功能陶瓷材料-磁功能陶瓷全解ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,4.3,磁功能陶瓷,由于金属和合金磁性材料的电阻率低,(10,-8,10,-6,m),，损耗大，因而无法适用于高频陶瓷质磁性材料电阻率高,(,10,10,6,m,),，可在从商用频率到毫米波范围以多种形态得到应用而且其具有较高的高频磁导率，这也是其他金属和合金磁性材料难以比拟的磁功能陶瓷主要指,铁氧体陶瓷,，铁氧体陶瓷是以氧化铁和其它铁族或稀土氧化物为主要成分的复合氧化物铁氧体陶瓷具有,高电阻、低损耗,等优点，它们在现代无线电电子学、自动控制、微波技术、电子计算机、信息存储、激光调制等方面有着十分广泛的应用功能陶瓷,14.3 磁功能陶瓷 由于金属和合金磁性材料的电阻率低(,2,真空的磁导率，,=4,10,-7,H/m;,B,0,磁场在真空中的磁感应强度（,T,）4.3.1,磁性陶瓷的磁学性质,固体的磁性,固体的磁性在宏观上是以物质的磁化率,来描写的对于处于外磁场强度为,H,的磁介质，其磁化强度,M,为：,磁化率为：,2 真空的磁导率，=410-7,3,结合以上式子得知材料中磁感应强度为：,磁导率,，,按照磁化率,的数值，固体的磁性可分成下面几类：,逆磁体,：这类固体的磁化率是数值很小的负数，它几乎不随温度变化。

的典型数值约,-10,-5,顺磁体,：其磁化率是数值较小的正数，它随温度,T,成反比关系，,0,C,/,T,，称为居里定律，式中,C,是常数铁磁体,：其磁化率是特别大的正数，在某个,临界温度,T,c,以下，即使没有外磁场，材料中也会出现自发磁化的磁化强度3结合以上式子得知材料中磁感应强度为：磁导,4,在高于,T,c,的温度，铁磁体变为顺磁体，其磁化绿服从居里,-,外斯定律：,T,c,称为居里温度或居里点亚铁磁体,：这类材料在温度低于居里点,T,c,时像铁磁体，但其磁化率不如铁磁体那么大，它的自发磁化强度也没有铁磁体的大；在高于居里点的温度时，它的特性逐渐变得像顺磁体反铁磁体,：其磁化率是小的正数4在高于Tc的温度，铁磁体变为顺磁体，其磁化绿服从居里-外,5,反铁磁性和亚铁磁性的物理本质是相同的,，即原子间的相互作用使相邻自旋磁矩成反向平行当反向平行的磁矩恰好相抵消时为反铁磁性，部分抵消而存在合磁矩时为亚铁磁性所以，反铁磁性是亚铁磁性的特殊情况,亚铁磁性和反铁磁性，均要在一定温度以下原子间的磁相互作用胜过热运动的影响时才能出现，对于这个温度，亚铁磁体仍叫居里温度,(,T,c,),，而反铁磁体叫奈耳温度,(,T,N,),。

铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性的自旋排列,5 反铁磁性和亚铁磁性的物理本质是相同的，即原子间的相互作,6,磁滞回线,磁滞回线可用来表征磁性材料的各种主要特征H,c,称为,矫顽力,（矫顽场）；,H,m,称为,最大磁场,；,B,r,称为,剩余磁感应强度,；,B,m,称为,最大磁感应强度,（或叫饱和磁感应强度）磁滞回线,6磁滞回线 磁滞回线可用来表征磁性材料的各种主要特征H,7,磁导率,磁导率是表征磁介质磁化性能的一个物理量铁磁体的磁导率很大，且随外磁场的强度而变化；顺磁体和抗磁体的磁导率不随外磁场而变，前者略大于,1,，后者略小于,1,对铁磁体而言，从实用角度出发，希望磁导率越大越好尤其现今为适应数字化趋势，磁导率的大小已成为鉴别磁性材料性能是否优良的主要指标由磁化过程知道，畴壁移动和畸内磁化方向旋转越容易，磁导率,值就越大要获得高,值的磁性材料，必须满足下列三个条件：,7磁导率 磁导率是表征磁介质磁化性能的一个物理量铁磁体,8,不论在哪个晶向上磁化，磁能的变化都不大,(,磁晶各向异性小,),；,磁化方向改变时产生的晶格畴变小,(,磁致伸缩小,),；,材质均匀，没有杂质,(,没有气孔、异相,),，没有残余应力。

8 不论在哪个晶向上磁化，磁能的变化都不大(磁晶各向异性小,9,最大磁能积,(,BH,),max,图中第,II,象限的磁化曲线相应于,A,点下的,(,BH,),乘积称为,磁能积,，退磁曲线上某点下的,(,BH,),乘积的最大值与该磁体单位体积内储存的磁能的最大值成正比，因此用,(,BH,),max,表示最大磁能积BH,),max,随铁氧体种类而不同B-H,曲线与,(,BH,),max,关系,9最大磁能积(BH)max图中第II象限的磁化曲线相应于A,10,损耗系数和品质因数,利用磁性材料制作线圈或变压器磁芯时，希望磁芯内的能量损耗小到尽可能忽略的程度但实际上只要使用磁芯就必然产生损耗损耗系数,定义为因磁芯而产生的能量损耗与有效工作磁能之比,，用,tg,表示tg,/,称为品质因素，这是表征铁氧体损耗大小的重要常数对于具有不同,值的材料，材料的优劣取决于这个值的大小10损耗系数和品质因数 利用磁性材料制作线圈或变压器磁芯时,11,4.3.2,磁性陶瓷材料及其应用,铁氧体如按其晶体结构，可分为三大类：,类晶石型,(MFe,2,O,4,),、,石榴石型,(,Re,3,Fe,2,O,12,),和,磁铅石型,(,MFe,12,O,19,),，分子式中,M,为铁族金属元素，,Re,为稀土元素。

按铁氧体的性质和用途又可分为软磁、硬磁、旋磁、矩磁、压磁及磁泡、磁光等铁氧体；按其结晶状态可分为单晶和多晶铁氧体114.3.2 磁性陶瓷材料及其应用 铁氧体如按其晶体结构,12,软磁铁氧体,软磁铁氧体是目前各种铁氧体中品种最多、应用最广泛的一种磁性陶瓷材料它可用通式,(M,2-,O,Fe,2,O,3,),表示比较常用的软磁铁氧体有尖晶石型的,Mn-Zn,铁氧体、,Li-Zn,铁氧体及磁石型的甚高频铁氧体，如,Ba,3,Co,2,Fe,24,O,41,等而,Mn-Zn,铁氧体是目前各种高,软磁材料中性能最好的一种12软磁铁氧体 软磁铁氧体是目前各种铁氧体中品种最多、应用,13,具有良好使用性能的软磁铁氧体需满足以下要求：,起始磁导率高,，这样即使在较弱的磁场下也有可能储存更多的磁能，或者说，对于相同电感量的线圈体积就可缩小；,磁导率的温度系数要小,，这样才能适应温度变化，稳定性好；,损耗要低，电阻率要高，矫顽力小，以便于磁化和退磁；,要求截止频率高,(,截止频率取,下降至最大值一半时的频率,),，这样才可用于更高的频段13 具有良好使用性能的软磁铁氧体需满足以下要求：起始磁,14,通常在音频、中频及高频范围用尖晶石型铁氧体，如,Mn-Zn,铁氧体、,Ni-Zn,铁氧体和,Li-Zn,铁氧体等；在超高频范围,(,大于,10,8,Hz),用磁铅石型铁氧体，如,Co-Zn,铁氧体。

软磁铁氧体的磁学特性参数,14通常在音频、中频及高频范围用尖晶石型铁氧体，如Mn-Z,15,硬磁铁氧体,硬磁铁氧体是指,矫顽力,H,c,大,，磁化后不易退磁而能长期保留磁性的铁氧体，又称为,永磁材料,硬磁铁氧体的主要性能要求与软磁铁氧体相反首先要求,H,c,大，剩磁,B,r,大，较高的最大磁能积,(,BH,),max,，这样才能保证保存更多的磁能，磁化后既不易退磁又能长久保持磁性此外，还要求对温度和时间的稳定性好，又能抗干扰等硬磁铁氧体的化学式为,MO-6,Fe,2,O,3,(M,Ba,2+,、,Sr,2+,),，具有六方晶系磁性亚铅酸盐型结构例如钡铁氧体可表示为,BaO6Fe,2,O,3,，,但实际材料中，当,BaO,Fe,2,O,3,1,(5.5,5.9),时能得到最好的磁性能15硬磁铁氧体 硬磁铁氧体是指矫顽力Hc大，磁化后不易退磁,16,通过采用,细粒度原料粉末、磁致晶粒取向法,等措施可使硬磁铁氧体的性能得到有效改善原料粉末粒度对硬磁铁氧体性能影响较大磁化过程包括,畴壁移动,和,磁畴转动,两个过程据研究，如果晶粒小于形成单畴颗粒的临界值,(,小于,1,m,),，那么只有畴转过程，这就可得到较大的矫顽力，密度高，剩磁,B,r,大。

畴壁示意图,16 通过采用细粒度原料粉末、磁致晶粒取向法等措施可使硬磁,17,采用,磁致晶粒取向法,，也可得到性能优良的硬磁材料例如，磁性亚铅酸盐型六方晶系，其,C,轴是易磁化轴,，若在其粉末上附加磁场，则各微粒就沿其,C,轴的磁场方向整齐排列把经高温合成和球磨过的粉末，在磁场下模压成型，烧结后可得到各晶粒沿,C,轴的磁场方向排列整齐的烧结物除去磁场后，备晶粒的磁矩仍保留在这个方向上这种,各向异性硬磁铁氧体,的磁能积要比各向同性的大,4,倍17 采用磁致晶粒取向法，也可得到性能优良的硬磁材料例如,18,硬磁铁氧体主要用于磁路系统中作永磁材料，以产生稳恒磁场，如用作扬声器、助听器、录音磁头等各种电声器件及各种电子仪表控制器件，以及微型电机的磁芯等18 硬磁铁氧体主要用于磁路系统中作永磁材料，以产生稳恒磁,19,硬磁铁氧体产品的典型性能及用途,19硬磁铁氧体产品的典型性能及用途,20,矩磁铁氧体,矩磁铁氧体是指具有矩形磁滞回线、矫顽力较小的铁氧体矩磁铁氧体主要用于电子计算机及自动控制与远程控制设备中，作为记忆元件（存储器）、逻辑元件、开关元件、磁放大器的磁光存储器和磁声存储器矩磁材料在磁存储器中主要用于制作环形磁芯，是内存储器中的主要材料。

20矩磁铁氧体 矩磁铁氧体是指具有矩形磁滞回线、矫顽力较小,21,矩磁铁氧体磁芯的存储原理工作原理是这样的：利用矩形磁滞回线上与磁芯感应强度,B,m,大小相近的两种剩磁状态,+,B,r,和,-,B,r,分别代表二进制计算机的“,l”,和“,0”,当输进,+,I,m,电流脉冲信号时，相当于磁芯受到,+,H,m,的激励而被磁化至,+,B,m,，脉冲过后，磁芯仍保留,+,B,r,状态，表示存入信号“,1”,反之，当通过,-,I,m,电流脉冲后，则保留,-,B,r,状态，表示存入信号“,0”,磁芯的存储原理,21 矩磁铁氧体磁芯的存储原理工作原理是这样的：利用矩形磁,22,在读出信息时可通入,-,I,m,脉冲，如果原存为信号“,0”,，则磁感应的变化,由,-,B,r,变化至,-,B,m,，变化很小,，感应电压也很小,(,称为杂音电压,),，近乎没有信号电压输出，这表示读出“,0”,而当原存为信号“,1”,时，则磁感应,由,+,B,r,变化至,-,B,m,，,变化很大，,感应电压也很大，有明显的信号电压输出,(,称为信号电压,),，表示读出“,1”,这样，根据感应电压的大小，就可判断磁芯原来处于,+,B,r,或,-,B,r,的剩磁状态。

利用这种性质就可以使磁芯作为,记忆元件,，可判别磁芯所存储的信息利用上述性质，还可以使磁芯作为开关元件，若令信号电压代表“开”，杂音电压代表“关”，便可得到,无触点,的开关元件22 在读出信息时可通入-Im 脉冲，如果原存为信号“0”,23,从应用观点看，对于矩磁铁氧体材料的要求是：,高的剩磁比,B,r,/,B,m,；矫顽力,H,c,小；,开关系数,S,w,小,信噪比,V,s,/,V,n,高；,损耗,tg,低；,对温度、振动和时间稳定性好矩磁铁氧体材料大都具有尖晶石结构，少数几种是石榴石型Mg-Mn,铁氧体是应用最广泛的矩磁铁氧体，这是属于能自发出现矩形磁滞回线的一类另一类需经磁场退火后才能出现矩形磁滞回线，这类铁氧体是,Co-Fe,、,Ni-Fe,、,Ni-Zn-Co,、,Co-Zn-Fe,等系统铁氧体23 从应用观点看，对于矩磁铁氧体材料的要求是：高的剩磁,24,几种铁氧体矩磁材料的性能,24几种铁氧体矩磁材料的性能,25,磁记录材料,对磁记录材料的性能要求大致有如下几个方面：,剩余磁感应强度,B,r,高；,矫顽力,H,c,适当的高；,磁滞回线接近矩形，,H,c,附近的磁导率,d,B,/d,H,尽量高；,磁致伸缩小，不产生明显的加压退磁效应；,基本磁特性（,B,m。