兰州大学磁性材料试题

磁性材料

一、名词解释

1、合金与合金系

合金是一种金属元素和一种或几种其它元素（金属或非金属均可）熔合而组成的具有金属特性的物质，组成合金的不同元素称为合金的组元；组元相同，组元含量不同的一系列合金就称作合金系。

2、固溶体

合金中两组元相互溶解，固体溶质原子进入固体溶剂晶格中，共同形成均匀的固相，即具有溶剂晶格结构的合金相，该类固相成为固溶体。溶剂与溶质性质（电子结构）相差不大，在液相和固相下均能相互溶解。一般固溶体有两种，一是置换固溶体，由溶质原子替换溶剂晶格原子形成，二是间隙固溶体，这种合金的溶质多为小原子，填入溶剂晶格间隙中形成。固溶体溶质溶剂间存在一定的溶解度，这种溶解度多随温度变化而变化。

3、有序合金

合金组元的原子占据的晶位是确定的，如铁磁性、亚铁磁性、旋磁性等，该种合金即有序合金，有高的磁晶各向异性。

4、非晶态合金

将磁性合金快速冷却，使之不能形成结晶态，而是形成短程有序并有其它随机微结构特性的合金，就是非晶态合金，又称磁性玻璃。非晶态合金不具有晶粒结构，不存在长程有序，所以各向异性常数K趋于零；又由于无晶粒边界，矫顽力Hc很小，所以可以作为良好的软磁材料使用。并且具有高硬度、高强度及良好的韧性，交流特性好。

5、稀土过渡族金属化合物

由过渡族金属和稀土金属材料熔合而成的具有确定化学组成的化合物。其晶格既不同于稀土金属材料，也不同于过渡族金属材料。两种元素占据化合物晶格中的确定晶位。材料具有较强的磁晶各向异性。呈良好的永磁性。

6、铁氧体

大多由过渡族金属元素的氧化物所构成的磁性材料。磁性原子分布在由氧原子形成的间隙位中。按晶格类型，可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。前两种多为软磁性，后一种的M型材料为永磁。

7、调幅分解

过饱和固溶体在温度降低时会分解，形成饱和固溶体，伴随生成新相。新相的形成有成核长大和调幅分解两种方式。在脱溶硬化过程中，由于成分起伏，晶格畸变，引入了应力能的变化，为了保持能量极小，自由能降低，原来的均匀成分就出现了磁性相和非磁性相的富集；富集一经发生，同成分继续长大，异成分被排除，最终形成晶粒大小均匀，两相高度弥散的结构，该过程就是调幅分解。另外，调幅分解还具有过程迅速的特点。

8、自旋重取向

温度升高到一定的程度时，材料的各向异性发生改变，易磁化方向也随之变化的现象称作自旋重取向；它源自于3d和4f两个亚点阵的各向异性随温度变化相互竞争的结果。

合金与合金系：合金是一种金属元素和一种或几种其它元素（金属或非金属均可）熔合而组成的具有金属特性的物质，组成合金的不同元素称为合金的组元；组元相同，组元含量不同的一系列合金就称作合金系。。

9、比饱和磁化强度:

样品技术磁化到饱和后的单位质量磁化强度称为比饱和磁化强度，用σs表示，σs与

饱和磁化强度的关系为：σs=Ms/D D:磁体密度

10、饱和磁化强度：

单位体积内磁元的矢量和称为磁化强度。样品技术磁化到饱和后的磁化强度称为饱和磁化强度。

11、分子磁矩：

稀土金属化合物永磁,铁氧体材料都有确定的分子组成，即组成每一分子材料所具有的磁矩的矢量和称为分子磁矩，用每一物质的物质量数除σs即得该物质的分子磁矩。

12、磁性次晶格：

呈亚铁磁性的材料（如铁氧体，稀土过渡族非晶合金等）其磁结构可以看成原子磁矩具有不同取向的磁性子格子组成，这种子格子又称为磁性次晶格。

13、螺磁性:

铁磁性材料中处于空间不同位置的原子磁矩是平行排列的，而磁性稀土元素金属材料中原子磁矩的取向随空间位置的延伸发生偏转，呈螺旋形变化。称磁性的这种变化为螺磁性。

14、抵消点：

稀土-过渡族非晶态合金呈亚铁磁性，其磁结构可以看成是由稀土原子组成的子格子和过渡金属原子组成的子格子所组成，两种次晶格上的磁性离子的磁矩取向相反。对应于每一种稀土-过渡族非晶态合金，在过渡金属含量为某个特定值时其饱和磁化强度为零。这一特征成分称为抵消点。

15、补偿点：

在稀土合金和石榴石铁氧体材料中，其磁结构可以看成是稀土原子和过渡金属原子组成的磁性次晶格所组成，两种次晶格上的磁性离子的磁矩取向相反，材料的表观磁化强度是两个磁性次晶格磁矩的代数和。两种次晶格的离子的交换作用的强度不同，因而随温度升高变化的趋势不同。通常稀土原子次晶格的变化剧烈。在低于居里温度的某个温度，两个磁性次晶格总磁矩相互抵消，材料不显示宏观磁性。该温度值称作补偿点。

二、复习思考题

1、材料饱和磁化强度的度量方式有几种？分子磁矩在何种情况下可以度量材料的饱和磁化强度。

答：

a、比饱和磁化强度:样品技术磁化到饱和后的单位质量磁化强度称为比饱和磁化强度，用σs表示，σs与饱和磁化强度的关系为：σs=Ms/D D:磁体密度

饱和磁化强度：单位体积内磁元的矢量和称为磁化强度。样品技术磁化到饱和后的磁化强度称为饱和磁化强度。

b、材料要有确定的分子组成，即每一个分子所具有的分子磁矩的大小和材料组成的初级晶胞结构。

2. 固态金属磁性材料从形态上可分为固溶体、有序合金、非晶态合金和金

属化合物。它们在晶体结构上有何区别？

答：固溶体

合金中两组元相互溶解，固体溶质原子进入固体溶剂晶格中，共同形成均匀的固相，即具有溶剂晶格结构的合金相，该类固相成为固溶体。溶剂与溶质性质（电子结构）相差不大，在液相和固相下均能相互溶解。一般固溶体有两种，一是置换固溶体，由溶质原子替换溶剂晶格原子形成，二是间隙固溶体，这种合金的溶质多为小原子，填入溶剂晶格间隙中形成。固溶体溶质溶剂间存在一定的溶解度，这种溶解度多随温度变化而变化。

有序合金

合金组元的原子占据的晶位是确定的，如铁磁性、亚铁磁性、旋磁性等，该种合金即有序合金，有高的磁晶各向异性。

非晶态合金

将磁性合金快速冷却，使之不能形成结晶态，而是形成短程有序并有其它随机微结构特性的合金，就是非晶态合金，又称磁性玻璃。非晶态合金不具有晶粒结构，不存在长程有序，所以各向异性常数K 趋于零；又由于无晶粒边界，矫顽力Hc 很小，所以可以作为良好的软磁材料使用。并且具有高硬度、高强度及良好的韧性，交流特性好。

金属化合物

一般来说，如果合金各组元的化学性质和原子半径彼此差别很大，或者固溶体中溶质原子的浓度超过了溶解度极限，就不在形成固溶体。这是金属与金属与金属或金属与类金属（如氢、氧、硅）之间常会形成化合物，这些化合物成为金属化合物。

3． 过饱和固溶体的分解有主要方式有几种。最终的分解产物的微观结构有何区别。

答：过饱和固溶体在温度降低时会分解，形成饱和固溶体，伴随生成新相。新相的形

成有成核分解和调幅分解两种方式。

成核分解：形成晶核，晶核长大

调幅分解：在脱溶硬化过程中，由于成分起伏，晶格畸变，引入了应力能的变化，为了保持能量极小，自由能降低，原来的均匀成分就出现了磁性相和非磁性相的富集；富集一经发生，同成分继续长大，异成分被排除，最终形成晶粒大小均匀，两相高度弥散的结构，该过程就是调幅分解。另外，调幅分解还具有过程迅速的特点。

区别: 成核长大：分解产物的颗粒大小不一，随机分布

调幅分解：形成晶粒大小均匀，两相高度弥散的结构。

4、 磁性材料中主要的各向异性有哪几种，磁性材料要获得优良的软磁性，应从哪些方面控制。成分为Fe 21Ni 79的坡莫合金经双重热处理后为什么会呈

现出良好的软磁特性?

答：磁性材料存在的各向异性主要有：（1）磁晶各向异性，（2）应力各向异性，（3）形状各

向异性，此外还有交换各向异性和感生各向异性；

对软磁材料，要求有高的磁导率μ，高饱和磁化强度Ms ，以及低矫顽力Hc ，而矫顽力正比于材料中的各向异性，而和材料的饱和磁化强度成反比。。

要提材料的高软磁性能，可以通过以下途径：

（1） Ms 是结构不灵敏量，仅于成份有关，所以要选用有较高Ms 的材料；

（2） μ是结构灵敏量，可以通过调节微结构实现对μ的控制；

a ）1k

μ∝，k 是各向异性常数，因此要选择k 校的材料，对应力各向异性，s k λσ∝ 所以要选s λ校的材料；

b ）杂质少，颗粒小，分布均匀可以提高μ，成份结构不均匀会引起畴壁钉扎，

影响磁化；

c ）对非晶样品，k 很小，所以可以将样品制成非晶样品。

成份为Fe 21Ni 79的坡莫合金，通过成分调整和退火，淬火双重热处理是磁晶各向异性

系数K 1和s λ都趋于零，有很高的磁导率，软磁性能优越。