即磁性随晶轴方向显示各向异性.docx

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即磁性随晶轴方向显示各向异性

复习题练习

填空题

1.、铁氧体材料按其晶体结构分为_尖晶石铁氧体_、_石榴石铁氧体_和_磁铅石（或六角晶系）铁氧体。

2..永磁材料的一个重要的性能指标为磁能积，其单位为MGOe。

3.六角铁氧体有三种磁晶各向异性：

、和。

（主轴型、平面型、锥面型）

4.目前金属纳米晶磁性材料已得到广泛的应用，其中三种牌号的纳米晶磁性材料为：

________、________和________。

（FINEMET、NANOPERM、HITPERM）

5、磁化曲线随晶轴方向的不同而有所差别，即磁性随晶轴方向显示各向异性，这种现象称为__磁晶各向异性______，它存在于所有铁磁性晶体中，在__非晶磁性材料___中不存在。

6、金属永磁材料高矫顽力机理主要有高应力型、__单畴型__、___成核型___和__钉扎型___。

7.尖晶石铁氧体在单位晶胞中，A位置共有__64__个，B位置共有___32___个，但实际占有金离子的A位置只有___8___个，B位置只有___16___个，其余空着，这些空位对配方不准造成的成分偏离正分并对___掺杂_____有利。

8、磁性材料材料在交变磁场中产生能量损耗，称为__磁损耗___。

磁损耗包括三个方面__涡流损耗__、___磁滞损耗__和__剩余损耗___。

9.一般来讲，技术磁化过程存在两种磁化机制，分别为_畴壁运动__和__磁畴转动___。

10.一般来讲，铁氧体材料其磁饱和磁化强度远小于金属软磁材料，其应用频率远高于金属软磁材料。

金属软磁材料低电阻率的特性导致涡流效应，涡流损耗限制了其在高频段的应用。

11.品质因数是反映软磁材料在交变磁化时能量的_贮能___和_损耗__的性能。

名词解释：

1.金属间化合物

答：

金属与金属、或金属与非金属之间常按一定比例和一定顺序，共同组成一个新的、不同于其任一组元的新点阵的化合物，这类化合物统称为金属间化合物。

2.磁相变

答：

磁性有序结构向有序结构转变（如反铁磁与铁磁结构之间的转变）或磁性无序结构与有序结构间的转变过程，称为磁相变。

3.结晶织构

在材料结构一定的情况下，其晶粒在一个方向上成规则排列的状态，称为结晶织构。

4.失稳分解

5.叵姆合金

是指35~80%Ni-Fe系二元合金和添加Mo,Cu,Cr等元素的多元合金。

常称做坡莫合金或叵姆合金

6.磁性织构

在材料结构一定的情况下，其磁畴在一个方向上成规则排列的状态。

7.氧参数：

描述尖晶石铁氧体单位晶胞中氧离子真实位置的一个参数，是指氧离子与小立方（又名子晶格）中最远一个面的距离。

8.饱和磁化强度

磁体在饱和磁化状态（磁矩平行排列）时，定义单位体积内磁体的磁矩矢量和为饱和磁化强度。

9.磁性矫顽力

该磁学参数描述的是磁性材料磁化过程的难易的量，数值越大表示材料越难磁化。

在M-H磁滞回线上,矫顽力为使磁矩为零所需磁场大小。

辨析题：

1、现有两种磁性材料：

FeNi合金和LiFeCr尖晶石铁氧体，分别测得它们的M-T曲线如下图所示，请问：

（1）图中的

（1）和

（2）分别是属于哪一个材料？

（2）它们有哪些不同之处？

（3）图中的A、B、C分别是什么温度？

（4）如在昼夜温差大的环境下使用，我们该选择哪一材料来开发磁性器件（假设不计成本）？

若用于开发高频器件，我们应该选择哪种器件？

2.磁晶各向异性常数K1为磁性材料的内禀磁特性，只与材料的成分有关。

故对Fe-Ni合金，只要其成分相同，其K1值都相同。

请判断上面说法的对错，同时说明原因。

答：

不对，磁晶各向异性常数K1为材料的内禀磁特性，除与材料的成分相关外，还与其结构相关。

对成分相同Fe-Ni合金，当热处理工艺不同时，其结构、显微组织将会不同,所以其K1值就有可能不相同。

）

问答题：

1、简述金属软磁材料磁化机制，同时说明提高其超始磁导率的方法和措施。

磁化机制（磁畴转动，畴壁位移）。

磁畴转动主要受到各向异性场的影响；

畴壁位移主要受到各种形式的钉扎作用，如内应力的钉扎，非磁性第二相的阻碍，晶界对畴壁位移的阻碍（也即晶粒大小对软磁性能的影响）。

提高其起始磁导率的方法和措施：

1提高饱和磁化强度Ms；

2有效方法，使K1→0，λs→0；

3高温退火、真空热处理、氢气热处理；

4使材料杂质相对集中；

5真空熔炼、精炼；

6进行织构。

。

。

。

。

。

。

7。

。

。

。

。

2.简述晶粒大小对常规磁性材料和纳米晶磁性材料矫顽力的影响规律，并说明为什么。

答：

对于常规磁性材料而言，晶粒直径越小，矫顽力越大，一般成Hc1/D的关系（D为晶粒直径）。

这是因为晶粒越小，相同体积内的材料含有的晶界数目越多。

而晶界是畴壁位移所受阻力来源之一，晶界越多，畴壁位移过程将受到更多的阻力，从而导致矫顽力增大；

对纳米晶而言，晶粒越小，矫顽力越小。

根据随机各向异性理论，纳米晶材料的等效磁晶各向异性常数可以表述如下：

，其中Kc为常规晶粒尺度下的磁晶各向异性常数，N为晶粒临界尺度（小于该尺度矫顽力不再遵循上述规律）内纳米晶的数目。

晶粒越小，临界尺度内的纳米晶数目越多，N值越大，从而使矫顽力越小，从而使得矫顽力一般遵循HcD6的关系。

3.简述Fe、Ni、Co（常温、常压下）的晶体结构（要求画出示意图）和磁性。

4.请画出典型的磁性材料的磁滞回线（M-H）和磁化曲线，并在图中标出下Ms、Hc、最大磁导率max和起始磁导率i，并指出哪些是内禀磁参数？

同时说明磁性材料的磁化机制。

5.简要说明永磁材料AlNiCo系列和NdFeB系列的矫顽力机理，试（主要从磁性能方面）比较两类材料的优缺点？

答：

AlNiCo系列合金的高矫顽力来源于合金冷却过程中通过失稳分解沉淀（析出）近似单畴大小的伸长形成磁性相弥散分布在弱磁性相中，利用磁性相的形状各向异性获得的。

目前普遍认为NdFeB系列合金的高矫顽力机制为畴壁位移钉扎型。

通过在合金晶界处的富Nd相钉扎磁畴壁的运动而实现。

优缺点比较：

NdFeB材料的最大磁能积、矫顽力要大于AlNiCo永磁材料。

但是AlNiCo永磁材料的居里温度要高于NdFeB材料；AlNiCo永磁性能的温度稳定性要好于NdFeB永磁材料。

6.简要说明单畴型铁氧体永磁材料（如SrFe12O19）系列和NdFeB系列的矫顽力机理，试（主要从工艺和经济性方面）比较两类材料的优缺点？

答：

单畴型铁氧体永磁材料（如SrFe12O19）系列的矫顽力机理属于单畴型，反磁化过程需要克服单畴颗粒的各向异性场对磁畴转动的束缚。

目前普遍认为NdFeB系列合金的高矫顽力机制为畴壁位移钉扎型。

通过在合金晶界处的富Nd相钉扎磁畴壁的运动而实现。

优缺点比较：

1）.单畴型铁氧体永磁材料的制备工艺简单，通常采用烧结工艺加球磨工艺即可实现，所以制备成本低；NdFeB系列合金则需要通过合金熔炼工艺获得，对设备要求高，对原料的纯度要求高，成本高；

2）.NdFeB系列合金的最大磁能积要远大于单畴型铁氧体永磁材料；NdFeB系列合金的矫顽力和剩余磁感应强度均要大于单畴型铁氧体永磁材料；

3）.单畴型铁氧体永磁材料耐腐蚀性能好，NdFeB系列合金不耐腐蚀；

7.请问下列材料中，哪些是硬磁材料，哪些是软磁材料。

区分它们的主要磁性能参数是什么？

。

（1）SrFe12O19；

（2）Fe22Ni78;（3）Sm2Co17；（4）Fe-Si；（5）MnZn尖晶石铁氧体;（6）Fe86Zr7B6Cu1（NANOPERM）；

8.请问什么是Snoek定理？

请简要说明一下（画图表示也可以）。

答：

Snoek定理描述的是软磁材料在高频下起始磁导率与截止频率的关系。

若磁化过程只考虑畴转机制，则起始磁导率和截止频率的乘积可表示为：

在等式右边，是一个常数，Ms都是材料的内禀参数，只与材料的成分有关。

所以在选定材料时，（i-1）和fr的乘积为一常数。

高的截止频率，就会导致小的磁导率。

反之亦然。

9.简述永磁材料材料的特性要求。

①、对永磁特性参数的要求

–剩余磁感应强度高

–矫顽力HCJ和HCB高

–（BH）max要大

–曲线的退磁凸出系数趋于γ→1，γ=（B·H）m/（Br·Hc）；

–稳定性好。

温度稳定性、磁场稳定性、时间稳定性

②、将永磁体选用在最佳工作点，即最大磁能积点附近。

③、经济性好

10.如何提高永磁材料的Hc？

永磁材料的矫顽力是磁感应强度B=0所需的磁场值称为BHc；使磁感应强度M=0所需的磁场值称为MHc。

如果Hc是由壁移机制决定的，可在合金内增加应力梯度及非磁性相来增加Hc；

若Hc是由畴转过程决定的，则磁畴在不可逆转动过程中受到的阻力就是Hc值的度量。

这时依赖于造成单畴粒子或弥散的单畴脱溶相及其三种各向异性（磁晶、应力及形状）来增加畴转的阻力，从而获得高的Hc值。

计算题：

1、有两种Ni-Zn铁氧体软磁材料分别为Ni0.6Zn0.4Fe2O4和Ni0.5Zn0.5Fe2O4，（注：

①分子量：

Fe2O3=159.7,NiO=74.7CoO=75,ZnO=81.4；②离子磁矩：

Ni2+=2.3μB,Fe3+=5μB,Fe2+=4μB③常量：

N×μB×103=5585）请计算及分析：

1）写出两种材料的占位结构分布式；）

2）计算两种材料0K时的比饱和磁化强度；

3）比较两种材料的起始磁导率，截止频率和居里温度的高低（不考虑微观形貌的影响），同时简要说明原因。

2.有两种Ni-Zn铁氧体软磁材料分别为Ni0.7Zn0.3Fe2O4和Ni0.6Zn0.4Fe2O4，（注：

①分子量：

Fe2O3=159.7,NiO=74.7CoO=75,ZnO=81.4；②离子磁矩：

Ni2+=2.3μB,Fe3+=5μB,Fe2+=4μB③常量：

N×μB×103=5585）请计算及分析：

1）写出两种材料的占位结构分布式；

2）计算两种材料0K时的比饱和磁化强度；

3）比较两种材料的起始磁导率，截止频率和居里温度的高低（不考虑微观形貌的影响），同时简要说明原因。

补充

一、名词解释

失稳分解当均匀的固溶体满足。

。

时，固溶体会失去稳定性，出现幅度越来越大的成分起伏，并最终分解成两相，这种现象叫失稳分解

磁性织构在材料成分一定的情况下，磁畴在一个方向上成一定规则的排列的状态，称为。

。

。

。

固态相变当外界条件（T、P）作连续变化时，固体物质在确定的条件下，其化学成分、浓度、结构、晶体组织、形状、体积、有序度、物理特性的一项或多项发生突变的现象

叵姆合金指35%-80%的fe-ni二元系合金和加入mo，cu，co的多元系合金

氧参数是描述单位晶胞中氧离子真实位置的一个参数，指氧离子与小立方中最远一个面的距离

织构化（磁性织构、结晶织构）在材料成分一定的情况下，晶粒/磁畴在一个方向上成一定规律排列的状态

截止频率在磁谱中，复磁导率的实部达到一半时，或虚部达到极大值时，所对应的频率为截止频率

金属间化合物金属与金属间、金属与非金属间按一定比例、一定顺序重新组合，形成的新的、不同于任一组分的新点阵的化合物

固溶体

铁电陶瓷在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化在外场作用下可为之转移的陶瓷，称为。

。

。

。

显微结构指在显微镜下观察到的晶相、玻璃相、气相的晶体结构

1.如何降低软磁铁氧体在高、低场应用条件下的磁滞手损耗？

磁滞损耗是指软磁材料在交变电场中存在不可逆的磁化从而形成磁滞回线所引起的被材料吸收的功率。

在低场下，降低磁滞损耗主要是防止不可逆磁化的发生，主要考虑两方面。

一是与提高磁导率的方法一致，要注意不可逆磁化的发生；但主要采用与提高磁导率不一致的方法，如晶粒细小、均匀、完整、晶界相对较厚，气孔少。

在高场下，

2.影响稀土永磁材料磁稳定性的因素有哪些？

要提高稳定性需采取哪些措施？

温度稳定性、磁场稳定性、时间稳定性。

一、高HC的配方，加入有益杂质。

二、时效处理，人工加速老化。

三、交变场退磁处理，在大于干扰场的交变场下进行退磁处理。

四、温度循环处理，在大于工作环境的温度范围，反复循环。

五、选择正确的工作点。

六、利用热刺合金进行外补偿，提高温度稳定性。

七、提高耐腐蚀性。

八、利用不同合金正负温度互相补偿提高稳定性

3.简述金属软磁材料磁化机制以及影响其起始磁导率的因素。

磁化机制：

畴转、壁移

畴转：

各向异性场为主要影响因素

壁移：

影响因素有钉扎作用、非磁性第二相的阻碍、晶面对壁移的阻碍

影响起始磁导率因素：

ms、K、rs、晶粒大小、材料纯度、非磁性相、杂质分布

4.Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响。

加入Si可以提高磁导率，降低磁滞损耗。

因为Si加入使材料的各向异性常数和磁致伸缩系数降低；ms和Tc随Si的曾加而下降，因为Si为非磁性离子

5.提高金属永磁材料稳定性可采用哪些措施。

温度稳定性、时间稳定性、磁场稳定性。

1采用高HC的材料2多种合金，利用正负温度相互补偿提高温度稳定性

3温度循环处理，在大于工作环境的温度下反复循环处理

4交变退磁处理，在大于干扰场的交变场下进行退磁处理

5选用永磁材料正确的工作点6利用热磁合金外接，提高温度稳定性

7提高材料抗腐蚀性8时效处理，人工加速老化

6.制备Ni内电极MLCC的优点是什么？

难点何在？

如何解决？

优点：

成本低。

难点：

ni内电极易被氧化，Ti4+易被还原，从而半导化，失去绝缘性。

解决方法：

在还原气氛中烧结，防止ni氧化；对磁料改性，受主掺杂，防止ti4+还原