磁性材料第一部分.ppt

引言引言引言引言•无论是电子技术、电力技术、通信技术、还是空间技术、计算技术、生无论是电子技术、电力技术、通信技术、还是空间技术、计算技术、生物技术，乃至家用电器，物技术，乃至家用电器，磁学和磁性材料都是不可缺少的重要部分磁学和磁性材料都是不可缺少的重要部分磁学和磁性材料都是不可缺少的重要部分磁学和磁性材料都是不可缺少的重要部分•从从1902年年P.塞曼和塞曼和H.A.洛伦兹获得诺贝尔奖，到洛伦兹获得诺贝尔奖，到1998年华裔的崔琦先生获诺贝尔年华裔的崔琦先生获诺贝尔物理学奖，至少有物理学奖，至少有24次诺贝尔奖得主在磁学领域作出了杰出的贡献；次诺贝尔奖得主在磁学领域作出了杰出的贡献；•公元前公元前2500年我国已有磁性指南年我国已有磁性指南——司南的记载，其开创了人类对磁学和磁性材司南的记载，其开创了人类对磁学和磁性材料研究的先河；料研究的先河；•以磁科学进行研究的创始者当数吉尔伯特，后经安培、奥斯特、法拉第等人开创以磁科学进行研究的创始者当数吉尔伯特，后经安培、奥斯特、法拉第等人开创性的发现和发明，初步奠定了磁学科学的基础性的发现和发明，初步奠定了磁学科学的基础•从从1900年到年到1930年，先后确立了金属电子论、顺磁性理论、分子磁场、磁畴概念、年，先后确立了金属电子论、顺磁性理论、分子磁场、磁畴概念、X射线衍射分析、原子磁矩、电子自旋、波动力学、铁磁性体理论金属电子量子射线衍射分析、原子磁矩、电子自旋、波动力学、铁磁性体理论金属电子量子论、电子显微镜等相关的的理论。

从而形成了完整的磁学科学体系在此后的论、电子显微镜等相关的的理论从而形成了完整的磁学科学体系在此后的20~30年间，出现了种类繁多的磁性材料年间，出现了种类繁多的磁性材料•我国的磁学前辈当数叶企孙（我国的磁学前辈当数叶企孙（1924年从美国哈佛大学获博士学位回国）、施汝为年从美国哈佛大学获博士学位回国）、施汝为先生（先生（1931年在国内发表了第一篇磁学研究论文），现我国已有十余所高校、十年在国内发表了第一篇磁学研究论文），现我国已有十余所高校、十几个研究所及几百个生产企业从事磁学研究、教学和生产几个研究所及几百个生产企业从事磁学研究、教学和生产<<<<磁性材料磁性材料>>(>>(铁氧体部分铁氧体部分) )引言引言•磁性材料是功能材料的重要分支；磁性材料是功能材料的重要分支；•磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能功能, ,•应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域, ,尤其在信息技术领域尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。

已成为不可缺少的组成部分•信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能化方向发展化方向发展; ;要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、高速度高速度, ,而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位. . . .其中其中其中其中, , , ,永磁铁氧体的产量达永磁铁氧体的产量达永磁铁氧体的产量达永磁铁氧体的产量达1.1×101.1×101.1×101.1×105 5 5 5ｔｔｔｔ, , , ,居世界首位居世界首位居世界首位居世界首位; ; ; ;软磁铁氧体产量软磁铁氧体产量软磁铁氧体产量软磁铁氧体产量4×104×104×104×104 4 4 4ｔｔｔｔ, , , ,居世界前列居世界前列居世界前列居世界前列; ; ; ;稀土永磁产稀土永磁产稀土永磁产稀土永磁产量量量量4300430043004300ｔｔｔｔ, , , ,居世界第二居世界第二居世界第二居世界第二. . . .根据中国工程院的专项调查和预测根据中国工程院的专项调查和预测根据中国工程院的专项调查和预测根据中国工程院的专项调查和预测, , , ,我国我国我国我国2005200520052005年磁性材料的需求量年磁性材料的需求量年磁性材料的需求量年磁性材料的需求量: : : :永磁铁氧永磁铁氧永磁铁氧永磁铁氧体体体体15×1015×1015×1015×104 4 4 4ｔｔｔｔ, , , ,软磁铁氧体软磁铁氧体软磁铁氧体软磁铁氧体6×106×106×106×104 4 4 4ｔｔｔｔ, , , ,稀土永磁稀土永磁稀土永磁稀土永磁8000—100008000—100008000—100008000—10000ｔｔｔｔ. . . .但是但是但是但是, , , ,目前我国目前我国目前我国目前我国生产的磁性材料基本上是低性能水平的材料生产的磁性材料基本上是低性能水平的材料生产的磁性材料基本上是低性能水平的材料生产的磁性材料基本上是低性能水平的材料, , , ,与世界先进水平存在较大的差与世界先进水平存在较大的差与世界先进水平存在较大的差与世界先进水平存在较大的差距距距距. . . .(1)(1)加强磁性材料的基础研究和应用基础研究加强磁性材料的基础研究和应用基础研究. . (2)(2)改造和完善现有的磁性材料改造和完善现有的磁性材料, ,提高其磁性能提高其磁性能, ,优化制备优化制备工艺工艺, ,降低生产成本降低生产成本. .(3)(3)发展新型的磁性材料发展新型的磁性材料, ,特别是纳米磁性材料纳米磁性材特别是纳米磁性材料纳米磁性材料是纳米材料中最早进入工业化生产的功能材料料是纳米材料中最早进入工业化生产的功能材料, ,应用广应用广泛泛, ,性能优异性能优异, ,特别是在信息存储、处理与传输中占据重要特别是在信息存储、处理与传输中占据重要地位地位, ,其基础研究和应用开发正方兴未艾其基础研究和应用开发正方兴未艾. .(4)(4)加强研究、生产、应用三方面的结合加强研究、生产、应用三方面的结合, ,不断开拓磁性材不断开拓磁性材料新的应用领域并促使其发展料新的应用领域并促使其发展. .磁性材料的研究和发展将主要集中在以下几个方面磁性材料的研究和发展将主要集中在以下几个方面: :教学内容和要求教学内容和要求1.1.熟熟悉悉金金属属磁磁性性材材料料理理论论基基础础包包括括金金属属结结构构与与磁磁特特性性的的关关系系，，结结晶晶织织构构与与磁磁织织构构对对磁磁性性能能的的关关系系，，相相变变热热力力学学，，相相变变动动力力学学，，过过饱饱和和固固溶溶体体分分解解原原理在磁性材料研究中的应用。

理在磁性材料研究中的应用6)(6)2.2.掌掌握握金金属属软软磁磁材材料料的的结结构构与与特特性性要要求求如如工工程程纯纯铁铁，，铁镍系等铁镍系等2)(2)3.3.掌掌握握金金属属及及稀稀土土永永磁磁材材料料的的结结构构与与特特性性要要求求包包括括AlNiCoAlNiCo，，SmCoSmCo，，NdFeBNdFeB，，SmFeNSmFeN2)(2)4.4.非晶态磁性材料的制备工艺及磁特性非晶态磁性材料的制备工艺及磁特性2)(2)5 5．．熟熟悉悉尖尖晶晶石石铁铁氧氧体体的的晶晶体体结结构构与与基基本本特特性性; ;掌掌握握软软磁磁铁铁氧氧体体的的特特性性要要求求与与参参数数、、软软磁磁铁铁氧氧体体的的磁磁谱谱特特性性、、软软磁磁铁铁氧氧体体损损耗特性、软磁铁氧体的稳定性耗特性、软磁铁氧体的稳定性 (14) (14)6 6．．熟熟悉悉石石榴榴石石铁铁氧氧体体的的晶晶体体结结构构、、石石榴榴石石铁铁氧氧体体的的饱饱和和磁磁化化强强度度、、石石榴榴石石铁铁氧氧体体的的磁磁晶晶各各向向异异性性、、石石榴榴石石铁铁氧氧体体的的光光特特性性、、钙钙钛钛石石型型铁铁氧氧体体掌掌握握旋旋磁磁铁铁氧氧体体材材料料的的特特性性要要求求与与参参数数、、旋旋磁磁铁铁氧氧体体材材料料的的损损耗耗、、高高功功率率条条件件下下旋旋磁磁铁铁氧氧体体材材料料的的损损耗耗、、常常用用旋旋磁磁铁铁氧氧体体材材料料、、特特殊殊性性能能旋旋磁磁铁铁氧氧体体材材料料。

6)(6)教学内容和要求教学内容和要求7 7．．熟熟悉悉磁磁铅铅石石铁铁氧氧体体的的晶晶体体结结构构、、磁磁铅铅石石铁铁氧氧体体的的饱饱和和磁磁化化强强度度、、磁磁铅铅石石铁铁氧氧体体的的磁磁晶晶各各向向异异性性掌掌握握永永磁磁铁铁氧氧体体材材料料的的特特性性要要求求与与参参数数、、常常用用永永磁磁铁铁氧氧体体材材料料、、永永磁磁铁铁氧氧体体材材料料的稳定性与发展的稳定性与发展4)(4)8 8．本课程开出相关实验．本课程开出相关实验1212学时学时continue 教学内容和要求教学内容和要求 磁性材料分类磁性材料分类•不同类型的磁性材料是如何分类的不同类型的磁性材料是如何分类的?按块体磁化率来划分按块体磁化率来划分:–抗磁性材料抗磁性材料–顺磁性材料顺磁性材料–强磁性材料强磁性材料(铁磁性、亚铁磁性铁磁性、亚铁磁性)(铁氧体材料、金属磁性材料铁氧体材料、金属磁性材料)按功能分按功能分:•软磁材料软磁材料•永磁材料永磁材料•矩磁材料矩磁材料•压磁材料压磁材料•旋磁材料旋磁材料§1-1 软磁铁氧体材料的特性要求软磁铁氧体材料的特性要求一一.概述概述: 1.要求：要求： 四高四高----µi、、Q、、fr、稳定性、稳定性( M、、DF); 2.特点：容易获得磁性也容易失去特点：容易获得磁性也容易失去,主要用于高主要用于高f弱场弱场二二.分类分类 第一章第一章 软磁铁氧体材料软磁铁氧体材料二二.分类分类 1.按晶体结构按晶体结构:尖晶石型尖晶石型;平面六角晶系平面六角晶系; 2.按材料应用性能分：按材料应用性能分： 1>.高磁导率材料高磁导率材料(µi = 2000--4 104)：： 低频、宽频带变压低频、宽频带变压器器 及小及小 型型 脉冲变压器脉冲变压器 2>.低损耗材料：电源磁芯低损耗材料：电源磁芯,高功率场合高功率场合; 3>.低损耗高温定性材料低损耗高温定性材料:通信滤波器磁芯通信滤波器磁芯; 4>. 高频大磁场材料：高频大磁场材料： 空腔谐振器、高功率变压器等空腔谐振器、高功率变压器等 5>.功率铁氧体（高功率铁氧体（高Bs）材料：）材料： 开关电源及低频功率变压器开关电源及低频功率变压器 6> 高密度记录材料：用做录音高密度记录材料：用做录音,录象磁头录象磁头; 7>电波吸收体材料：吸收电磁波能量，广泛应用于抗干扰电波吸收体材料：吸收电磁波能量，广泛应用于抗干扰 电子电子 技术技术§1-1-1 、磁特性参数、磁特性参数1.起始磁导率起始磁导率µI L：电感量（：电感量（mH）；）；R：电阻；：电阻；h、、Di、、Do：样品高，内径，外径：样品高，内径，外径2.磁损耗磁损耗: •品质因素：品质因素：Q=ωL / R; •损耗角正切：损耗角正切：tgδ=1/Q; •比损耗系数比损耗系数: tg  /µi =1/µi•Q • 一般材料一般材料µi• Q =常数常数.3.温度稳定性温度稳定性:温度系数温度系数 比温度系数：比温度系数： u/µi4.4.减落减落: :反映材料随时间的稳定性反映材料随时间的稳定性老化老化6.6.截止频率截止频率fr: fr: 由于畴壁或自然共振由于畴壁或自然共振, , 迅速下降致所对应的迅速下降致所对应的频率点频率点 , ,衡量材料应用频率的上限衡量材料应用频率的上限. .f§1-2 软磁铁氧体的磁导率软磁铁氧体的磁导率一、起始磁导率的理论概述一、起始磁导率的理论概述: 微观机理微观机理: 可逆畴转，可逆畴壁位移可逆畴转，可逆畴壁位移 µi = µi 转转+ µi位位对于一般烧结铁氧体：对于一般烧结铁氧体： 1.如内部气孔较多如内部气孔较多,密度低密度低,壁移难壁移难, µi 转为主转为主; 2.如晶粒大如晶粒大,气孔少气孔少,密度高密度高,以壁移为主以壁移为主. 磁化的难易程度决定于磁化动力磁化的难易程度决定于磁化动力(MsH)与阻滞之比与阻滞之比,比值比值高则易磁化高则易磁化;反之难磁化反之难磁化. 理论上提高磁导率的条件理论上提高磁导率的条件: : 1. 1.必要条件：必要条件： 1>.Ms 1>.Ms要高要高( (  MsMs2 2 ); ); 2>.k 2>.k1 1, ,  s s0; 0; 2. 2.充分条件充分条件: : 1>.1>.原料杂质少原料杂质少, ,    ; ; 2>.2>.密度要提高密度要提高 ( P ( P  ),),即材料晶粒尺寸要大即材料晶粒尺寸要大( D( D  ); ); 3>.3>.结构要均匀结构要均匀 ( (晶界阻滞晶界阻滞 ); ); 4>.4>.消除内应力消除内应力  s s•σ σ   ; ; 5>.5>.气孔气孔 , ,另相另相  ( (退磁场退磁场 ) )二、提高二、提高µi 的方法的方法（一）（一）. .提高材料的提高材料的Ms￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿Ms￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿尖晶石铁氧体尖晶石铁氧体￿Ms￿=￿|￿M￿Ms￿=￿|￿MB B￿ ￿-￿M-￿MA A|￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿|￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿1.1.选高选高MsMs的单元铁氧体的单元铁氧体￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿如如:MnFe:MnFe2 2O O4 4(4.6--5￿µ(4.6--5￿µB B);￿￿NiFe);￿￿NiFe2 2O O4￿4￿(2.3￿µ(2.3￿µB B)￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿)￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿2.2.加入加入Zn,Zn,使使M MA As s降低降低￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿另外另外:￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿:￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿CoFeCoFe2 2O O4 4￿(3.7￿µ￿(3.7￿µB B) )磁晶各向异性磁晶各向异性￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ Fe3 3O O4 4(4￿µ(4￿µB B)￿)￿电阻率低电阻率低,K,K也较大也较大 LiFeO4 4(2.5￿µ(2.5￿µB B)￿)￿烧结性差烧结性差,1000,10000 0C,￿LiC,￿Li挥发挥发( (二二).).降低降低 k1 1和和 s￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿1.s￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿1.选选L=0L=0的的单元铁氧体单元铁氧体;￿MnFe;￿MnFe2 2O O4￿4￿,￿LiFeO,￿LiFeO4 4,￿,￿￿￿MgFe￿￿MgFe2 2O O4￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿4￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ ￿2.2.选择选择L L被淬灭被淬灭;￿NiFe;￿NiFe2 2O O4￿￿4￿￿,CuFe,CuFe2 2O O4￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿4￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿3.3.离子取代降低离子取代降低k k1 1,￿,￿ s￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿s￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿1>.1>.加入加入ZnZn2+2+, ,冲淡磁性离子的磁各向异性冲淡磁性离子的磁各向异性￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿2>.2>.加入加入CoCo2+2+: :一般铁氧体一般铁氧体k k1 1<0,￿Co<0,￿Co2+2+的的k k1 1> >0,0,正正￿ ￿￿￿￿￿￿￿负负k k补偿；补偿；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿3>.3>.引入引入FeFe2+2+,Fe,Fe2+2+在在MnZnMnZn表现为正表现为正k,k,可正负补可正负补￿￿￿￿￿￿偿调整偿调整k;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿k;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿4>.4>.加入加入TiTi4+4+,￿2Fe,￿2Fe3+￿3+￿￿ ￿FeFe2+2++Ti+Ti4+4+; ;5>5>高磁导率的成分范围高磁导率的成分范围( (三三).).显微结构：显微结构：￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿1.￿1.结晶状态结晶状态:￿:￿晶粒大小、完整性、均匀性；晶粒大小、完整性、均匀性；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿2.￿2.晶界状态晶界状态:￿:￿厚薄、气孔、另相；厚薄、气孔、另相；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿3.￿3.晶粒内气孔晶粒内气孔, ,另相另相:￿:￿大小、多少和分布；大小、多少和分布；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿高高µ µ材料材料: :大晶粒大晶粒, ,晶粒均匀完整晶粒均匀完整, ,晶界薄晶界薄, ,无气无气孔和另相孔和另相( (四四).).内应力对内应力对µ µ的影响：的影响：￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿1>.￿￿￿1>.有磁化过程中的磁致伸缩引起，它与有磁化过程中的磁致伸缩引起，它与 s￿s￿成正成正￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿比；比；￿￿￿￿￿￿￿2>.￿￿￿2>.烧结后冷却速度太快，晶格应变和离子、空位烧结后冷却速度太快，晶格应变和离子、空位￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿分布不均匀而产生畸变；分布不均匀而产生畸变；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿3>.￿￿￿3>.由气孔、杂质、另相、晶格缺陷、结晶不均匀由气孔、杂质、另相、晶格缺陷、结晶不均匀￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿等引起的应力，与原材料纯度和工艺有关等引起的应力，与原材料纯度和工艺有关。

 综上所述综上所述综上所述综上所述￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿1.￿￿￿1.原材料：纯度高、活性好、杂质少原材料：纯度高、活性好、杂质少, ,对对MnZnMnZn材料材料￿￿￿￿而言粒度最好在而言粒度最好在0.150.15～～0.25￿µm0.25￿µm范围内特别注范围内特别注￿ ￿￿￿￿￿意半径较的大杂质混入；意半径较的大杂质混入；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿2.2.配方除满足高配方除满足高MsMs，更重要是满足，更重要是满足k k1￿1￿ ￿ ￿0,￿0,￿ s￿s￿ ￿0￿0；；￿ ￿￿￿￿￿一般当要求一般当要求µ µi i在在50005000以下时以下时, ,可以加入必要的添可以加入必要的添￿ ￿￿￿￿￿加剂如加剂如￿CaO,￿TiO￿CaO,￿TiO2 2,￿LaO,CuO,￿Bi,￿LaO,CuO,￿Bi2 2O O3 3,￿B,￿B2 2O O3 3,￿BaO,￿￿,￿BaO,￿￿￿￿V￿￿V2 2O O5 5,ZrO,ZrO2￿2￿等，以改善损耗特性及其它性能的作用等，以改善损耗特性及其它性能的作用￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿3.3.保证获得高密度及优良显微结构，造成磁化过程保证获得高密度及优良显微结构，造成磁化过程￿￿￿￿￿￿￿￿以壁移为主。

用二次还原烧结法和平衡气氛烧结以壁移为主用二次还原烧结法和平衡气氛烧结￿ ￿￿￿￿￿法是获得稳定优良性能必不可少的条件；法是获得稳定优良性能必不可少的条件；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿4.4.采用适当的热处理工艺进一步改善显微结构性能，采用适当的热处理工艺进一步改善显微结构性能，￿￿￿￿促使均匀化，消除内应力，调节离子、空位的稳促使均匀化，消除内应力，调节离子、空位的稳￿￿￿￿定分布状态定分布状态§1-3 软磁铁氧体的磁谱软磁铁氧体的磁谱一、软磁铁氧体磁谱及形状一、软磁铁氧体磁谱及形状 磁谱：软磁材料在弱交变磁场中，复磁导率磁谱：软磁材料在弱交变磁场中，复磁导率µ µr￿r￿=￿=￿µ µr r'￿-￿'￿-￿µ µr r"￿"￿随频率变化的曲线随频率变化的曲线fµr'µr"µ1234一般软磁铁氧体材料的磁谱一般软磁铁氧体材料的磁谱铁氧体磁谱分区：铁氧体磁谱分区： 1.1.低频低频( ( f<10f<104 4Hz): Hz): 复磁导率复磁导率µr r 大大, , µr r  小小, ,损耗小，损耗小， 磁导率随频率变化不大磁导率随频率变化不大; ; 2.2.中频中频(f=10(f=104 4   10106 6Hz):Hz):与低频相似，可能出现尺寸与低频相似，可能出现尺寸 共振和磁力共振共振和磁力共振; ; µr r 下降，下降， µr r 出现峰值出现峰值 ；； 3.3.高频高频( f =10( f =106 6  101010 10 Hz)Hz)：畴壁共振和自然共振：畴壁共振和自然共振; ;大大 晶粒发生畴壁共振晶粒发生畴壁共振, ,小晶粒发生自然共振小晶粒发生自然共振; ;一般来一般来 说先发生畴壁共振说先发生畴壁共振, ,后发生自然共振；后发生自然共振； µr r 急剧下急剧下 降，降，µr r 迅速增加迅速增加 4. 4.极高频极高频( f >10( f >101010Hz)----Hz)----交换区交换区L=n×λ/2举例：￿￿￿￿￿￿￿￿f=106Hz，μ=103，ε=30，λ=173cm二、影响磁谱的因素与提高截止频率方法二、影响磁谱的因素与提高截止频率方法二、影响磁谱的因素与提高截止频率方法二、影响磁谱的因素与提高截止频率方法影响磁谱的因素影响磁谱的因素1.1.畴壁共振：畴壁共振：￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿m￿￿￿￿m ￿ ￿有效质量；有效质量；￿ ￿ ￿ ￿：：劲度系数（劲度系数（P56P56））￿ ￿￿￿￿￿￿￿ ￿ ￿：：为畴壁在其能谷中离开最低能量的平衡位置时为畴壁在其能谷中离开最低能量的平衡位置时所受到的回复力大小的量度，是一个结构灵敏常数所受到的回复力大小的量度，是一个结构灵敏常数2.2.自然共振自然共振:￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿:￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿外加交变场，磁晶各向异性场和退磁场联合作用；外加交变场，磁晶各向异性场和退磁场联合作用；￿￿￿￿￿￿￿￿1>.1>.单畴单畴: : r r￿=￿￿r•H￿=￿￿r•Hk￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿k￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿2>.2>.多畴多畴:γ•H:γ•Hk k￿<￿￿<￿ r r<￿γ•(H<￿γ•(Hk k+Ms);+Ms);￿￿￿(￿￿￿( i i-1)￿•￿f-1)￿•￿fr￿r￿=￿(1/3π)￿γ￿•￿Ms￿--￿=￿(1/3π)￿γ￿•￿Ms￿--￿snocksnock公公式式; ;--Nado公式提高提高fr的方法的方法1.1.降低降低ZnOZnO含量含量→→ i i  ，，f fr r  2.2.选选k k1 1较高的材料为高频材料；较高的材料为高频材料； f f 1MHz,1MHz,以以MnZnMnZn为主为主; ; f >1MHz,f >1MHz,以以NiZnNiZn为主为主; ; f >100MHz,f >100MHz,以平面六角结构材料为主以平面六角结构材料为主; ;3.3.加入磁晶各向异性很强的离子加入磁晶各向异性很强的离子 Co Co2+ 2+ 1>.1>.冻结畴壁的移动冻结畴壁的移动, ,提高畴壁共振频率提高畴壁共振频率 2>.2>.形成形成CoCo2 2Y Y相相, ,增大材料的磁晶各向异性增大材料的磁晶各向异性; ;4. 加入低熔点物质加入低熔点物质PbO,CuO　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 掺入低熔点物质，可使掺入低熔点物质，可使T烧烧降低降低150～～200 C;提高密提高密度度, 细化晶粒细化晶粒, 磁化过程主要以畴转为主磁化过程主要以畴转为主,在在MnZn,NiZn 中都可以运用中都可以运用;5. 降低烧结温度降低烧结温度,细化晶粒细化晶粒; 形成多孔细晶粒结构形成多孔细晶粒结构:利用形状各向异性利用形状各向异性,退磁场作退磁场作用用 (气孔气孔),在在NiZn 中普遍采用；中普遍采用；6.应用时应用时: ①①对对 k1<0( s<0) 材料加张力材料加张力; k1>0( s>0)压力压力; ②②开气隙开气隙,使使µi ; ③③加直流偏磁场加直流偏磁场(固定畴壁固定畴壁);§1-4 §1-4 软磁铁氧体的损耗软磁铁氧体的损耗一、一、.概述概述产生原因产生原因:软磁材料在弱交变场软磁材料在弱交变场,一方面会受磁一方面会受磁化而储能化而储能,另一方面由于各种原因造成另一方面由于各种原因造成B落后于落后于H而产生损耗而产生损耗,即材料从交变场中吸收能量并以即材料从交变场中吸收能量并以热能形式耗散热能形式耗散. LeggLegg公式公式公式公式二二. .磁损耗分类磁损耗分类: : 非共振区（损耗较小）非共振区（损耗较小）: : 1>. 1>.涡流损耗涡流损耗; ; 2>. 2>.磁滞损耗磁滞损耗; ; 3>. 3>.剩余损耗剩余损耗; ; 共振区（损耗较大）共振区（损耗较大）: : 4>. 4>.尺寸损耗尺寸损耗; ; 5>. 5>.畴壁损耗畴壁损耗; ; 6>. 6>.自然共振自然共振（一）、（一）、 涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗：由于电磁感应引起涡流而产生。

由于电磁感应引起涡流而产生一般铁氧体一般铁氧体 很高时很高时, ,可忽略涡流损耗可忽略涡流损耗; ;对高对高 材料，材料，由于由于FeFe2+2+含量较高，（含量较高，（  =10=10-2-2～～1010 m m），），涡流损耗涡流损耗较大 降低涡流损耗的有效方法是降低涡流损耗的有效方法是: :提高提高 ( (晶粒内部的晶粒内部的 , ,晶界的晶界的 ) ) 1. 1.晶粒内部晶粒内部: : 　　①①防止防止FeFe2+2+出现出现, ,如配方中如配方中FeFe2 2O O3 3>50mol%>50mol%则在则在　　还原气氛下烧结　　还原气氛下烧结; ;主要在高频主要在高频NiZnNiZn要防止要防止FeFe2+2+　　　　　　　　　　产生产生, ,则在氧气氛下烧结则在氧气氛下烧结; ; ②②采用缺铁配方采用缺铁配方, Fe, Fe2 2O O3 3<50mol%, P<50mol%, P型导电型导电> n> n　型　　型　导电导电; ; ③③加入适量的加入适量的MnMn2+2+,Co,Co2+2+, ,抑制抑制FeFe2+2+; ;　　原因原因:Mn:Mn2+2+,Co,Co2+2+的电子扩散激活能高于的电子扩散激活能高于FeFe2+2+, ,使得　使得　即使存在部分即使存在部分FeFe2+2+也使也使 . . MnMn2+2+,Co,Co2+2+在高温烧　结中在高温烧　结中具有比具有比NiNi对氧的亲和力还要强对氧的亲和力还要强, ,由二价由二价 三　价三　价, ,而而低温还原性强由三价低温还原性强由三价二价；二价； ④④降低降低T T烧烧, , 因因FeFe2+ 2+ 随随 T T烧烧 而而 ( (高温时高温时O O2 2少少);); 2.提高晶界的提高晶界的 (主要对主要对MnZn) ①①对于高对于高µ材料材料,只能选择添加剂只能选择添加剂;　二次球磨加入　二次球磨加入:CaO  SiO2、、V2O5   SiO2、、 BaO   　　SiO2;如如 SiO2量偏高量偏高,不能再加不能再加,否则将引起异常晶　粒否则将引起异常晶　粒生长生长; ②②加入加入 Nb2O3、、TaO、、PbO、、LaO、、CuO 可降低可降低T烧烧 , 　　促进晶粒细化促进晶粒细化, 晶界增多晶界增多,提高电阻率提高电阻率; ③③加入加入TiO2, 即使即使 Fe2+ 限制在限制在 Ti4+ 附近附近, 防止防止 　　Fe2+＝＝Fe3+ +e导电机构形成导电机构形成; ④④烧结后热处理使晶粒表面吸氧烧结后热处理使晶粒表面吸氧: Fe2+  Fe3+ 　　　　(3000C以上以上)（二）、（二）、 磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗：是指软磁材料在交变场中存在不可逆磁磁滞损耗：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，所引起材料损耗，大小正比于化而形成磁滞回线，所引起材料损耗，大小正比于回线面积回线面积.原因原因:不可逆的壁移不可逆的壁移,使使B落后于落后于H.降低损耗的方法降低损耗的方法: 1>.低场下低场下,防止不可逆磁化过程产生防止不可逆磁化过程产生,降低损耗与降低损耗与提提 高高µi的方法一致的方法一致; 但同时应注意但同时应注意 防止不可逆防止不可逆壁壁移的出现移的出现 2>.高场下高场下,使不可逆磁化过程尽快完成使不可逆磁化过程尽快完成,减少磁滞减少磁滞回回线面积线面积.磁滞损耗的表达式：磁滞损耗的表达式：其中其中￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿;￿b=￿dµ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿;￿b=￿dµi￿i￿/dH￿(b/dH￿(b为瑞利系数为瑞利系数) )1.1.如如￿b￿b不变不变, ,在相同的在相同的BmBm条件下条件下,￿µ,￿µi i ,￿￿￿￿￿￿,￿￿￿￿￿￿ 但当但当µ µi i￿ ￿ , ,往往仍可使往往仍可使b￿b￿ 。

2.2.如如￿µ￿µi i不变不变, ,使使b￿b￿ 即减少不可逆壁移所占比例，即减少不可逆壁移所占比例，￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ ￿因此使晶粒尺寸因此使晶粒尺寸 , ,并使并使k k1 10,0,使磁化以可逆使磁化以可逆壁移、畴转为主如叵明伐效应冻结壁，不可逆壁移、畴转为主如叵明伐效应冻结壁，不可逆壁移难于发生）壁移难于发生） 从上面看出从上面看出, 降磁滞损耗方法：降磁滞损耗方法： （一）在低场作用下：（一）在低场作用下： 1.tg n 与与 µi  一致一致,即要使可逆磁化为主即要使可逆磁化为主: 2.但随但随µi  不可逆磁化易产生不可逆磁化易产生,即即b  ,故须采用故须采用 µi  与与不不 一致的方法一致的方法: 晶粒较小晶粒较小,均匀均匀,完整完整;晶界相对较厚晶界相对较厚,气孔少 举例：举例： 在在MnZn中中,如用如用Ti4+取代部分取代部分Fe3+，， Ti4+取代使取代使 k10；可；可降低降低T烧烧,，晶粒生长较小，气孔率低，晶粒生长较小，气孔率低; 在在NiZn中加入中加入Co(少量少量)形成形成Ku(单轴各向异性单轴各向异性);产生产生叵明法效应叵明法效应: 等导型等导型 ;蜂腰型蜂腰型(在弱场下）；在弱场下）；（二）在强场作用下（二）在强场作用下: 加速不可逆磁化的发生加速不可逆磁化的发生(在小在小H发生发生)要要Hc小小, µi ,使使磁滞回线面积磁滞回线面积  : ①① 配方原则配方原则: k1→0,  s → 0原料要求纯原料要求纯,活性好活性好,与与µi  一致一致(高高µ材料材料); ②②工艺原则工艺原则: 高密度高密度,较大晶粒较大晶粒,均匀均匀,完整完整,无异相掺无异相掺杂杂,内应力内应力 ; 晶界薄而整齐晶界薄而整齐,气孔少气孔少;与高与高Bs材料基本材料基本一致；一致；叵明法效应叵明法效应:￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿:￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿磁滞回线具有下列特性称为叵明法效应磁滞回线具有下列特性称为叵明法效应;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿①①当工作当工作H H较弱时较弱时,B,B～～H H成直线成直线( (无非线性与磁滞回线无非线性与磁滞回线);￿￿￿);￿￿￿②②当工作当工作H H较强时较强时, ,磁滞回线成蜂腰型；磁滞回线成蜂腰型；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿③③当当H H很高时很高时, ,上述两特性消失上述两特性消失, ,此时磁滞回线成正常回此时磁滞回线成正常回线且降低线且降低H H不再恢复原特性不再恢复原特性H较弱H很强H较强BHBBHH（三）、剩余损耗（三）、剩余损耗剩余损耗：是软磁材料除涡流损耗和磁滞损耗以外的剩余损耗：是软磁材料除涡流损耗和磁滞损耗以外的一切损耗，在低频弱场一切损耗，在低频弱场, ,主要是磁后效损耗，在高频主要是磁后效损耗，在高频场场, ,共振尾巴延伸致低频场共振尾巴延伸致低频场; ;磁后效决定于磁后效决定于:￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿:￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿扩散离子与空位浓度扩散离子与空位浓度; ;与工作温度、频率有关与工作温度、频率有关; ;扩散弛豫时间扩散弛豫时间: : ￿=￿1￿/￿(9.6￿￿=￿1￿/￿(9.6￿ •￿f￿•￿exp(-•￿f￿•￿exp(- /T))/T))￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿f:f:晶格振动频率晶格振动频率;￿;￿ ￿:￿:扩散离子浓度扩散离子浓度;￿;￿ ￿:￿:激活能激活能;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ ￿离子激活能离子激活能θθ高高, ,环境温度环境温度T T低低, ,则则 ￿ ￿远较应用频率对应远较应用频率对应的的 ￿ ￿长，损耗小长，损耗小; ; 一般情况下：一般情况下： ①Fe①Fe2+￿2+￿= =FeFe3+3++￿e￿+￿e￿通过电子扩散通过电子扩散,Q,Q低，后效损耗发生低，后效损耗发生在低温在低温(￿-￿100￿~￿-200(￿-￿100￿~￿-200o oC);C);但但￿￿Ni￿￿Ni2+￿2+￿= =￿ ￿NiNi3+3++￿e￿+￿e￿，，CoCo2+￿2+￿= =￿ ￿CoCo3+3++￿e￿+￿e￿通过电子的扩散通过电子的扩散Q Q高高, ,发生于室温发生于室温;￿￿￿;￿￿￿②Fe②Fe2+￿2+￿= =FeFe3+3+￿ ￿通过空位扩散通过空位扩散, ,出现在室温出现在室温;￿￿￿￿￿￿￿￿;￿￿￿￿￿￿￿￿③③对某种铁氧体对某种铁氧体, ,在某一温度和频率下在某一温度和频率下, ,具有一损耗最具有一损耗最大值大值;￿f;￿f上升，损耗峰移向高温上升，损耗峰移向高温;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿④④因此控制后效损耗，从工艺上，防止因此控制后效损耗，从工艺上，防止FeFe2+￿2+￿和和￿ ￿FeFe3+3+通通过空位扩散。

过空位扩散￿MnZn￿MnZn气孔少气孔少, ,损耗小损耗小;NiZn￿;NiZn￿气孔多气孔多, ,损损耗大耗大;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿;￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿⑤⑤从应用上从应用上:￿:￿避开峰值时避开峰值时f￿(Tf￿(T一定一定););避开峰值时避开峰值时T(￿fT(￿f一定一定););。