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电子信息材料
---磁性材料
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一、引言 (3)
二、磁性材料的定义 (4)
三、磁性材料的分类 (4)
3.1永磁材料 (4)
3.2．软磁材料 (5)
3.3矩磁材料和磁记录材料 (6)
3.4旋磁材料 (6)
四、磁性材料的实际应用与发展 (6)
4.1磁性液体的应用 (6)
4.2、平板扬声器结构与原理 (7)
4.3平板扬声器应用与特点分析 (8)
五、市场分析和前景 (9)
5.1中国磁性产品市场变化 (9)
5.2磁性材料市场前景 (10)
六.对课程的认识总结 (10)
【参考文献】 (10)
【摘要】磁性材料最开始在中国被发现并应用于中国四大发明中的指南针上，随后历经多年的发展，磁性材料已经广泛的应用在我们的生活之中，也与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。

本文综述了对磁性材料的认识，磁性材料的分类与相关概况，磁性材料的基本特性，磁性材料的机理与生产工艺，实际应用以及发展前景等。

【关键字】电子信息材料磁性材料分类应用发展前景
一、引言
在电子信息材料中新型电子元器件用材料主要向小型化、片式化方向发展。

磁性材料、电子陶瓷材料、压电晶体管材料、绿色电池和材料、信息传感材料和高性能封装材料等将成为发展的重点。

本篇将围绕磁性材料展开进一步的学习。

中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。

早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载。

11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法。

1086年梦溪笔谈》记载了指南针的制作和使用。

1099～1102年有指南针用于航海的记述，同时还发现了地磁偏角的现象。

近代，电力工业的发展促进了金属磁性材料——硅钢片（Si-Fe合金）的研制。

永磁金属从19世纪的碳钢发展到后来的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。

20世纪40年代，荷兰J.L.斯诺伊克发明电阻率高、高频特性好的铁氧体软磁材料，接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体。

5年代初，随着电子计算机的发展，美籍华人王安首先使用矩磁合金元件作为计算机的内存储器，不久被矩磁铁氧体记忆磁芯取代。

50年代初人们发现铁氧体具有独特的微波特性，制成一系列微波铁氧体器件。

后来又出现了强压磁性的稀土合金，非晶态（无定形）磁性材料等。

现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。

可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。

而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。

二、磁性材料的定义
磁性材料，通常所说的磁性材料是指强磁性物质，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。

现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。

大比特资讯上说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。

而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。

磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。

磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。

一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。

三、磁性材料的分类
磁性材料具有磁有序的强磁性物质，广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。

磁性是物质的一种基本属性。

物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。

铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。

磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。

按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。

功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等。

3.1永磁材料
永磁材料经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。

对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高，矫顽力BHC(即磁性材料抗退磁能力)强，磁能积(BH)(即给空间提供的磁场能量)大。

相对于软磁材料而言，它亦称为硬磁材料。

3.1.1 永磁材料的分类
永磁材料有合金、铁氧体和金属间化合物三类：
①合金类：包括铸造、烧结和可加工合金。

②铁氧体类：主要成分为MO•6Fe2O3,M代表Ba、Sr、Pb或SrCa、LaCa等复合组分。

③金属间化合物类：主要以MnBi为代表。

3.1.2永磁材料的应用
永磁材料有多种用途①基于电磁力作用原理的应用主要有：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。

②基于磁电作用原理的应用主要有：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。

③基于磁力作用原理的应用主要有：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。

其他方面的应用还有：磁疗、磁化水、磁麻醉等。

跟据使用的需要，永磁材料可有不同的结构和形态。

有些材料还有各向同性和各向异性之别。

3.2．软磁材料
它的功能主要是导磁、电磁能量的转换与传输。

因此，对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度，同时磁滞回线的面积或磁损耗要小。

与永磁材料相反，其Br和BHC越小越好，但饱和磁感应强度Bs则越大越好。

3.2.1软磁材料的分类
软磁材料大体上可分为四类。

①合金薄带或薄片：FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等。

②非晶态合金薄带：Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以适当的Si、B、P 和其他掺杂元素,又称磁性玻璃。

③磁介质（铁粉芯）:FeNi(Mo)、FeSiAl、羰基铁和铁氧体等粉料。

④铁氧体：包括尖晶石型──M O•Fe2O3 (M 代表NiZn、MnZn、MgZnLi1/2Fe1/2ZnCaZn等),磁铅石型──Ba3Me2Fe24O41(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其复合组分)
3.2.2软磁材料的应用
软磁材料的应用甚广，主要用于磁性天线、电感器、变压器、磁头、耳机、
继电器、振动子、电视偏转轭、电缆、延迟线、传感器、微波吸收材料、电磁铁、加速器高频加速腔、磁场探头、磁性基片、磁场屏蔽、高频淬火聚能、电磁吸盘、磁敏元件(如磁热材料作开关)等。

3.3矩磁材料和磁记录材料
主要用作信息记录、无接点开关、逻辑操作和信息放大。

这种材料的特点是磁滞回线呈矩形。

3.4旋磁材料
具有独特的微波磁性，如导磁率的张量特性、法拉第旋转、共振吸收、场移、相移、双折射和自旋波等效应。

据此设计的器件主要用作微波能量的传输和转换，常用的有隔离器、环行器、滤波器（固定式或电调式）、衰减器、相移器、调制器、开关、限幅器及延迟线等，还有尚在发展中的磁表面波和静磁波器件（见微波铁氧体器件）。

四、磁性材料的实际应用与发展
4.1磁性液体的应用
4.1.1磁性液体的分
离技术
（图1 磁性液体矿物分选装置）
磁性液体在外磁场的作用下可改变其表观密度。

通过调节外加磁场的强度来改变磁性液体的表观密度, 就可以实现在磁性液体中某些特定物质的沉浮。

这就是磁性液体浮选的基本原理。

图1是磁性液体矿物浮选的示意图。

日本研制的比重分选机成功地将玻璃和陶瓷分离开。

俄罗斯研制出成套的砂、金磁性液体分选装置 , 其黄金采收率高达 9816% , 处理时间缩短 1 /3。

4.1.2磁性液体研磨和抛光
（图2 磁性液体研磨基本原理示意图）
磁性液体研磨主要是利用磁悬浮的基本原理,在水基或油基磁性液体中混入粒度为几微米到几百微米的磨粒,在梯度磁场的作用下,非磁性的磨粒受到磁性浮力的作用,浮于磁性液体的表层,磨粒与工件表面之间处于一种弹性浮动接触状态,通过对工件加压转动,磨粒对工件进行磨削,从而起到研磨作用,如图2所示。

通过改变外加磁场强度及加工压力,可以调节磨削速率。

磁性液体研磨适用于各种材料和任何形状曲面的加工,而且,可以内外表面同时进行,其应用前景十分看好。

4.2、平板扬声器结构与原理
4.2.1平板扬声器的结构
平板扬声器的结构如图3所示，主要由软磁材料、音圈、平板发声盘、环形导电线圈、偏磁线圈组成。

其结构要求音圈固定在以软磁材料为支架的半闭合磁
路上，振动发声盘为四边固定的张紧的柔性导电盘或内部相嵌有多个（三个以上）同心导电环的柔性圆盘构成，并保证磁路完全穿过振动盘。

偏磁线圈的作用是在扬声器工作时加入合适的直流或超音频交流偏磁电流，使磁路中的音频磁场避开磁化曲线的非线性区。

（图3 平板扬声器结构图）
4.2.2 平板扬声器工作原理
当音圈中通过经功放放大的音频电流时，音频电流在软磁材料中产生的音频变化磁通穿过发声盘，平板发声盘内的各导电环产生互感磁通，互感磁场与音频磁场相互作用而迫使发声盘产生音频的机械振动而发声。

由于软磁材料的磁化曲线是非线性的，使得音频电流的过零点产生很大的失真。

因此在磁路中加一个偏磁线圈，外加一恒定的直流或超音频交流偏磁电流，精确调整偏磁电流的大小和音频信号的幅度，使音频磁通避开磁化曲线的非线性区。

4.3平板扬声器应用与特点分析
4.3.1平板扬声器应用
平板扬声器应用示意如图4所示，其中超音频交流振荡电路或直流稳压电源为偏磁线圈提供偏磁电流，R为限流电阻，为了使偏磁线圈不会对音频磁通短路，要求R尽可能大些，RW是最佳偏磁调节器，调节其大小可保证加给扬声器的直流（或交流）偏磁刚好使音频信号磁场在软磁体的磁化曲线的线性段中间。

功率放大器输出的音频信号加到音圈上，将音频电流转变成音频变化的磁场，此磁场穿过发声盘各导电环，各导电环的互感磁场与音频磁场相互作用而推动发声盘还原高保真声场。

（图4 平板扬声器应用示意图）
五、市场分析和前景
5.1中国磁性产品市场变化
产品档次从低端向高端发展，高档产品占全部产量的30%以上。

产品向片式化、集约化发展，器件尺寸越来越小。

国际市场竞争，促使磁性材料的价格下降。

磁性产品向新技术和新应用领域发展。

5.1.1中国家电市场的变化
平板电视的发展、变频空调、冰箱压缩机洗衣机、微波炉、电磁炉、电剃刀、厨房用品等用磁的发展。

平面显示器是典型的数字电子消费品。

提供的一些重要电子元件，这些元件可以使平面显示器更薄，质量更高，电磁噪音更低。

数字家电产品要求磁性元件抗电磁干扰和电磁兼容材料。

随着电子设备向高频、高速、高组装密度发展，各类磁芯向高磁导率、高频化和小型化发展。

现在国际上绿色环保对电磁干扰和电磁兼容提出更高的要求，禁止无上述功能的电子设备销售。

5.1.2工业类整机应用发展
汽车工业、IT行业、通讯行业中国成为世界最大生产基地和销售市场之一，具有良好的发展前景。

WTO后，与世界接轨，电子、电力产品必须达到抗电磁干扰，市场强劲，世界各大电子元件公司投入开发，我国起步较晚，EMI对策元件将迅速发展，器件片式化、微小型化、高频化、集成化发展，磁性薄膜和厚膜是EMI软磁元件面临的主题。

另外，汽车成为中国经济的第五柱工业，2006排名世界第三(1-7月)生产400万辆，2010年达1000万辆，磁性材料最大的受益行业之一，现在汽车是“行驶的计算机”舒适、安全的理念，新一代汽车技术的开发硕果频频，如混合动力和燃料电池汽车和用于无线通讯的远程信息处理技术。

同时，汽车的安全保障是无条件的。

汽车导航系统被认为是汽车的“大脑”，并且在日益计算机化。

它们是如此的便利，以至于一旦使用，便难以释手。

功能的进化是飞速的，包括数据的存储从DVD到移动硬盘的更新换代。

5.2磁性材料市场前景
中国的磁性材料工业凭借丰富的资源和劳动力的优势，以及巨大的国内外市场的支持，一跃成为世界磁性材料生产大国和制造中心。

据制冷快报记者了解，我国磁性材料中低档产品占据国际市场的60%以上，高档产品方面也开始形成竞争力。

纵观国际国内市场发展的需求，在通信、计算机、汽车和电动自行车以及消费类电子产品市场的拉动下，磁性材料市场前景十分光明。

随着产业扶持政策的颁布实施，一大批企业更是迎着政策的东风抢占市场的制高点，竞争态势空前高涨、磁性材料行业的发展将迎来黄金机遇期。

可谓是“前途一片光明”。

六.对课程的认识总结
通过上这们课，了解了各种各样的电子信息材料，以及它们在我们生活中的应用，通过老师娓娓的讲述，深入浅出的解析，将这些知识铭记于脑海，知识面得到了极大的扩充，感觉收益匪浅，收货很大！
【参考文献】
［1］佚名磁性材料［EB/OL］
/view/61547.htm百度百科
［2］佚名磁性材料基本知识 [EB/OL]
/view/6564f6f4f61fb7360b4c65a0.html
北京科技大学电子信息材料
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［4］翁兴园.磁流体技术及应用的发展现状与未来[J].磁性材料及器件,1999,29(6):35-39. ［5]许淳淳.战略与腐蚀的全面控制[J].化工设备与防腐蚀,2000,5(1):49.
［6］俞蓉蓉.地下金属管道的腐蚀与防护[M].北京:石油工业出版社,1998.
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金属腐蚀与涂层防护[J].合成材料老化与应用,2003,32(4):36-40.
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