此时材料的总磁通密度为物质可根据χ的不同分为顺磁、抗磁及铁磁三大类.χ—磁化率，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9/16/20218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。自发磁化无外磁场时，本身具有的磁矩会自发定向排列的现象。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9/16/20219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，具有该性质的材料称为抗磁材料,χ＜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抗磁性第7章磁性陶瓷7.1材料的磁性9/16/202110材料科学与工程学院 抗磁悬浮因抗磁性产生磁浮的热解碳(pyrolyticcarbon)。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9/16/202111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的作用。抗磁悬浮视频超导磁悬浮9/16/202112材料科学与工程学院 “抗磁性”一词早在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，MichaelFaraday（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。MichaelFaraday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9/16/202113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χ＞0，材料内部总的感通密度大于外磁场的磁通密度，这种性质被称为顺磁性，具有这种性质的材料称为顺磁材料。如含有过度金属或稀土离子的材料。7.1.3顺磁性第7章磁性陶瓷7.1材料的磁性9/16/202114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。顺磁性物质在强磁场中的顺磁性：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9/16/202115材料科学与工程学院 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9/16/202116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向排列。在外场撤去后仍有很强度磁性。这种现象称为铁磁性，具有这种性能的材料称为铁磁体。如磁铁矿FeO•Fe2O37.1.4铁磁性在较弱的磁场下，能产生很大的磁化强度。χ＞＞0μ＞＞1M＞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9/16/202117材料科学与工程学院 材料具有自发磁化磁矩，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，无磁化现象发生。这种现象称为反铁磁性，具有这种性能的材料称为反铁磁体。如非金属氧化物MnO，Cr2O3，α-Fe2O3等过渡元素的化合物.χ＝0μ＝1M＝07.1.5反铁磁性第7章磁性陶瓷7.1材料的磁性9/16/202118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。故称亚铁磁性也称铁氧体磁性，具有这种特性的物质称为亚铁磁性物质或铁氧体磁性材料。往往称之铁氧体。7.1.6亚铁磁性第7章磁性陶瓷7.1材料的磁性9/16/202119材料科学与工程学院 几种磁性物质的M－H关系材料磁化铁磁性χ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χ较小顺磁性χ较小，在磁场中受弱吸力反铁磁性χ很小（可忽略），高于某温度可变为顺磁体抗磁性χ很小且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9/16/202120材料科学与工程学院 磁畴：自发磁化的磁矩按相同方向排列的微小区域（magneticdomains），亦称韦斯畴。畴壁：磁畴之间的边界区域——方向不一致磁畴之间的渐变区（约厚100nm）。7.1.7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第7章磁性陶瓷7.1材料的磁性9/16/202121材料科学与工程学院 铁磁体或亚铁磁体在外磁场H作用下，各磁畴随着磁场增加向着外磁场方向转变，磁感应强度增加。当磁畴全部转向形成一个单磁畴体时，磁感应强度达到饱和Bs，磁场减少到零时。有剩余磁感应强度Br，只有加一矫顽力（磁场）才能消除之。7.1.8磁滞曲线图8.4典型铁电体的磁滞曲线饱和磁化强度剩余磁化强度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9/16/202122材料科学与工程学院 极化和磁化有哪些异同？第7章磁性陶瓷7.1材料的磁性9/16/202123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：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。如磁力效应磁电效应磁热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几个磁效应9/16/202124材料科学与工程学院 铁磁性和亚铁磁性材料磁化时，在磁化方向所发生的伸长或缩短现象称为磁致伸缩。1.磁滞伸缩2.法拉第效应当一束线偏振电磁波通过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，偏转角α正比于波束通过的介质厚度d和介质的磁化强度M，即α＝KMd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-形变电磁波-磁7.1.9几个磁性效应9/16/202125材料科学与工程学院 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应用于各类储罐的液位测量。该种液位仪具有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。因此，广泛应用于石油、化工等液位测量领域，并逐渐取代了其它传统的传感器，成为液位测量中的精品。9/16/202126材料科学与工程学院 4.维拉尔效应强磁材料在力的作用下，其磁化率将发生变化。这种力对强磁材料磁化性能的影响叫做维拉尔效应。5.磁热效应在绝热条件下，铁磁材料受到突然增加的磁场作用时，材料的温度升高，这种现象称为磁热效应。3.克尔效应一束偏振光被抛光的磁极表面反射后，其偏振面发生旋转，旋转角α正比于材料的磁化强度M，α＝KRMKR—常数。可用于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-磁力-磁磁-热9/16/202127材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷★教学目的和要求7.1材料的磁性7.2磁性陶瓷的结构类型7.3铁氧体材料本章内容9/16/202128材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷★教学目的和要求本节内容7.2.1磁性陶瓷分类7.2.2尖晶石型铁氧体7.2.3六方晶系铁氧体7.2.4石榴石铁氧体7.2.5钙钛矿结构铁氧体＋7.2磁性陶瓷的结构类型9/16/202129材料科学与工程学院 7.2.1磁性陶瓷分类尖晶石型MFe2O4按晶体结构分六方晶系MFe12O19(铁氧体)石榴石型R3Fe5O12单晶按结晶状态分多晶软磁磁记忆按磁性性质分半硬磁（HC的大小）磁记录硬磁铁氧体是磁性陶瓷的主力军，其组成及晶体结构很非常泛，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9/16/202130材料科学与工程学院 尖晶石：一种较复杂的面心立方结构，每个立方晶胞中含有8个AB2O4的分子式，A、B分别代表二、三价的金属离子。正尖晶石：A位为正二价离子、B位为三价离子。通式：M2＋［Fe23＋］O4M2＋—Zn、Cd反尖晶石：A位为三价离子，B位为二价＋三价离子。通式：Fe3＋［M2＋Fe3＋］O4M2＋—Ni、Co、Fe、Mn、Cu软磁铁氧体通常的结构7.2.2尖晶石型铁氧体第7章磁性陶瓷7.2磁性陶瓷的结构类型9/16/202131材料科学与工程学院 图7.6尖晶石结构●四面体阳离子；○八面体阳离子；○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9/16/202132材料科学与工程学院 六方晶系：存在于BaO－MO－Fe2O3三元系统中。化学式：MO·6Fe2O3，M—Ba、Sr、Pb。钡铁氧体最常见。钡铁氧体：由立方尖晶石晶格的块S和含Ba的六方密堆块R组成，相互交替排列。化学式：S块—Fe2O3，R块—BaFe6O117.2.3六方晶系铁氧体第7章磁性陶瓷7.2磁性陶瓷的结构类型9/16/202133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9/16/202134材料科学与工程学院 7.2.4石榴石铁氧体通式：Mc3Fea2Fed3O12，M—稀土离子或钇离子，上标c、a、d表示该离子所占晶格位置的类型。每个晶胞包括8个化学式单元，共160个原子。石榴石铁氧体的净磁矩起因于反平行自旋磁矩的贡献。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9/16/202135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9/16/202136材料科学与工程学院 钙钛矿结构通式：ABO3（见第6章相关）。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。7.2.5钙钛矿结构铁氧体（*）第7章磁性陶瓷7.2磁性陶瓷的结构类型9/16/202137材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷★教学目的和要求7.1材料的磁性7.2磁性陶瓷的类型7.3铁氧体材料本章内容9/16/202138材料科学与工程学院 铁氧体材料软磁磁记忆按HC大小分半硬磁磁记录硬磁第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料9/16/202139材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷★教学目的和要求本节内容7.3.1软磁铁氧体7.3.2硬磁铁氧体7.3.3其它铁氧体7.3铁氧体材料9/16/202140材料科学与工程学院 铁氧体材料发展简况和磁性来源春秋战国时期：“磁石召铁”的记载，主要成分Fe3O4——天然铁氧体。20世纪30年代：开始研究铁氧体。20世纪40年代：软磁铁氧体商品问世。20世纪50年代：铁氧体快速发展的时期。1952年：磁铅石型硬磁铁氧体研制成功。1956年：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9/16/202141材料科学与工程学院 7.3.1软磁铁氧体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。典型代表：锰锌铁氧体Mn－ZnFe2O4镍锌铁氧体Ni－ZnFe2O4等第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料9/16/202142材料科学与工程学院 衡量软磁铁氧体性能的几个重要指标指标1—磁导率μ；指标2—损耗因子tanδ（或品质因素Q）；指标3—工作频率范围；指标4—工作温度范围。还有居里点Tc、电阻率ρ等1.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9/16/202143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7.3.1软磁铁氧体9/16/202144材料科学与工程学院 指标1磁导率μ对于磁芯来讲，μ要求大些好，因这样可减少满足同电感量的线圈体积。可通过提高材料的饱和磁化强度Ms、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。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9/16/202145材料科学与工程学院 （1）涡流损耗由电磁感应引起的感应电流造成的损耗。该损耗与材料的厚度、μi和使用频率成正比，与电阻率成反比。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。为形成晶界电阻层，通常可以添加CaCO3、TiO2、SiO2、B2O3、P2O5等。指标2损耗因子tanδ或品质因数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.软磁铁氧体的性能第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料7.3.1软磁铁氧体9/16/202146材料科学与工程学院 （2）磁滞损耗由磁滞现象引起的功率损耗。减少该项损耗关键是减小Hc，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Co2＋。（3）剩余损耗除上述两项外的其他损耗。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9/16/202147材料科学与工程学院 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？如何减少剩余损耗？9/16/202148材料科学与工程学院 指标3工作频率范围工作频率增加，导致μ和Q都下降。对应μ和Q迅速下降的频率称为应用频率极限；对应μ下降至一半时的频率为截至频率。指标4工作温度范围μ随工作温度而变化，导致磁芯工作不稳定。所以希望磁导率温度系数αμ小。可用控制配方（提高含铁量、添加CoO）、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9/16/202149材料科学与工程学院 几种常见的软磁铁氧体性能P151表7.21.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9/16/202150材料科学与工程学院 2.软磁铁氧体的制备过程称量混合煅烧喷雾造粒成型烧结机械加工包装配料第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料7.3.1软磁铁氧体煅烧的目的是什么？形成的是什么？喷雾造粒可形成多大的颗粒？9/16/202151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9/16/202152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9/16/202153材料科学与工程学院 软磁铁氧体的制备中的影响因素P152-3组成烧结气氛晶粒大小和气孔冷却速率第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料7.3.1软磁铁氧体9/16/202154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高磁性能。几个重要基本特性取决于工艺情况：（1）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；（2）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。9/16/202155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B2O3BaO+BaO,Fe2O3（Ba铁氧体成分）+CoO,TiO2（矫玩力调整）熔融急冷凝固Ba铁氧体薄片结晶化Ba铁氧体磁性粉9/16/202156材料科学与工程学院 3.软磁铁氧体的应用应用一：最简单的应用做成变压器铁芯，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，如音频变压器、脉冲变压器、选频倒相变压器等。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。9/16/202157材料科学与工程学院 变压器的结构变压器的磁路单相变压器+–+–由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁芯一次绕组N1二次绕组N2铁芯9/16/202158材料科学与工程学院 9/16/202159材料科学与工程学院 应用二：作为电感元件，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，过一会儿又把它放出来，变成输出功率。这类应用如电源滤波扼流器、谐振回路中的电感、日光灯镇流器等。应用三：磁记录元件的关键材料，如天线磁芯、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9/16/202160材料科学与工程学院 7.3.2硬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，能长期保持磁性的铁氧体，一般作为恒稳磁场源。有三大特征。特征①—剩余磁感应强度Br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0.3～0.5T左右。第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料9/16/202161材料科学与工程学院 特征②—矫顽力Hc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0.1～0.4T左右。特征③—最大磁能积（BH）max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Ⅱ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8000～40000J／m3左右。7.3.2硬磁铁氧体第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料9/16/202162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通式：M0.6F2O3M——Pb、Ba、Sr7.3.2硬磁铁氧体第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料9/16/202163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：①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；②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；③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10μm减至1μm时，其矫顽力从7957.75A／m（100Oe）增至159155A／m（2000Oe）。7.3.2硬磁铁氧体第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料9/16/202164材料科学与工程学院 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9/16/202165材料科学与工程学院 7.3.3其他铁氧体1.磁记录材料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料。属软磁铁氧体。磁头材料要求有较高的起始磁化率μi和Bs(保证高灵敏度)；较低的磁强度(减少噪声和损耗)；较高的耐磨性、抗剥离性(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材料。第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料9/16/202166材料科学与工程学院 2.微波铁氧体又称旋磁铁氧体。在高频磁场的作用下，平面偏振的电磁波在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。常用的微波旋磁铁氧体有尖晶石型和石榴石型两大类，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9/16/202167材料科学与工程学院 尖晶石铁氧体主要有Mg、Ni、Li等铁氧体，通常加入Al、Cr以控制饱和磁化强度M；加Mn、Co以增大电阻率，加Cu、Bi作助熔剂以增加密度。Li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9/16/202168材料科学与工程学院 石榴石型磁铁氧体目前已可满足微波频段大部分器件的需要。其中钇铁石榴石铁氧体（YIG）在微波3cm波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In、Sn、Gd钆(gá)，Ge、Zr、Ti、Al、Ca、V离子置换Fe、Y等离子，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：Y－Al石榴石系、Y－Ca－V石榴石系、Y－Gd石榴石系等。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9/16/202169材料科学与工程学院 3.矩磁铁氧体具有矩形磁滞回线，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、开关元件和逻辑元件、磁放大器、磁光存储器及磁声存储器磁芯等。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。常温下的有Mn－Mg系、Mn－Zn系、Cu－Mn系、Cd（镉gé）－Mn系等；第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料7.3.3其他铁氧体9/16/202170材料科学与工程学院 4.磁泡材料一种新型磁存储材料。磁泡—铁氧体中的圆形磁畴。可在一些薄膜磁性材料中产生。直径1～100μm。这些畴从垂直于膜面的方向上看上去就像是气泡，因此称之磁泡。直径几微米的磁泡，可用于高密度信息记录，且希望用于计算机的高速存储器。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磁场作用9/16/202171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Ho（钬）FeO3、Er（铒）FeO3、Tm（铥）FeO3、Yb（镱）FeO3等。后来的有石榴石型铁氧体和非晶态磁泡材料（如Gd－Co、Gd－Fe等膜），其中石榴石型铁氧体的泡径小，迁移率高，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9/16/202172材料科学与工程学院 5.磁光材料主要用于制作大型电子计算机的外存储器—磁光存储器。这种存储器具有很高的存储密度（107位／cm2），比一般的磁鼓、磁盘存储器要高102～103倍。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、钇铁石榴石铁氧体薄膜、稀土铕的氧化物EuO及Eu的硫属化合物（EuX，X＝O、S、Se、Te）等。第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料7.3.3其他铁氧体9/16/202173材料科学与工程学院 6.压磁铁氧体以磁致伸缩效应为原理的铁氧体。主要应用于超声器件、水声器件、机械滤波器、混频器、压力传感器等方面。主要材料有Ni－Zn、Ni－Cu、Ni－Mg及Ni－Co铁氧体等。其中以Ni－Zn铁氧体应用最广泛。在组成方面，可适当增加ZnO或渗入少量CuO代替NiO作助熔剂。第7章磁性陶瓷7.3铁氧体材料7.3.3其他铁氧体9/16/202174材料科学与工程学院 应用磁制冷材料在等温磁化时向外界放出热量，绝热退磁从外界吸收热量达到制冷的目的。现代文明社会离不开磁性材料！9/16/202175材料科学与工程学院 強力磁鐵,衣服用PVC磁鐵,塑膠用磁鐵9/16/202176材料科学与工程学院 第7章磁性陶瓷应用9/16/202177材料科学与工程学院 应用9/16/202178材料科学与工程学院 稀土磁性材料能吸起自重800倍的永磁体.9/16/202179材料科学与工程学院 应用科学技术离不开磁性材料！9/16/202180材料科学与工程学院 铁氧体材料新发展信息存储铁氧体材料吸波铁氧体材料铁氧体吸波材料磁性流体庞磁电阻材料第7章磁性陶瓷9/16/202181材料科学与工程学院 中国地大物博，金属和稀有元素矿藏非常丰富，有着丰富而天然的原材料资源优势，磁性材料产业所需的各种原材料几乎国内都能满足。磁性材料行业稀土成本占原料成本的30%，而中国是稀土的故乡，储有世界上80%的稀土，因此有磁性材料行业优势。08年低具有磁性材料生产企业及相关的企业1096家，其中铁氧体生产企业359家，稀土磁体和金属磁体生产企业226家产量为41万吨。磁性材料之中国状况第7章磁性陶瓷9/16/202182材料科学与工程学院 中国磁性材料工业在产量方面已经初具规模，发展速度很快，产品和创汇出口多于进口。但与日本等磁性材料工业发达的国家相比，无论是管理水平、制造工艺、产品质量及产品档次都存在一定差距。中低档产品占据了较大的国际市场，但在高档产品上还缺乏竞争力。随着高清晰度电视等消费类电子产品的日益普及，汽车、通信业的发展，对高档磁性材料的需求越来越多。中国的磁性材料企业应该抓住这个有利的时机，开发高档磁性材料产品，占领国际市场。磁性材料之中国状况第7章磁性陶瓷9/16/202183材料科学与工程学院 “十一五”时期，是中国磁性材料工业大发展时期，世界磁性材料产业中心已经转移到中国。预计中国铝镍钴磁钢产量为3,000吨（全球产量7,840吨），铁氧体永磁产量195,000吨（全球产量676,000吨），稀土钕铁硼磁体9,400吨（全球14,400吨），软磁铁氧体产量98,800吨（全球431,000吨）。到2010年中国各类磁体的产量均稳居世界之首，占全球的份额还将继续增大。到2020年，中国磁性材料的产量将占全球一半以上，成为世界磁性材料产业中心。磁性材料之中国状况第7章磁性陶瓷9/16/202184材料科学与工程学院 小结第7章磁性陶瓷磁学与电学各基本参量的类似性磁学参量（磁路）电学参量（电路）名称单位名称单位磁通量Wb电流强度IA磁通密度BWb/m2电流密度JA/m2磁场强度HA/m电场强度EV/m磁导率H/m电导率磁阻Rm电阻R磁势VmA电动势VV9/16/202185材料科学与工程学院 小结第7章磁性陶瓷磁化和极化相关参量比较磁电饱和磁化强度——饱和极化强度矫顽力——矫顽力剩余磁化强度——剩余极化强度磁畴——电畴磁畴壁——电畴壁自发磁化——自发极化9/16/202186材料科学与工程学院 小结第7章磁性陶瓷铁磁性和铁电性有相似的规律，但应该强调的是它们的本质差别；铁电性是由离子位移引起的，而铁磁性则是由原子（或分子或离子）磁矩取向引起的；铁电性在非对称的晶体中发生，而铁磁性发生在电子的非平衡自旋中。极化和磁化的本质区别？9/16/202187材料科学与工程学院 小结第7章磁性陶瓷铁磁性材料软磁（高磁导率材料）；硬磁（剩磁大，高矫玩力材料，永磁体材料）；矩磁（磁滞回线近乎于矩形）9/16/202188材料科学与工程学院 1、铁氧体材料的分类按性质分软磁铁氧体磁记忆铁氧体半硬磁铁氧体磁记录铁氧体硬磁铁氧体。小结第7章磁性陶瓷2、软磁铁氧体材料（2）制备（3）制备中的影响因素（4）应用（1）性能3、硬磁铁氧体材料（2）特征（1）定义4、其他铁氧体材料（2）微波铁氧体（3）矩磁铁氧体（4）磁泡材料（1）磁记录材料（5）磁光材料（6）压磁铁氧体9/16/202189材料科学与工程学院