磁性材料的研究和發(fā)展趨勢

馮凱

[摘 要]近年來，磁性材料發(fā)生巨大的變化，隨著人類社會的發(fā)展，為了適應(yīng)與推動文明的進步，磁性材料的應(yīng)用領(lǐng)域拓寬了，品種增加了。本文就磁性材料的研究和發(fā)展趨勢進行了探討。

[關(guān)鍵詞]磁性材料；研究；發(fā)展

中圖分類號：TB34 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）04-0136-01

引言

磁性材料主要是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)?，F(xiàn)代磁性材料已經(jīng)廣泛的用在我們的生活之中，例如：將永磁材料用作馬達，應(yīng)用于變壓器中的鐵心材料，作為存儲器使用的磁光盤，計算機用磁記錄軟盤等。

一、磁性材料的分類

磁性材料從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上講，分為金屬及合金磁性材料和鐵氧體磁性材料兩大類，鐵氧體磁性材料又分為多晶結(jié)構(gòu)和單晶結(jié)構(gòu)材料。

從應(yīng)用功能上講，磁性材料分為：永磁材料、軟磁材料、磁記錄-矩磁材料、旋磁材料等等種類。軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料中既有金屬材料又有鐵氧體材料；而旋磁材料和高頻軟磁材料就只能是鐵氧體材料了，因為金屬在高頻和微波頻率下將產(chǎn)生巨大的渦流效應(yīng)，導致金屬磁性材料無法使用，而鐵氧體的電阻率非常高，將有效的克服這一問題、得到廣泛應(yīng)用。

磁性材料從形態(tài)上講。包括粉體材料、液體材料、塊體材料、薄膜材料等。磁性材料的應(yīng)用很廣泛，可用于電聲、電信、電表、電機中，還可作記憶元件、微波元件等?？捎糜谟涗浾Z言、音樂、圖像信息的磁帶、計算機的磁性存儲設(shè)備、乘客乘車的憑證和票價結(jié)算的磁性卡等。

1.1 永磁材料

一經(jīng)外磁場磁化以后，即使在相當大的反向磁場作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。對這類材料的要求是剩余磁感應(yīng)強度Br高，抗退磁能力強，磁能積（BH）大。相對于軟磁材料而言，它亦稱為硬磁材料。永磁材料有合金、鐵氧體和金屬間化合物三類。①合金類：包括鑄造、燒結(jié)和可加工合金。鑄造合金的主要品種有：AlNi（Co）、FeCr（Co）、FeCrMo、FeAlC、FeCo（V）（W）；燒結(jié)合金有：Re-Co（Re代表稀土元素）、Re-Fe以及AlNi（Co）、FeCrCo等；可加工合金有：FeCrCo、PtCo、MnAlC、CuNiFe和AlMnAg等，后兩種中BHC較低者亦稱半永磁材料。②鐵氧體類：主要成分為MO·6Fe2O3，M代表Ba、Sr、Pb或SrCa、LaCa等復合組分。③金屬間化合物類：主要以MnBi為代表。根據(jù)使用的需要，永磁材料可有不同的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。有些材料還有各向同性和各向異性之別。

1.2 軟磁材料

它的功能主要是導磁、電磁能量的轉(zhuǎn)換與傳輸。因此，對這類材料要求有較高的磁導率和磁感應(yīng)強度，同時磁滯回線的面積或磁損耗要小。與永磁材料相反，其Br和BHC越小越好，但飽和磁感應(yīng)強度Bs則越大越好。軟磁材料大體上可分為四類。①合金薄帶或薄片：FeNi（Mo）、FeSi、FeAl等。②非晶態(tài)合金薄帶：Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以適當?shù)腟i、B、P和其他摻雜元素，又稱磁性玻璃。③磁介質(zhì)（鐵粉芯）：FeNi（Mo）、FeSiAl、羰基鐵和鐵氧體等粉料，經(jīng)電絕緣介質(zhì)包覆和粘合后按要求壓制成形。④鐵氧體：包括尖晶石型──MO·Fe2O3（M代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等），磁鉛石型──Ba3Me2Fe24O41（Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其復合組分）。

1.3 矩磁材料和磁記錄材料

主要用作信息記錄、無接點開關(guān)、邏輯操作和信息放大。這種材料的特點是磁滯回線呈矩形。旋磁材料具有獨特的微波磁性，如導磁率的張量特性、法拉第旋轉(zhuǎn)、共振吸收、場移、相移、雙折射和自旋波等效應(yīng)。據(jù)此設(shè)計的器件主要用作微波能量的傳輸和轉(zhuǎn)換，常用的有隔離器、環(huán)行器、濾波器、衰減器、相移器、調(diào)制器、開關(guān)、限幅器及延遲線等，還有尚在發(fā)展。

二、磁性材料的應(yīng)用及行業(yè)發(fā)展

2.1 磁性材料的應(yīng)用

我們知道，硬磁性材料被磁化以后，還留有剩磁，剩磁的強弱和方向隨磁化時磁性的強弱和方向而定。錄音磁帶是由帶基、粘合劑和磁粉層組成。帶基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁強的r-Fe2O3或CrO2細粉。錄音時，是把與聲音變化相對應(yīng)的電流，經(jīng)過放大后，送到錄音磁頭的線圈內(nèi)，使磁頭鐵芯的縫隙中產(chǎn)生集中的磁場。隨著線圈電流的變化，磁場的方向和強度也作相應(yīng)的變化。當磁帶勻速地通過磁頭縫隙時，磁場就穿過磁帶并使它磁化。由于磁帶離開磁頭后留有相應(yīng)的剩磁，其極性和強度與原來的聲音相對應(yīng)。磁帶不斷移動，聲音也就不斷地被記錄在磁帶上。

應(yīng)用于計算機磁性存儲設(shè)備和作為乘客乘車的憑證和票價結(jié)算的磁性卡所用的磁性材科及作用原理，同磁帶所用的磁性材料及作用原理基本相同，只是用處不同而已。在磁性卡上有一窄條磁帶，當你乘地鐵從甲站到乙站時，在甲站向儀器中投入從甲站到乙站的票錢（硬幣），之后投出一張磁性卡，在投出這張磁性卡的過程中已錄上了到乙站下車的磁記錄，拿這張磁性卡乘車到乙站后投入到儀器中，門開，出站。如果沒在乙站下車，而是在比乙站遠的丙站下車，投入的硬幣不夠，出站門不開。要拿磁性卡補票后才能出站。在乙站或丙站投入磁性卡的過程，就是磁記錄經(jīng)過磁頭變成電信號的過程。再用電信號控制站門開關(guān)。電機的鐵芯所用的磁性材料一般用硬磁鐵氧體，這些材料的特點是磁化后不易退磁。對磁通的阻力小。磁性材料的用途廣泛，磁性材料在電子技術(shù)領(lǐng)域和其他科學技術(shù)領(lǐng)域中都有重要的作用。

2.2 磁性材料的行業(yè)發(fā)展

中國地大物博，金屬和稀有元素礦藏非常豐富，有著豐富而天然的原材料資源優(yōu)勢，磁性材料產(chǎn)業(yè)所需的各種原材料幾乎國內(nèi)都能滿足。磁性材料行業(yè)，離不開稀土。因為稀土成本占磁材原料成本的30%，而中國是稀土的故鄉(xiāng)，世界上80%的稀土儲量在中國，因此中國稀土的資源優(yōu)勢，決定了磁性材料行業(yè)的中國優(yōu)勢。2007年1-8月中國電磁鐵；永磁鐵等；電磁或永磁工件夾具等進口數(shù)量為57，031，992.00千克，用匯513，161，987.00美元；出口數(shù)量為193，840，035.00千克，創(chuàng)匯809，909，620.00美元。

中國磁性材料工業(yè)在產(chǎn)量方面已經(jīng)初具規(guī)模，發(fā)展速度很快，但與日本等磁性材料工業(yè)發(fā)達的國家相比，無論是管理水平、制造工藝、產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品檔次都存在一定差距。中低檔產(chǎn)品占據(jù)了較大的國際市場，但在高檔產(chǎn)品上還缺乏競爭力。隨著高清晰度電視等消費類電子產(chǎn)品的日益普及，汽車、通信業(yè)的發(fā)展，對高檔磁性材料的需求越來越多。中國的磁性材料企業(yè)應(yīng)該抓住這個有利的時機，開發(fā)高檔磁性材料產(chǎn)品，占領(lǐng)國際市場。

三、結(jié)束語

“十一五”時期，是中國磁性材料工業(yè)大發(fā)展時期，世界磁性材料產(chǎn)業(yè)中心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到中國。預計中國鋁鎳鈷磁鋼產(chǎn)量為3，000噸（全球產(chǎn)量7，840噸），鐵氧體永磁產(chǎn)量195，000噸（全球產(chǎn)量676，000噸），稀土釹鐵硼磁體9，400噸（全球14，400噸），軟磁鐵氧體產(chǎn)量98，800噸（全球431，000噸）。到2010年中國各類磁體的產(chǎn)量均穩(wěn)居世界之首，占全球的份額還將繼續(xù)增大。到2020年，中國磁性材料的產(chǎn)量將占全球一半以上，成為世界磁性材料產(chǎn)業(yè)中心。

參考文獻

[1] 李雙.功能化磁性材料制備及在環(huán)境污染物檢測中的應(yīng)用[D].中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院，2015.