第二章 金屬磁性材料.ppt

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1、第二章金屬磁性材料主要介紹金屬、合金及金屬間化合物磁性材料的結(jié)構(gòu)和磁性能。金屬磁性材料的發(fā)展是從由簡到繁，性能不斷提高，功能逐步完善的過程。最早應(yīng)用的金屬軟磁磁性材料是純鐵，金屬永磁磁性材料是碳鋼，時(shí)間約是1880年。由于材料性能上存在明顯缺點(diǎn)，如純鐵的磁性質(zhì)對(duì)雜質(zhì)很敏感，碳鋼的磁能積太低，通過不斷嘗試逐步發(fā)展出合金磁性材料，材料的構(gòu)成與結(jié)構(gòu)不斷復(fù)雜化，材料的軟磁與永磁性能也不斷提高，形成了全面的金屬磁性材料系列。常見鐵磁金屬的結(jié)構(gòu)與磁性具有磁性的單質(zhì)元素主要有鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)，而且常見的磁性材料絕大部分是以它們?yōu)橹饕M成部分的合金或化合物。因此了解鐵

2、(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對(duì)后面的討論會(huì)有所幫助，在此首先介紹鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)的結(jié)構(gòu)與它們磁性質(zhì)。Fe：⑴常壓下，溫度＜910℃為體心立方（bcc），鐵磁性的α－Fe，居里溫度為770℃，易磁化方向?yàn)?100>,難磁化方向?yàn)?111>⑵910℃＜溫度＜1400℃為面心立方（fcc）,順磁性的γ－Fe⑶溫度＜1400℃為體心立方（bcc），順磁性的δ－FeNi:常壓下，在熔點(diǎn)以上溫度范圍內(nèi)，均是面心立結(jié)構(gòu)（fcc），為鐵磁性的γ-Ni，居里點(diǎn)為358℃易磁化方向?yàn)?111>難磁化方向?yàn)?100>Co：⑴溫度＜450℃，為簡單六方結(jié)構(gòu)，鐵

3、磁性的ε-Co相。居里點(diǎn)為1117℃，易磁化方向?yàn)?0001>，難磁化方向?yàn)?2110>和1010>⑵溫度＞450℃至熔點(diǎn)為面心立方γ–Co相。[1120][1010][0001]Fe、Co、Ni的磁性都來自于它們的3d電子間的交換相互作用而形成的鐵磁性，由于金屬中相鄰原子間距較小，電子云重疊比較明顯，因此電子間的交換相互作用比較強(qiáng)，居里溫度相對(duì)較高。它們每個(gè)原子具有的磁矩分別為2.2μB、0.6μB和1.7μB。另外，過渡金屬中很多原子具有磁矩，但單質(zhì)材料中一般是具有反鐵磁性的，如Mn、Cr等。金屬軟磁材料一、性能的基本要求貯能高：高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。靈敏度高：初始磁

4、導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率、脈沖磁導(dǎo)率大。效率高：Hc低，電阻率高，損耗小?；鼐€矩形比高穩(wěn)定性好：磁滯回線較窄矯頑力小磁導(dǎo)率高。影響磁導(dǎo)率的因素機(jī)理：根據(jù)技術(shù)磁化的分析，影響材料磁導(dǎo)率的主要過程是可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)和可逆疇壁位移。動(dòng)力：飽和磁化強(qiáng)度，材料的飽和磁化強(qiáng)度越大，可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)和可逆疇壁位移更容易發(fā)生。阻力：內(nèi)應(yīng)力、摻雜、空泡、晶界?？赡娲女犧D(zhuǎn)動(dòng)和可逆疇壁位移要受到上述材料中缺陷的阻礙。提高磁導(dǎo)率的措施1、提高飽和磁化強(qiáng)度Ms2、有效方法，使K1→0，λs→03、高溫退火4、真空熱處理5、氫氣熱處理6、使材料雜質(zhì)相對(duì)集中7、真空熔煉、精煉8、進(jìn)行織構(gòu)化常見金屬軟磁材料工業(yè)純鐵鐵

5、硅合金鐵鎳合金鐵鋁合金鋁硅鐵合金非晶及納米晶軟磁合金磁介質(zhì)工業(yè)純鐵純度在99.8%以上的鐵，不含任何故意添加的合金元素。室溫性能：Bs=2.15(T)，居里溫度770℃，最大磁導(dǎo)率μm=20000，ρ=0.1×10-6(Ω.m)。工業(yè)純鐵的碳含量低，矯頑力低，磁導(dǎo)率高，導(dǎo)熱性和加工性好，有一定的耐腐蝕性和價(jià)格便宜。電阻率低，不能在交流磁場(chǎng)中應(yīng)用。在直流磁場(chǎng)中，作為恒定磁場(chǎng)中的磁導(dǎo)體，如作磁極和磁屏蔽。1、電解鐵含有0.05~0.02%C、Mn≤0.01%、P≤0.005%、S≤0.004%、Al≤0.01%、Cu≤0.015%。電磁性能：μi=500、μm=1500、B

6、r=1.05(T)、Hc=0.35(×79.6A/m)、ρ=9.6×10-8Ω.m2、阿姆柯鐵含C≤0.025%、Mn≤0.035%、P≤0.015%、S≤0.05%、Cu≤0.08%。磁性能：μi=2000~5000、μm=6000~15000、Hc=0.5~1.5(×79.6A/m)3、羰基鐵由Fe（Co）5分解而成，純度高。磁性能：μi=20003000、μm=20000~21500、Br=0.5~1.0T、Hc=0.08×79.6A/m、ρ=9.6×10-8Ω.m由此可見，微量雜質(zhì)對(duì)純鐵的磁性影響明顯。鐵硅合金鐵硅合金，通常又稱為硅鋼片、電工鋼。在變壓器、電動(dòng)機(jī)

7、、發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備和通信設(shè)備中，它是最重要的鐵芯材料，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。1900—1930年，煉鋼和熱軋加工技術(shù)1934—60年晶粒取向、熱處理、玻璃涂層1983—至今輻射3.2%Si-Fe合金來說，當(dāng)溫度從室溫上升到熔點(diǎn)的過程中，不會(huì)發(fā)生任何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并始終保持單一的體心立方結(jié)構(gòu)，這對(duì)在較高溫度下進(jìn)行再結(jié)晶退火十分有利，同時(shí)，當(dāng)溫度從高溫緩慢冷卻到室溫時(shí)，純鐵存在相變的干擾，而鐵硅不存在這樣的問題，因此這種合金很容易制成單晶。鐵硅合金的結(jié)構(gòu)對(duì)含C量十分敏感，對(duì)鐵硅合金，應(yīng)使含C下降到0.01%以下。再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，變