磁性材料的认识与应用(PPT)

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二、磁性材料的分类(1)
人们一般把磁性材料分成金属磁性材料和铁氧体磁性材 料两大类。前者以纯金属和各种合金为原材料,后者则以氧 化铁和其他各种金属氧化物为原料。 为了使用方便可将上面材料细分为永磁材料,软磁材料 ,旋磁材料以及磁信息材料 。例如:核磁共振成像仪 、粒 子加速器 、发电机 、参量放大器 、磁带等。
(2)钕铁硼(Nb-Fe-B)稀土永磁生产工艺:
原材准备
冶炼
铸锭
破碎与制粉
成品 检测 烧结法制取钕铁硼 加工与表面处理 回火 烧结
磁场取向与压型
(3)烧结钕铁硼永磁铁在生活中的用途
提高扩音器的解析度
应用于磁悬浮列车
应用于电动机
应用于核磁共振
2.软磁材料 软磁材料是指那些易于磁化并可反复磁化的材料, 但当磁场去除后,磁性即随之消失。这类材料的特 性标志是:磁导率(µ=B/H)高,即在磁场中很容易 被磁化,并很快达到高的磁化强度;但当磁场消失 时,其剩磁很小。目前常用的软磁体有铁硅合金、 铁镍合金、非晶金属。 (1) 铁硅合金: 最常用的软磁材料, 常用作低频变压器、 发电机的铁芯;
核磁共振仪
粒子加速器
发电机
二、磁性材料的分类(2)
当然也有的人们将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 。
电工钢 镍基合金
随着磁性材料的 发展以及各方面 的需要,分类以 及归纳的方法也 不尽相同。
铁氧体材料
三、磁性材料的基本特性
1.磁性 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。
磁性材料的认识和应用
导 师: 叶晓萍 主讲人:郑周 答辩人: 答辩人: 吴秋华 陈玉彬 刘俊毅 黄小群 林岳阳 郑松标 专 业: 应用化学(精细化学)
目录
引言 磁性材料 一、磁性材料的历史 2、软磁材料
二、磁性材料的分类(1)、(2) (1)铁硅合金 三、磁性材料的基本特性 (2)铁镍合金 (1)磁性 (3)非晶金属 (2)基本磁化曲线 五、磁性材料的发展前景 (3)磁性材料常用性能参数 四、磁性材料的应用 六、磁性材料的问题 1、永磁材料 (1)烧结钕铁硼磁性材料 (2)钕铁硼(Nb-Fe-B)稀土永磁生产工艺 (3)烧结钕铁硼永磁铁在生活中的用途
2.磁性材料的磁化曲线 磁化曲线是表征物质磁化强度(B)与磁场强度(H) 的依赖关系的曲线 。 (1)磁滞回线 B随H变化的全过程如下: 当H按 O→Hm→O→-Hc→- Hm→O→Hc→Hm的顺序变化时, B相应O→Bm→Br→O→- Bm→-Br→O→Bm的顺序 变化
铁磁体的磁滞回线
Oa为起始磁化曲线 Br为剩余磁感应强度
传感器
研究最多、应用最广 的非晶金属是非晶态 软磁合金,有铁基、 钴基、铁镍基和铁钴 镍基等合金。
脉冲变压器铁芯
航空变压器非晶铁芯
磁头
五 、 磁 性 材 料 发 展 前 景
1.现在世界汽车产量在5500 万辆左右, 按每 辆汽车使用电机数30 只, 预测需要电机16 亿只。汽车用的扬声器产量2.3 亿只。预测 与上述器件配套需要铁氧体永磁25 万吨。 2.计算机是使用钕铁硼最大的市场之一,约 年需求量在上万吨。随着信息时代到来, 计算机进入家庭的热潮,钕铁硼材料的使 用将更大。 3.通讯业的发展, 这为软磁和永磁材料带来 了良好的市场。这方面需要高磁导率软磁 铁氧体材料3万吨, 钕铁硼磁体近千吨。 4.在消费类产品方面,彩电、摄录像机 、家用音响 等将需要的软 磁铁氧体6 万吨、永磁铁氧体8 万吨、钕铁硼磁体2000 吨。
铁硅合金
低频变压器
(2)铁镍合金:典型代表材料为坡莫合金,具有高 的磁导率(磁导率µ为铁硅合金的10~20倍)、低的损 耗;并且在弱磁场中具有高的磁导率和低的矫顽力, 但力学性能不太好,通常应用于电子材料;
电压互感器
微电机 坡莫合金
(3)非晶金属:是一种特殊的物质状态,具有优异的软磁、 力学、耐腐蚀、电学等性能。
(1)烧结钕铁硼磁性材料
钕铁硼磁性材料是钕,氧化铁等的合金,又 称磁钢。其特性硬而脆、易被氧化腐蚀。钕铁硼具 有极高的磁能积和矫顽力,同时高能量密度的优点 使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了 广泛应用,从而使仪器仪表、电声电机、磁选磁化 等设备的小型化、轻量化、薄型化成为可能。 钕铁硼的优点是性价比高,具良好的机械特性; 不足之处在于居里温度点低,温度特性差,且易于 粉化腐蚀,必须通过调整其化学成分和采取表面处 理方法使之得以改进,才能达到实际应用的要求。
总之, 从市场发展看, 中国长期在全球磁 性材料市场发展前景是乐观的。
六 、 磁 性 材 料 发 展 的 问 题
1.磁材行业经过“七·五”、“八·五”技术改造, 不少厂家引进了 美、日、德、意等国先进生产线或生产线关键设备, 大都取得了 较好的经济效益和社会效益, 但个别单位受骗上当, 交了学费, 尤 其是二手设备的引进, 容易失误。 2.现在可以说, 无论永磁铁氧体、稀土永磁、AlNiCo , 还是软磁 铁氧体、粘结磁体等, 凡是采用陶瓷工艺、粉末冶金工艺所需的 生产线专用设备基本上已实现了国产化, 但与国外的差距, 一是 自动化程度低, 二是设备的稳定性、可靠性稍差, 价格仅是国外 同类产品的10% ~30%。
基本磁化曲线(图1) 退磁曲线(图2)
在理论上,要消除剩磁 只需通一反方向磁化电流, 在理论上,要消除剩磁Br,只需通一反方向磁化电流,使外加磁场正好 等于铁磁材料的矫顽磁力就行。实际上,矫顽磁力的大小通常并不知道, 等于铁磁材料的矫顽磁力就行。实际上,矫顽磁力的大小通常并不知道, 因而无法确定退磁电流的大小。我们从磁滞回线得到启示: 因而无法确定退磁电流的大小。我们从磁滞回线得到启示:如果使铁磁 材料磁化达到饱和,然后不断改变磁化电流的方向, 材料磁化达到饱和,然后不断改变磁化电流的方向,与此同时逐渐减小 磁化电流,以至于零, 磁化电流,以至于零,那么该材料得磁化过程就是一连串逐渐缩小而最 终趋于原点的环状曲线,如图2所示 所示。 减小到零时, 亦同时降为零 亦同时降为零, 终趋于原点的环状曲线,如图 所示。当H减小到零时,B亦同时降为零, 减小到零时 达到完全退磁。 达到完全退磁。
一、磁性材料的历史
最早被发现的磁性材料是磁铁,即为天然的磁 铁矿,但最早使用磁铁的应该是中国人。据记载黄 帝大战蚩尤的时候使用过磁材料,也就是指南车。 在战国时代,人们就用一根磁铁放在有刻度的盘上 用来占卜。而且在两宋时期,就出现了人工磁铁。 虽然磁铁出现的早,但发展的十分缓慢,直到20 世纪20年代制造出铝镍钴(Alnico),随后,20世纪50 年代制造出铁氧体(Ferrite),70年代制造出稀土磁铁 ,包括钕铁硼(NdFeB)和钐钴(SmCo)。
磁性材料
磁性材料对我们并不陌生,早在3000年以前就被人们所认 识和应用,而且现代磁性材也已经广泛的应用在我们的生活之 中 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 。
司南 留声机 磁 卡
磁盘
所以通常认为,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。
Bm点为饱和磁化强度 Hc为矫顽力
(2)基本磁化曲线
对于同一铁磁材料,若开始时不带磁性, 对于同一铁磁材料,若开始时不带磁性, 依次选取磁化电流为I 依次选取磁化电流为 1、I2、…Im(I1< I2…< Im)则相应的磁场强度为 1、H2、…、 则相应的磁场强度为H 、 则相应的磁场强度为 Hm。在每一个选定的磁场值下,使其方 在每一个选定的磁场值下, 向发生两次变化( 向发生两次变化(即H1→H1→H1,…Hm→- Hm→Hm等),则可得到 ),则可得到 一组逐渐增大的磁滞回线我们把原点o和 一组逐渐增大的磁滞回线我们把原点 和 各个磁滞回线的顶点a1、a2、…、a所连 各个磁滞回线的顶点 、 所连 成的曲线, 成的曲线,称为铁磁材料的基本磁化曲线 (图1)。 )。
最大磁能积:最大磁能积是退磁曲线上磁感应强度(B)和磁场强度 最大磁能积 乘积(H)的最大值。这个值越大,说明单位体积内存储的磁能越大, 材料的性能越好。
四、磁性材料的应用
1.永磁材料 永磁材料经磁化后,去除外磁场仍保留磁性,其 性能特点是具有高的剩磁、高的矫顽力。永磁材料包 括铁氧体和金属永磁材料两类。 铁氧体的用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大、应用广泛、价格低,但磁性能 一般,用于一般要求的永磁体。金属永磁材料中钕铁 硼(Nb-Fe-B)稀土永磁,钕铁硼磁体不仅性能优, 而且不含稀缺元素钴,作为稀土永磁材料发展的最新 结果,由于其优异的磁性能而被称为“磁王”。
所以只有不断开发出拥有自主知识产权的 设备和仪器, 支撑和促进磁材生产技术的 发展, 我国才能真正成为磁材生产强国。
3.磁材料常用的性能参数
饱和磁感应强度B 饱和磁感应强度Bm:其大小取决于材料的成分,它所对应的物理状态是材 料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值。 矩形比:Br∕Bm。 矩形比 矫顽力H 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)。 磁导率μ 磁导率μ:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值,与器件工作状态密 切相关。 居里温度T 居里温度Tc:铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时, 自发磁化消失,转变为顺磁性,该临界温度为居里温度。它确定了磁性器 件工作的上限温度。 磁滞损耗 :铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗 ,降低磁 滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc 。
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