第十一章 现代新型材料..

世界各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫 国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作 用。我国非常重视功能材料的发展，在国家攻关、“ 863”、 “973”、国家自然科学基金等计划中，功能材料都占有很大的 比例，在“九五”、“十五”国防计划中还将特种功能材料列 为国防尖端材料。这些科技行动的实施，使我国在功能材料领 域取得了丰硕的成果，超导材料、平板显示材料、稀土功能材 料、生物医用材料、储氢材料、金刚石薄膜、高性能固体推进 剂、红外隐身材料、材料设计与性能预测等领域已经接近或达 到国际先进水平，在某些成分配方和相关技术上还取得了自主 知识产权。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的 高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意 义。功能材料按使用性能可分为微电子材料、光电子材料、传 感材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料 和智能材料等。
2．软磁材料 矫顽力低、磁导率高的磁性材料称为软磁材料。软磁材料 主要用于制造发电机或电动机的转子和定子、变压器或继电器 或镇流器的铁芯、计算机的磁芯、导磁体、磁记录的磁介质等。 软磁材料制造的器件或设备，一般在交变磁场条件下工作，要 求具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、功率大、发热 量少、使用寿命长的特点，因此，软磁材料应具备磁导率和饱 和磁感应强度高、矫顽力和剩余磁通密度低、铁芯耗损小、电 阻率高、磁致伸缩系数小、磁各向异性系数低、居里温度较高 等特性。常用软磁材料主要有电工纯铁和低碳电工钢、铁硅软 磁合金、镍铁系软磁合金、铁铝系和铁钴系软磁合金等。
4．磁性流体 磁性流体是指吸附表面活性剂的磁性微粒在基载液中高度弥散分布 所形成的胶体体系。磁性流体具有强磁性和流动性，在重力和电磁力作 用下能够长期保持稳定。 磁性流体由磁性微粒、表面活性剂和基载液组成。磁性微粒是指铁 氧体、金属或铁的氮化物的粉末，粒度很小，只有纳米级，具有单畴结 构和较高的饱和磁化强度；表面活性剂是一种长链分子，其一端吸附于 磁性微粒，另一端在基载液中自由摆动。表面活性剂的作用是防止磁性 微粒发生聚集而沉淀，因此，应具有较强的亲水性或亲油性。常用的表 面活性剂有硅烷偶联剂、苯氧基十一烷酸、油酸等；基载液是磁性流体 的基体。常用的基载液有水、脂、硅酸盐脂、碳氢化合物、聚苯基醚、 水银等。磁性流体的作用不同，基载液和表面活性剂的选择也不同。 磁性流体主要用于制造光传感器、温度传感器、磁强计、惯性阻尼 器、压力信号变压器、电流计、密度计、加速度表、流量计、控制器、 能量交换机、液体金属发电机、磁密封装置、药物吸收剂、造影剂等。
第十一章
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现代新型材料
能源、信息和材料是现代文明的三大支柱，而材料又是一切 技术发展的物质基础。人类对材料的认识、制造与应用，经历了 从天然材料到合成材料、设计材料的发展过程。一种新材料的出 现，往往会引起生产力大发展，推动社会进步。新材料是指新发 展或正在发展的，具有优异性能和特定功能的，对科技进步和国 民经济发展以及提高综合国力有重要作用的一类材料。新材料发 展的重点已经从结构材料转向功能材料，功能材料是指具有特殊 电、磁、声、光、热、力、化学及生物功能的新型材料，对高技 术的发展起着重要的推动和支撑作用，同时对改造某些传统产业， 如农业、化工、建材等起着重要作用。在全球新材料研究领域中， 功能材料约占85%。随着信息社会的到来，功能材料已经成为信 息、生物、能源、环保、空间等技术领域的关键材料，是世界各 国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略 竞争的热点。
3．磁记录和磁光记录材料 磁记录是一相综合技术，包括磁记录材料、磁头、记录与重放系统、 记录编码方式等。磁记录材料受到外磁场的磁化，当外磁场去掉后仍能 保持其剩余磁化状态。磁记录介质剩余磁化强度的变化记录下了外部电 信号或数据的变化。 磁记录材料的原料主要有磁粉、粘合剂、带基等。目前，我国磁粉 行业的生产技术还不发达，只有录音带用磁粉的质量较高，录像带用磁 粉的质量还不过关，磁盘和磁卡用磁粉尚未生产。 自1973年人们发现了非晶磁光记录材料，磁光记录技术得到了迅速 发展和大量应用。磁光记录的特点是容量大、可靠性高、可反复读写。 磁光记录的介质是垂直磁化膜，其易磁化方向垂直于膜面，磁矩垂直于 膜面向上或向下排列。记录信息时，对磁光记录介质施加一个记录磁场 和一个表示信息的脉冲激光，受到脉冲激光照射的区域由于吸收光能使 温度升高，矫顽力随之下降，该区域的磁矩会发生翻转而沿外加记录磁 场方向排列。这样，就可以将光的强弱信号转变为不同方向排列的磁矩 而记录下来。
二、磁性材料的分类与应用 常用磁性材料有很多种。按矫顽力大小可分为软磁材料、 半硬磁材料和硬磁材料三种，一般矫顽力低于100kA/m的是软磁 材料，矫顽力高于1000kA/m的是硬磁材料；按磁性材料的功能 可分为磁芯材料、永磁材料、磁记录材料、磁光记录材料、磁 性流体、磁致电阻材料、磁致伸缩材料等。 1．永磁材料 永磁材料也称硬磁材料。永磁材料经外磁场磁化并去掉磁 场后，仍保留较强的磁性，具有很高的饱和磁化强度、矫顽力 和磁能积。永磁材料的应用主要是利用永磁体产生足够强的磁 场、磁极与磁极的相互作用、磁场对带电物体或粒子或载电流 导体的相互作用来做功，或实现能量转换及信息转换。常用永 磁材料主要有马氏体磁钢、铁基永磁材料、铁镍铝和铝镍钴系 铸造永磁合金、铁铬钴系可加工永磁合金、锰基和铂基永磁合 金、钴基稀土永磁合金、铁基稀土永磁合金、稀土金属间化合 物永磁材料等。
第一节 磁性材料
一、概述 磁性材料是指具有强磁性的材料。磁性材料具有能量转换、存储能 量状态及改变能量状态的功能，是一种重要的功能材料。 材料的磁性来源于材料中原子的磁矩。磁性材料磁性的强弱可用磁 化强度来表示，磁化强度是指单位体积中磁矩的矢量和。物质磁化的难 易程度一般用磁化率来表示。根据磁化率的大小，可将物质分为抗磁性 物质、顺磁性物质、反磁性物质、铁磁性物质、亚磁性物质等，其中顺 磁性物质的磁性最弱；铁磁性物质的磁性最强，称为强磁性物质。实际 应用的磁性材料均为强磁性物质。磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、 自动化、音像、仪器仪表、机械、航空航天、生物医疗、农业及人类生 活等各个领域。 磁性材料的特点是自发磁化。在外磁场作用下，材料会显示出强磁 性。磁性材料的自发磁化与温度有关，当达到一定温度时，材料的原子 磁矩排列不再有序，自发磁化消失，使材料显示顺磁性，这一温度称为 该磁性材料的居里温度。未经外磁场磁化的磁性材料不会显示宏观的磁 性。