磁性材料及其应用

课题四铁磁材料与磁路---铁磁材料天然磁石Fe3O4•吸铁性•指南性人类认识和使用最早的磁性材料“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》管仲春秋时期“西流注于泑泽，期中多慈石。”《山海经·北山经》战国时期“若慈石之取针。”“慈石召铁，或引之也。”《鬼谷子》鬼谷子战国中期《吕氏春秋·精通》吕不韦战国后期关于磁石的最早记载“若遇天景噎（阴暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向……出指南车或指南鱼，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”。北宋曾公亮与丁度编撰的《武经总要》（1044年）关于指南针的应用和制作方法的记载“舟师识地理，夜者观星，昼者观日。阴晦观指南针。”北宋人朱或《萍洲可谈》司南指南车指南鱼各种指南针挂件天磁磁体——磁铁磁钢人造磁铁磁体：具有磁性的物体1、磁导率μ的单位是：亨利/米(H/m)。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，值越大，磁感应强度B越大，磁场越强；值越小，磁感应强度B越小，磁场越弱。真空中的磁导率是一个常数，用0表示0=4107H/m（1）物质导磁性能的强弱用磁导率表示。磁导率用来表示媒介质导磁性能的物理量，用表示。（2）、相对磁导率为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率0为基准，将其他物质的磁导率与0比较，其比值叫相对磁导率，用r表示，即0r铁磁物质的相对磁导率材料相对磁导率材料相对磁导率钴174镍铁合金60000镍1120真空中融化的电解铁12950软钢2180坡莫合金115000硅钢片7000～10000铝硅铁粉芯7未经退火的铸铁240锰锌铁氧体5000已经退火的铸铁620镍铁铁氧体1000（3）、铁磁材料◆材料(介质)按磁导率分类：非铁磁(非磁性)材料、铁磁(磁性)材料。◆非铁磁材料(如空气、铜、铝和绝缘材料等)：μ≈μ0=4π×10-7H/m①顺磁材料(如空气):μ略大于μ0②反磁材料(如铜):μ略小于μ0高导磁材料：•铸钢：μ≈1000μ0•硅钢片：μ≈(6000~7000)μ0•玻莫合金：μ比μ0大几万倍（1）磁化:使不具有磁性的物质具有磁性的过程叫磁化。任何物质在外磁场中都能或多或少地被磁化。铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性的现象。2、铁磁材料的磁化B（2）、磁性材料磁化后磁性很强的物质叫磁性材料，又称为铁磁性物质。（3）、磁性材料的分类①软磁性物质：磁化后容易去磁的物质称软磁性物质。软磁性物质剩磁较小。②硬磁性物质：磁化后不易去磁的物质称硬磁性物质。硬磁性物质剩磁较大。（3）磁性材料的应用软磁性材料的剩磁弱，容易去磁，适用于需要反复磁化的场合。硬磁性材料的剩磁强，不易去磁，适用于制成永磁体。以下物品是应用磁性材料制成的汽车领域永磁起动电机传感器无刷直流电机计算机领域光驱存储器打印机消费类电子产品领域微型马达扬声器耳机麦克风电器领域便携式电动工具电机家用电器电机工业自动化领域磁耦合器伺服电机工业产品领域磁分离器磁起重设备磁性材料器件及应用永磁材料软磁材料磁记录材料特殊功能的磁性材料磁弹性材料磁电阻材料磁制冷材料磁流体☆新型磁性材料的分类：--永磁材料在特定的空间内提供一个磁场利用永磁材料的吸铁性及指南性由于成本低廉，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。铝镍钴的主要应用领域：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。铁铬钴变形永磁合金是由天津市天材科技发展有限公司金坛市磁性材料有限公司生产永磁铁氧体材料系列产品烧结NdFeB永磁材料表面处理分电镀（Zn、Ni）、喷涂、电泳、磷酸钝化等，产品具有强的耐腐蚀性。用于手机、BB机振动器的烧结NdFeB永磁材料用于各种电机的烧结NdFeB磁瓦用于核磁共振成像仪及磁选机等的烧结NdFeB永磁材料各种规格的环形烧结NdFeB永磁材料外径Ф3mm~Ф160mm；内径：Ф1mm~Ф140mm各种规格的圆片形烧结NdFeB永磁材料尺寸范围：外径Ф2mm－Ф160mm；厚度：0.3mm－60mm各种规格的圆片形烧结NdFeB永磁材料尺寸范围：外径Ф2mm－Ф160mm；厚度：0.3mm－60mm各种未经表面保护处理的烧结NdFeB永磁材料喷涂处理的烧结NdFeB永磁体各种管状烧结NdFeB永磁材料尺寸范围：外径：Ф3mm~Ф160mm；内径：Ф1mm~Ф140mm圆柱形的烧结NdFeB永磁体--软磁材料例如对于变压器，在线圈中加入磁芯后，将磁通限制在低磁阻的磁芯内，用较小激励电流，产生比没有磁芯时大得多的磁通，这就大大减少了电磁元件的体积。因此，加磁芯的基本目的是为链合或耦合两个或多个磁单元的磁通，提供容易通过的路径，将磁源和磁“负载”连接起来，作为磁通“汇流条”，同时减少磁元件的体积。共模电感铁芯磁放大器铁芯漏电保护开关互感器铁芯大功率开关变压器铁芯深圳市天为科技有限公司纳米晶开气隙恒电感电流\电压互感器用铁芯小型开关电源变压器用环形铁芯非晶恒电感--磁记录的发展历史1898年，一位丹麦工程师伯尔森（Ponlsen）将声音用磁的方法记录在磁性钢丝上，由此发明了录音电话机1936年利用氧化铁作磁记录介质为一个乐队录音，其录音带一直保留到现在。20世纪50年代开发了存储电子计算机数据的硬磁盘技术和磁录像技术。60年代出现了体积小的盘式录音磁（记录）带。70年代初开发了存储电子计算机数据的软盘技术和家庭盒式录像磁带80年代磁带摄像机的开发和应用是磁记录技术的又一新的发展。1996年数字式Video磁盘的商品化。1998年，美国IBM开始采用GMR磁头量产3.5英寸台式电脑硬盘，东芝也开始供应配备该磁头的2.5英寸笔记本电脑硬盘样品。当时的面记录密度约为3Gbit/平方英寸2004年东芝垂直磁记录微硬盘（MK4007GAL，133GBit/in2)2005年希捷垂直磁记录硬盘商业化（130GBit/in2)磁带磁盘磁卡磁记录媒体的分类：磁带结构图示磁记录介质磁头磁盘结构4.4MbyteIBMRAMAC19552kbits/in250x24”diadisks80GbyteSeagateUseries200132.6Gbits/in22x3.5”glassdisks--特殊功能的磁性材料磁弹性材料磁电阻材料磁制冷材料磁流体磁弹性材料磁性材料在磁场的作用下形状发生改变，具体表现可为长度上的伸长或缩短，体积上的膨胀和收缩磁弹性材料应用模型GMR磁头不仅在厚度上，而且在长度上都在100纳米以内磁电阻材料磁性材料的电阻在磁场的作用下发生改变的现象Magnetoresistance(MR)磁制冷材料磁制冷是一种以磁性材料为工质的制冷技术，基本原理是借助磁制冷材料的磁热效应（magnetocaloriceffect）即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，而等温退磁时从外界吸取热量，以达到制冷目的环境友好：无环境污染和破坏高效节能:卡诺循环效率可达到60~70％稳定可靠磁流体磁流体又称磁性液体或铁流体。是一种对磁场敏感可流动的液体磁性材料。它是将掺入到载液中的铁磁性微粒（＜10nm）用分散剂均匀地分散，使成为某种具有流动性的悬浮状的胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下即不沉降和凝集又能使其本身承受磁性可以被磁铁所吸引的特性。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等领域。宇航员头盔的密封是纳米磁性材料的最早重要应用之一-磁性液体许多生物体内就有天然的纳米磁性粒子，如磁性细菌，鸽子，海豚，石鳖，蜜蜂，人的大脑等这里有大量的课题需要研究，特别需要有物理和磁学背景的人员参与，有利于对问题的理解生物磁性1975年即发现在磁性细菌体内有一排磁性纳米粒子磁性纳米粒子导航作用的物理原理和生物过程？蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒，G代表磁性颗粒。对地磁场的准确定位，磁偏角和磁倾角？石鳖齿舌中含有大量一维纳米磁性丝一维纳米丝的丝由许多磁性柱构成，柱内是单畴粒子的集合。其生物功能未必只是加强齿舌的耐磨性。