金属磁性材料概述.ppt

§2.1铁磁金属和合金的结构和磁性
一、铁磁金属的结构和磁性
（一）铁、镍、钴的晶体结构和磁性
Fe、Ni、Co的晶体结构代表金属磁性材料三种典型的、最简单的晶体结构
Fe：
⑴ 常压下，温度＜910℃ 为体心立方（bcc）， 铁磁性的α－Fe， 居里温度为770 ℃ ， 易磁化方向为<100>, 难磁化方向为<111>
[0001] [1120] [1010]
3d过渡族元素的磁性来源
Fe、Ni、Co ：
3d电子的交换相互作用，铁磁性 （2.2μB,0.6μB,1.7μB)
Cr、Mn：
3d电子的直接交换相互作用，反铁磁性
Cr、Mn的合金或化合物：
㈡、稀土族元素的结构和磁性 ⑴ 结构
主要指原子序数为57（La）至71（Lu）的15个元素， 加 上性质类似的Y和Sc； 晶体结构大都为密排六方结构。 ⑵ 磁性 Gd从0K到居里温度239K只表现出纯粹的铁磁性，但磁 矩的取向随温度而变。 Gd以前的轻稀土Ce、Nd、Sm具有反铁磁性。 重稀土金属Tb、Dy、Ho、Er、Tm表现为铁磁性或亚
⑵910 ℃ ＜温度＜1400℃ 面心立方,
Ni:
在常压下，在熔点以温 范围内，均是面心立结 构（fcc）为铁磁性的 γ-Ni居里点为358℃ 易磁化方向为<111>
Co：
⑴ 温度＜450 ℃ 简单六方结构 铁磁性的ε- Co 居里点为1117℃ 易磁化方向为<0001> 难磁化方向为<2110>和 1010>
什么是金属磁性材料？ 由金属、合金、及金属间化合物所组成的磁性材料。一般分为：金 属软磁材料和金属永磁材料。
分类 原子内部结构 晶态合金 非晶态合金 磁性能特点 软磁合金 硬磁合金 矩磁合金
金属软磁材料（HC＜800 A/M) 应用：电力工业、通讯技术、自动控制、微波技术、雷达技术及磁 记录方面不可缺少的关键材料。 作用形式：①能量转换；②信息处理。 特点：在外磁场作用下才显示磁性，去掉外磁场后不对外显示磁性。
分类
据溶剂类型
一次固溶体 二次固溶体
按固溶度
有限固溶体 无限固溶体
按溶质原子的占位
置换固溶体 间隙固溶体
⑵金属间化合物
合金中各组元 的化学性质和原子半径彼此相差很大， 或者固溶体中溶质的浓度超过了溶解度极限，就不可 能形成固溶体，这时，金属与金属、或金属与非金属 之间常按一定比例和一定顺序，共同组成一个新的、 不同于其任一组元的典型结构的化合物。这些化合物 统称为金属间化合物。
金属永磁材料 应用：精密的仪器仪表；电讯、电声器件；工业设备；控制器件； 其它器件。 作用原理 利用永磁合金在给定的空间产生一定的磁场强度；
第二章金属磁性材的理论基础
铁磁金属和合金的结构和磁性 相变、脱溶和失稳分解 金属软磁材料的理论基础 金属磁性材料的损耗 金属永磁材料的理论基础
二、合金的组成和磁性
㈠、相图的作用
1、什么是相图？ 金属或合金所处的状态主要依赖于其成分和外界条件（温度、
压力）的变化。相图就是用图解的形式来表示金属或合金的组织随 成分、温度、压力等变化的关系。
注意：相图又称为相平衡图，反映的是合金在平衡条件下转变的规律。 2、相图的构成
单元系：成分不变，由压力-温度直角坐标平面图表示 二元系：温度、压力、成分的立体图。由于一般情况下，压力常为
2、相律和杠杆定理
⑴、相律 是指在平衡条件下，合金系统的组元数、相数和自由度数之间的
关系式。可以用下式表示：
f=c-p+n f=c-p+1（常压）
f：自由度数 c：组元数 p：平衡时相数 n：外界条件可变的数目
应用：
分析系统中最多能有多少相可以平衡共存 分析结晶是在恒温还是在一定温度范围内进行
（2）、杠杆定理 合金在结晶过程中，各相的成分及其相对 含量将发生变化。对于相图中的两相区， 可以应用所谓杠杆定律求出这两相的成分 及相对含量。 在A-B二元系中，任选一合金p，它的成分 是Xp（组元B的浓度），组元A的浓度为 （1-Xp），在温度T时处于二相平衡，和 两相中组元B的浓度分别为Xa和Xb，而组 元A的浓度为（）和（），设合金的重量 为1，和的相对量分别为C的C。这样P点 处两相中同一组元含量之和必等于合金P 中相应组元的含，可得两个方程式： CαXa+CβXb=Xp Cα(1-Xa)+Cβ(1-Xb)=1-Xp
组元：组成合金最基本的、独立的单元。可以是金属元素，也可 以是化合物。
相：合金中具有相同的化学成分和结构并有界面隔开的独立均匀 部分。
组织：材料内部的微观形貌图象。
2、合金的基本相
⑴固溶体
定义：固溶体是溶质组元溶于溶剂点阵中而组成的单一均匀 固体。溶质只能以原子状态溶解，在结构上必须保持溶剂组 元的点阵类型。
xb xp pb
T
β
T1 α a
pb
α＋β
A Xa Xp Xb B
3 二元合金常见相图的类型和特征
相图 类型
匀 晶 型
共 晶 型
转变 名称 匀晶 转变
同素 异晶 转变 共晶 转变
共百度文库 转变
包晶
相图型式
转变式 说明
L L+α α
L γ L+γ α α+γ
L→α γ→α
一个液相 L 在一定温度范 围内转变为同一成分的固 相α 一个固相在一温度范围内 转变为成分相同的另一固 相α
稀土元素和过渡元素可以形成许多金属间化合物，其 中许多是强磁性化合物，著名的高性能永磁合金
L α
恒温下由一个液相 L 同时 β L →α+β 转 变 成 两 个 成 分 不 同 的 固
相α和β
γ α
γ → α+β β
恒温下由一个固相γ同时 转变成两个成分不同的固 相α和β
恒温下由一个液相 L 和一
（二）、合金的组成
1、基本概念
合金：由一种金属元素与其它金属元素或非金属元素组成的具有 金属特性的物质。
金属磁性材料
概述 磁学基础知识 金属磁性材料的理论基础 金属软磁材料 金属永磁材料
第一章概述
材料主要分为金属材料、陶瓷材料和高分子材 料。金属磁性材料为金属功能材的一种，由金 属、合金以及金属间化合物所组成。历史悠久、 种类多、应用广。特别是近年来，有重大突破， 发展很快。例如：稀土永磁材料；双相纳米晶 软磁材料；非晶软磁薄带；超细微粉（纳米 级）。