金属功能材料

顺磁性 物 质 磁 性 分 类
抗磁性 铁磁性
被磁化后，磁化场方向与外场方 向相反
被磁化后，磁化场方向与外 场方向相同
与外加磁 场的关系
• 与原来不具有磁性的磁介质放在磁场中，由于 受磁场的作用很快显出磁性，从而产生附加磁 场，改变空间原有磁场的分布：
• 顺磁性与铁磁性：
• 抗磁性： 与
与
反向
同向
磁性材料分类
有色冶金概论
§1有色金属及其分类
1 金属： 通常把元素周期表中具有光亮的金 属光泽，很高的导热、导电性及良 好的延展加工性的化学元素称为金 属。 109种元素中93种金属元素分类： （1） 铁金属和非铁金属： 铁金属指铁和铁基合金，包括生铁、 铁合金和钢；
非铁金属：铁和铁合金以外的金属元 素； （2）黑色金属和有色金属： 黑色金属：铁、铬、锰； 有色金属：将铁、铬、锰以外的金 属。（90种） 通常按密度大小、矿物原料富集程 度、发现的早晚、用途和价格将有 色金属分为：轻金属、重金属、稀 有金属和贵金属四大类。
永磁材料
主要用途：提供永磁场 主要性能要求：高的磁能积，高的轿顽力，高的居 里点，高稳定性，好的经济性。 主要种类：铝镍钴系永磁合金、永磁铁氧体、铁 铬钴系永磁合金、汝铁硼材料、稀土永磁材料和 复合粘结永磁材料。
三.超导材料
形状记忆合金
储氢合金
天然气为：88MJ/Kg 氢气热值：1.56*10^3MJ/Kg
（2）湿法冶金： 它是在常温（或低于100℃）常压或 高温（100~300 ℃）高压下，用溶剂 处理矿石或精矿，使所要提取的有 色金属溶解于溶液中，而其它杂质 不溶解，然后再从溶液中将有色金 属提取和分离出来的过程。 该方法主要包括浸出、分离、富集 和提取的过程。
（3）电冶金： 它是利用电能提取和精炼有色金属的方 法。 A、电热冶金：利用电能转变成热能在高 温下提炼有色金属，本质同火法冶金。 B、电化学冶金：用电化学反应使有色金 属从所含盐类的水溶液或熔体中析出。 后者称为水溶液电解，可归入湿法冶金 前者称为熔盐电解，可归入火法冶金。
铁芯材料 分按 类用 途 磁头材料 变压器、继电器 录音机
磁记录材料
磁屏蔽材料
磁带、磁盘
通讯仪器、电器
磁屏蔽材料主要是利用电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场 一旦外界磁场去掉很易退磁
介于二者之间 外界磁场长时间不变
软磁材料
用途：发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类继 电器与电感、电抗器的铁心；磁头与磁记录介质； 计算机磁心等。例如硅钢片、纯铁、铁氧体、铁镍 合金等 要求：高的饱和磁感应强度、高的最大磁导率、高 的居里温度和低的损耗。 磁导率：表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电 流后、产生磁通的阻力、或者是其在磁场中导通磁 力线的能力
磁记录材料
（一）磁记录介质材料 用途：磁带，磁盘等 要求: 材料具有高的剩余磁化强度、微细的粒子尺 寸、粒子磁性的一致性及合适的矫顽力值。
记录介质材料：磁性颗粒（如-Fe2O3）涂覆在高分 子基片上发展到磁性薄膜记录介质
（二）磁头材料
用途：从磁记录介质中读出信号
用途：高磁导率、低矫顽力和高电阻率之外，还 要求高的耐磨性。 主要磁头材料：高镍含量的铁镍基耐磨高导磁合金、 铁硅铝合金和高导磁铁氧体材料。
（二）电工硅钢片（Fe-Si软磁合金）
铁中加Si的作用：可提高铁的最大磁导率，增大电阻 率，还可显著改善磁性时效。但Si加入量过多时，会 降低饱和磁化强度、居里温度、磁晶各向异性常数 K1、磁致伸缩系数含Si量的增大会使材料变脆。
电工硅钢片中Si的含量在0.5～4.8%Si。1903年开始 投入实际生产，用量极大。主要用于制造大电流、 频率50～400Hz的中、强磁场条件下的电动机、发电 机、变压器等；中、弱磁场和较高频率(达10KHz)条 件下的音频变压器、高频变压器、电视机与雷达中 的大功率变压器、大功率磁变压器、以及各种继电 器、电感线圈、脉冲变压器和电磁式仪表等；
磁性材料的常用参数
• 1 剩磁Br:一般材料经过加磁后再去掉外部的加磁设备 后磁场会减弱，但不会全部消失，这些剩余的磁场就 是剩磁，把磁铁比喻成海绵，剩磁就好似海绵吸水吸 饱和了，这个时候显示的磁铁磁力值 • 2 矫顽力Hc:是表示材料磁化难易程度的量，取决于材 料的成分及缺陷（杂质、应力等）。海绵里的水吸到 最大，然后把水压出来，压到海绵里没有水，这个使 用的压力就好比是矫顽力； • 3 磁能积BH:海绵吸水饱和，里面水的总量。
剩磁 序号 等级 标 准 值 1 N30 11.2 KG 最 小 值 10. 8 标 准 值 1.1 2 1.1 7 1.2 1 1.2 6 T 最 小 值 1.0 8
矫顽力 KOe 标 准 值 10. 5 最 小 值 9.8 10. 3 10. 8 10. 8 KA/m 标 准 值 最 小 值
最大磁能积 MGOe 标 准 值 30 最 小 值 28 KJ/m3 标 准 值 23 9 26 3 27 9 30 3 最 小 值 22 3 24 7 26 3 28 7
工作 温度
°C
836 780
≤ 80 ≤ 80 ≤ 80
2
N33
11.7 11.4 12. 1 12. 6
1.1 11.0 4 1.1 11.5 7 1.2 11.5 2
876 820
33
31
3
N35
11.7 12. 2
915 860
35
33
4
N38
915 860
38
36
≤ 80
物质磁性的分类 被磁化后，磁化场方向与外 场方向相同
二.磁性材料
磁性材料指那些有实际工程意义具有较强磁性的材 料。是最古老的功能材料。公元前几世纪人类就发现自 然界中存在天然磁体，磁性(Magnetism)一词就因盛产天 然磁石的Magnesia地区而得名。早期的磁性材料主要是软 铁、硅钢片、铁氧体等。二十世纪六十年代起，非晶态 软磁材料、纳米晶软磁材料、稀土永磁材料等一系列的 高性能磁性材料相继出现。磁性材料广泛应用于计算机 及声像记录用大容量存储装置如磁盘、磁带，电工产品 如变压器、电机，以及通讯、无线电、电器和各种电子 装置中，是电子和电工工业、机械行业和日常生活中不 可缺少的显提高，含钴 35% 的铁钴 合金的Bs达2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料。在合金 中加入少量的 V和 Cr 可显著提高其磁导率。实际应用 的 铁 钴 合 金 主 要 有 Fe64Co35V1( 或 Fe64Co35Cr1) 和 (Fe50Co50)98.7V1.3 。 (Fe50Co50)98.7V1.3 合金的国内牌号为 1J22 铁钴合金具有高的 Bs ，适用于小型化、轻型化以 及有较高要求的飞行器及仪器仪表元件的制备，制 造电磁铁极头和高级耳膜震动片等。但电阻率偏低， 不适于高频场合的应用，但价格昂贵。
我国10种常用有色金属(铝Al Cu Zn Pb（铅）Ni Mg Sn Sb Ti Hg) 因产量大，用途广，价格低，称 为常用有色金属或贱金属。 贵金属： 金(Au)、银(Ag)和铂族金属（Pt Pd Ru 等)。 由于化学活性低，又称惰性金属。
3 稀有金属： 93种金属元素中占60种。 有的在地壳中丰度小，天然资源 少； 有的虽丰度大，赋存状态分散， 不能经济提取； 有的物理化学性质接近不容易分 离成单一金属；
§2 有色金属冶金方法
有色金属冶金学： 是一门研究如何经济地从矿石或精 矿或其它原料中提取有色金属或有 色金属化合物，并用各种加工方法 制成具有一定性能的有色金属材料 的科学。 广义：矿石采矿、选矿、冶炼和加 工。 狭义：矿石或精矿的冶炼，提取冶 金。
有色金属冶金方法： （1）火法冶金：它是指在高温下矿 石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化 作业，使其中的有色金属与脉石和 杂质分开，获得较纯有色金属的过 程。 整个过程包括原料准备、熔炼和精 炼三个工序。过程所需能源主要靠 燃料燃烧供给，也有依靠过程中的 化学反应热来提供。
§3 有色金属冶金工艺过程：火法 冶金主要经过焙烧、煅烧、烧结、 精炼、浸出等工序
（1）焙烧：是指将矿石或精矿置于 适当的气氛下，加热至低于它们的 熔点温度，发生氧化、还原或其它 化学变化的过程。其目的是改变原 料中提取对象的化学组成，满足熔 炼或浸出的要求。焙烧过程按控制 的气氛不同，分为：氧化焙烧、还 原焙烧、硫酸化焙烧、氯化焙烧等。
金属功能材料
电性材料
磁性材料 无机非金属功能材料 电介质材料 超导材料 功能陶瓷 膨胀材料及弹性材料 高分子功能材料 光功能高分子材料 功能玻璃材料 …… 电功能高分子材料 半导体材料 磁性复合材料 化学功能高分子材料 复合功能材料 …… 非晶态合金 电性复合材料 …… 纳米材料 储氢材料 梯度复合材料 特殊功能材料 形状记忆材料 隐身复合材料 智能材料 能源材料 其他功能复合材料 生物医学材料 ……
（5）火法精炼：在高温下进一步处理熔
炼、吹炼所得的含有少量杂质的粗金属 以提高其纯度。种类：氧化精炼、硫化 精炼、氯化精炼、熔析精炼、碱性精炼、 区域精炼、真空冶金、蒸馏等。 （6）浸出：用适当的浸出剂（如酸、碱、 盐等水溶液）选择性地与矿石、精矿、 焙砂等矿物原料中金属组分发生化学作 用，并使之溶解而与其它不溶组分初步 分离的过程。浸出又称浸取（重金属）、 溶出（轻金属）和湿法分解（稀有金 属）。
（7）液固分离：
该过程是将矿物原料经过酸、碱等 溶液处理后的残渣与浸出液组成的 悬浮液分离成液相与固相的湿法冶 金单元过程。主要有物理方法和机 械方法：重力沉降、离心分离、过 滤等。
（8）溶液净化：
将矿物原料中与欲提取的有色金属 一道溶解进入浸出液的杂质金属除 去的湿法冶金单元过程。净液的目 的是使杂质不至于危害下一工序对 主金属的提取。方法主要有：结晶、 蒸馏、沉淀、置换、溶剂萃取、离 子交换、电渗析和膜分离等。
传统功能金属材料：电性，磁性，弹性等