最新韩满贵磁性材料复习题.docx

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最新韩满贵磁性材料复习题

2012复习

【平时作业+课堂小测验+下面的复习题】

一、填空题（共10分，每空0.5分）

1.磁性材料在被磁化时，随磁化状态的改变而发生弹性形变的现象，称为________。

磁致伸缩效应

2.设尖晶石铁氧体的分子式为AxnABynBCznCO4其中A、B、C、为金属元素，x、y、z为相应的金属离子数，nA、nB、nC为相应的金属离子化学价。

则该多元铁氧体的离子数总合与化学价总合应满足：

________、________

x+y+z＝3、x×nA+y×nB+z×nC＝8

3.尖晶石铁氧体在单位晶胞中，A位置共有________个，B位置共有________个，但实际占有金离子的A位置只有________个，B位置只有________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________有利。

64、32、8、16、掺杂

4.铁氧体材料按其晶体结构分为________、________和________铁氧体。

尖晶石铁氧体、石榴石铁氧体、磁铅石（或六角晶系）

5.绝大多数铁氧体其导电特性属于________，其电阻率随温度的升高按指数规律________。

半导体类型、下降

6.磁性材料在交变磁场中其复磁导率的实部和虚部随频率变化的关系曲线称为磁谱。

磁导率实部下降到一半或磁导率虚部达到极大值时所对应的频率称为该材料的截止频率fr。

一般软磁铁氧体的工作频率应选择低于它的截止频率。

材料的截止频率与起始磁导率有密切的关系。

一般而言，材料的起始磁导率越低，其截止频率越高，使用的工作频率也相应提高。

7.一般来讲，铁氧体材料其磁饱和磁化强度远低于金属软磁材料，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趋肤效应，涡流损耗限制了其在高频段的应用。

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。

9.六角铁氧体有三种磁晶各向异性：

、和。

主轴型（theta=0），平面型（theta=90），锥面型（sin2theta=-Ku1/2Ku2）

10.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）

11.一般来讲，技术磁化过程存在两种磁化机制，分别为________和________。

（磁畴壁的位移运动、磁畴转动）

二、名词解释

3.磁性织构：

答：

在材料结构一定的情况下，其晶粒或磁畴在一个方向上成规则排列的状态，称为织构。

使多晶材料产生织构就是织构化。

4.固态相变：

答：

当外界条件（温度、压强）作连续变化时，固体物质在确定的条件下，其化学成分或浓度、结构类型、晶体组织、有序度、体积、形状、物理特性等一项或多项发生突变。

5.叵姆合金：

镍的质量分数为0.3-0.9的铁镍系软磁合金

6.铁磁共振线宽：

答：

在H-M’’曲线上，令μ"=0.5μ"m处的磁场分别为Ha和Hb，则ΔH=Hb—Ha为铁磁共振线宽。

8.截止频率：

答：

由于软磁材料畴壁共振及自然共振的影响，使软磁材料的磁导率实部值下降到起始值的一半且磁导率的虚部达到峰值时的频率。

称为截止频率fr

9.固态相变：

答：

当外界条件（温度、压强）作连续变化时，固体物质在确定的条件下，其化学成分或浓度、结构类型、晶体组织、有序度、体积、形状、物理特性等一项或多项发生突变。

10.过饱和固溶体的脱溶：

过饱和固溶体析出第二相，而其母相仍然保留，但浓度由过饱和达到饱和的相变。

分类：

连续脱溶和不连续脱溶

11.金属间化合物

答：

合金中各组元的化学性质和原子半径彼此相差很大，或者固溶体中溶质的浓度超过了溶解度极限，就不可能形成固溶体，这时，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。

这些化合物统称为金属间化合物。

12.氧参数：

答：

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。

13.失稳分解：

14.磁性矫顽力

答案：

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。

三、辩析题

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.Tc,Ms,Mr,Hc和μ等均为磁性材料的内禀磁特性。

4.矫顽力Hcj和HcB从其物理意义上讲是完全相同的，请在同一张图上划出M-H和B-H的退磁曲线，并标出MHc和BHc来。

5.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。

四、问答题

1.对软磁材料基本性能的要求有哪些？

1贮能高高的饱和磁感应强度（2分）

2　灵敏度高初始磁导率，最大磁导率，脉冲磁导率要高（2分）

③　效率高Hc低，电阻率高，损耗小（1分）

4回线矩形比高

5稳定性好

6磁滞回线较窄矫顽力小磁导率高

2.如何提高永磁材料材料的矫顽力？

答：

矫顽力是使残余磁感应强度变为零时所需的反向磁场的大小，主要依赖增加畴壁位移和畴转的阻力增大Hc值。

（1分）

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。

这种机制只能获得较低的Hc值（2分）

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。

（2分）

3.请指出下列材料中，哪些是永磁材料，哪些是软磁材料？

（1）坡莫合金；

（2）MnZn铁氧体；（3）AlNiCo;（4）Nd-Fe-B;（5）2:

17型R-Co磁性材料；

（6）纯度为99.999%的铁；（7）NiZn铁氧体；（8）SmCo5；（9）BaFe12O19；（10）硅钢片；

答：

永磁材料：

（3）AlNiCo;（4）Nd-Fe-B;（5）2:

17型R-Co磁性材料；（8）SmCo5；（9）BaFe12O19；

软磁材料：

（1）坡莫合金；

（2）MnZn铁氧体；（6）纯度为99.999%的铁；（7）NiZn铁氧体；（10）硅钢片

4.MGOe是什么的单位？

H的单位有哪些？

其中哪个是SI单位？

答：

MGOe是磁能积的单位（2分）。

H的单位包括有A/m,Oe等（2分）。

其中A/m是SI单位（1分）

5.请问什么是Snoek定理？

请简要说明一下。

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（1分）。

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：

（2分）

在等式右边，γ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，（μi-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。

（2分）。

若能画图表示出（μi-1）和fr的反比例关系，也给2分。

6.什么是技术磁化过程？

磁化过程主要通过哪些机制来完成？

在磁化饱和状态下的磁畴结构如何？

7.请简要说明金属铁磁性软磁材料与铁氧体软磁材料的优缺点。

8.请阐述Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响主要有哪些方面？

10.铁硅合金和铁镍合金在磁性和应用上各具有什么特点？

11.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？

答：

稳定性一般包括磁场稳定性、温度稳定性、和时间稳定性等。

其中温度的影响为主要因素。

具体的措施：

1）选择高的Hc,高θf配方，并可添加有益杂质；

2）利用不同系列合金，正负温度等效互相补偿来提高稳定性；时效处理，进行人工老化（时效温度比工作温度高30~50摄氏度）；温度循环处理，在比工作温度范围宽的温度，反复循环多次；交流退磁处理，在比干扰场稍大的交流磁场中退磁；正确选择永磁体的工作点；利用热磁合金进行外补偿，可以提高温度稳定性；

3）对于稀土永磁材料除了上述措施外还可采用如下措施：

提高合金本身的耐蚀性；磁体表面形成保护膜；降低环境温度。

12.简述Fe、Ni、Co的晶体结构（要求画出示意图）和磁性

13.Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响。

答：

①硅的加入可以降低磁滞损耗，提高磁导率；这主要是由于硅的加入使铁硅合金的磁晶各向异性常数、饱和磁致伸缩系数下降；②饱和磁感应强度和居里温度均随含硅量的增加而下降；这主要是由于Si为非磁性离子。

14.提高金属永磁材料稳定性可采用哪些措施。

15.简述金属软磁材料磁化机制，同时说明提高其起始磁导率的方法和措施。

16.比较永磁材料AlNiCo系列、SmCo系列和NdFeB系列的矫顽力机理。

同时

从成分、结构和工艺上说明如何保证获得高的永磁特性。

19.请简要说明金属铁磁性软磁材料与铁氧体软磁材料的优缺点。

答案：

金属软磁材料的优点：

（1分）

（1）饱和磁化强度高；

（2）磁性能温度稳定性高；（3）居里温度高；（4）易于机械加工；

金属软磁材料的缺点：

（1分）

（1）价格高；

（2）以腐蚀；（3）电阻率低；（3）不适合高频应用

铁氧体软磁材料的优点：

（1分）

（1）价格低；

（2）制备方法简单、多样；（3）电阻率高，可在高频下使用；（4）耐化学腐蚀；

铁氧体软磁材料的缺点：

（2分）

（1）饱和磁化强度低；

（2）居里温度低；（3）磁性能温度稳定性差；（4）难机加工；

20.如何降低软磁铁氧体在高、低场应用条件下的磁滞损耗？

答：

磁滞损耗是指软磁材料在交变场中存在不可逆磁化而形成磁滞回线所引起的被材料吸收掉的功率。

在低场下主要是防止不可逆磁化过程的产生。

主要从以下两方面考虑：

①与提高磁导率的方法一致，但要注意不可逆磁化的出现；②但主要采用不提高磁导率不一样的方法，如：

晶粒细小、完整、均匀；晶界相对较厚，气孔少。

在高场下加速不可逆磁化的发生，使磁滞回线面积①配方原则：

k1→0,ls→0原料要求纯,活性好，与提高磁导率的方法一致（高µ材料）；②工艺原则：

高密度,较大晶粒，均匀，完整，无异相掺杂，内应力小；晶界薄而整齐,气孔少;与高Bs材料基本一致

3

。

22.磁性材料中存在哪些可能的各向异性？

23.从永磁材料和其它磁性材料的性能指标最主要的区别来看，主要是永磁材料具有较高的矫顽力，它是获得永磁特性的主要原因。

因此，人们常依据造成高矫顽力的机理来划分永磁材料。

请问可以分成哪5类？

答案：

（每个1分）

（1）淬火硬化型磁钢

（2）析出硬化型磁钢

（3）时效硬化型磁钢

（4）有序硬化型磁钢

（5）单畴微粉型永磁

24.表征软磁材料性能的指标有哪些？

25.表征永磁材料性能的指标有哪些？

26．Nd-Fe-B是何种磁性材料，它的显微结构特点是怎样的？

27.请简述晶粒大小对常规磁性材料和纳米晶磁性材料性能的影响，并说明为什么。

28.对永磁材料基本性能的要求有哪些？

五、计算分析题（20分，每题10分）

已知一种Ni-Zn铁氧体软磁材料，其配方为：

Fe2O3=50mol%，NiO=25mol%，CoO=5mol%，ZnO=20mol%。

请计算及分析：

①制备10Kg材料需各种原料分别为多少？

②写出该材料的化学分子式与占位结构分布式；

③说明Co2+含量变化对其截止频率有何影响？

注：

分子量：

Fe2O3=159.7,NiO=74.7CoO=75,ZnO=81.4

答：

①W总=0.5×159.7+0.25×74.7+0.05×75+0.2×81.4=（g）

制备1Kg材料需Fe2O3为:

1×（0.5×159.7/）=（Kg）;

需NiO为:

1×（0.25×74.7/）=（Kg）;

需CoO为:

1×（0.05×75/）=（Kg）;

需ZnO为:

1×（0.2×81.4/）=（Kg）;

②设化学式为：

ZnαNiβCoγFeδO4

则α＋β＋γ＋δ=3

（1）

α：

β：

γ：

δ=20：

25：

5：

100

（2）

又设Fe2+的含量为x

α×2+β×2+γ×2+x×2+（δ-x）×3=8（3）

联立

（1）

（2）（3）式，得

α=；β=；γ=；δ=；x=

故该材料的化学式为：

ZnNiCo1Fe2O4

占位结构结构分布式为：

（Zn2+Fe3+）[Ni2+Co2+Fe3+）O2-4

Co2+含量增加有利于提高Ni-Zn铁氧体截止频率。

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=74.7，CoO=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；

自制饰品一反传统的饰品消费模式，引导的是一种全新的饰品文化，所以非常容易被我们年轻的女生接受。

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。

图1-5购物是对消费环境的要求分布

PS:

消费者分析

3.Ni-Zn铁氧体的化学式为Zn0.45Ni0.40Co0.05Fe2.1O4，请计算其饱和磁化强度；同时分析Ni2+增加Zn2+减少对其饱和磁化强度及起始磁导率的影响（不考虑工艺因素的影响）。

据介绍，经常光顾“碧芝”的都是些希望得到世界上“独一无二”饰品的年轻人，他们在琳琅满目的货架上挑选，然后亲手串连，他们就是偏爱这种ＤＩＹ的方式，完全自助。

已知密度为5g/cm3，Co2+=3.7μB,Ni2+=2.3μB,Fe3+=5μB,Fe2+=4μB;

常量：

N×μB×103=5585，分子量：

Fe2O3=160，CoO=74.9，NiO=74.7，ZnO=81.4，FeO=71.6。

解：

占位结构结构分布式为：

（4）牌子响（Zn2+0.45Fe3+0.55）[Ni2+0.4Co2+0.05Fe2+0.1Fe3+1.45]O2-4

分子量M=160×1+0.45×81.4+0.4×74.7+0.05×74.9+0.1×71.6=237.4（g）（1分）

分子磁矩nB=│0.55×5-0.4×2.3-0.05×3.7-0.1×4-1.45×5│=6.005（μB）（2分）

大学生对手工艺制作兴趣的调研则比饱和磁化强度σs=N×μB×nB×103/M=5585×6.005/237.4=141.27（Am2/kg）小

饱和磁化强度Ms=σs×d=142.27Am2/kg×5g/cm3=7.06×105（A/m）（1分）

（3）心态问题当Ni2+增加Zn2+减少时，其饱和磁化强度将会降低，起始磁导率将会减小。

（2分）这主要是由于A位的磁性离子增加，B位的磁性离子减少，分子磁矩减少，分子磁距减小，导致饱和磁化强度降低；同时随着Ni2+增加Zn2+减少，磁晶各向异性常数将会增大，磁导率将会降低。

4.已知一种Ni-Zn铁氧体软磁材料，其配方为：

Fe2O3=40mol%，NiO=30mol%，CoO=15mol%，ZnO=15mol%。

手工艺制品是我国一种传统文化的象征，它品种多样，方式新颖，制作简单，深受广大学生朋友的喜欢。

当今大学生的消费行为表现在追求新颖，追求时尚。

追求个性，表现自我的消费趋向：

购买行为有较强的感情色彩，比起男生热衷于的网络游戏，极限运动，手工艺制品更得女生的喜欢。

请计算及分析：

4、“体验化”消费

（1）制备1Kg材料需各种原料分别为多少？

（四）DIY手工艺品的“个性化”

（2）写出该材料的化学分子式与占位结构分布式；

（3）并说明Co2+含量对Ni-Zn铁氧体截止频率的影响？

（4）Mn-Zn铁氧体也是一类重要的软磁铁氧体材料，请问Ni-Zn和Mn-Zn铁氧体的性能差别有哪些？

注：

分子量：

Fe2O3=159.7,NiO=74.7,CoO=75,ZnO=81.4