磁性材料与半导体功能材料教学内容.ppt

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1、第四讲磁性材料与半导体材料简介4.1.1磁性材料概述具备强磁性的材料称为磁性材料。磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能，是重要的功能材料。按矫顽力的大小可将磁性材料分为硬磁、半硬磁、软磁材料三种。磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、自动化、音像、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。4.1磁性材料★磁性材料的应用已涉及到工、农、医、现代科技、国防相人类生活的各个领域。据统计1994年全球磁性材料产量约650一750万吨。产值100亿美元以上。全球每人每年消耗磁性材料价值2美元。全球磁性材料需求量每年以l0％一25%速度增长。新型磁性材料、新技术和新工艺不断涌现

2、。是最活跃的材料领域之一。4.1.2软磁材料矫顽力低(Hci≤100A／m)、磁导率高的磁性材料称为软磁材料。软磁材料的磁滞回线细长，磁导率高，矫顽力低，铁芯损耗低，容易磁化，也容易去磁。它主要应用于制造发电机和电动机的定子和转子；变压器、电感器、电抗器、继电器和镇流器的铁芯；计算机磁芯；磁记录的磁头与磁介质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯、极头与极靴；磁路的导磁体等。它是电机工程、无线电、通讯、计算机、家用电器和高新技术领域的重要功能材料。（续）现有软磁材料若按磁特性可分为高磁感材料、高导磁材料、高矩形比材料、恒导磁材料、温度补偿材料等；若按材料的成分，可分为电工纯铁、Fe—Si合金、Ni—

3、Fe合金、Fe—A1合金(包括Fe—Si—Al合金)和Fe—Co合金等；也可分为晶态、非晶态及纳米晶软磁材料等。（1）电工纯铁和低碳电工钢电工纯铁和低碳电工钢是普遍应用的软磁材料。主要应用于直流电机和电磁铁铁芯、极头、继电器铁芯、永久磁路中导磁体和磁屏蔽、间隙工作电机和小型电机等。作为磁性材料大量应用的纯铁是工业纯铁。由于其电阻率低，故主要应用在直流磁化的场合。通常工业纯铁要求其碳的质量分数小于0.02—0.04％，而杂质的总质量分数可达0.2％—0.5％。不同牌号的纯铁，其中杂质含量是不一样的。很纯的铁，不易大量生产，价格很贵。a）电工纯铁工业纯铁可以用作合金原料。也可用作软磁材料

4、。作为软磁材料应用时称为电工纯铁，是一种含铁量95％以上的软钢。这时要求没有磁时效，为此应使铁中含C及N量极低，因为它们是造成磁时效的根源。在纯铁中加入少量A1及Ti，可和C、N形成化合物以降低时效。获得高性能的电工纯铁，主要通过两种途径，一是去除杂质，二是控制晶粒取向。它在平炉中进行冶炼时，用氧化渣除占碳、硅、锰等元素，再用还原渣除去磷和硫，出钢时在钢包中加入脱氧剂而得。通过仔细控制加工和热处理工艺，可以使磁性能得到极大的改善。我国工业生产的纯铁可分为3类，一类是合金原料纯铁，有2个牌号，即DT1和DT2；另一类是电磁铁用纯铁，有4个牌号．即DT3、DT4、DT5及DT6、其中DT

5、4、DT6是无磁时效的牌号；再一类是电子管用纯铁，即DT7和DT8。*b）铁铝合金*铁铝合金成本低，应用范围很广。含铝量在16％以下时，便可以热轧成扳材或带材；含铝量在5-6％以上时，合金冷轧较困难。铁铝合金同其它金属软磁合金相比，具有如下特点：(1)电阻率高；(2)高的硬度和耐磨性；(3)比重小，可减轻铁芯自重；(4)对应力不敏感。一般软磁合金对应力最为敏感，铁铝合金是例外；(5)时效，材料使用时，随时间及环境温度的变化，磁性能发生变化；(6)温度稳定性，可采用低温退火后淬火处理，也可以在50-150℃下保温10-20h—人工时效来改善其温度稳定性。美国材料试验协会(ASTM)的电

6、工硅钢片的应用及磁性能（2）铁镍合金和铁铝合金a）铁镍合金铁镍合金主要是含镍量为30％-90％的铁镍合金，通常称坡莫合金。铁镍合金由Fe、Ni、Mo、Cr、Cu等元素组成。铁镍合金有很高的起始磁导率μi和最大磁导率μm，电阻率在50μΩ·cm左右，Bs较低；随着组分的不同、铁镍合金可能分为铁镍二元合金，铁镍三元或多元合金等。二元合金中如果添加Mo、Cr、Cu、V一类元素，可以减慢从无序相到有序相转变的过程；如果添加Mn、Si、Ge等元素，则可使合金的长程有序度几乎保持不变。*铁镍合金广泛应用在电讯工业仪表、电子计算机、控制系统等领域中。根据合金组分的不同，能够用来制作小功率电力变压器

7、、微电机、继电器、互感器、磁调制器等等。（3）非晶态合金非晶态合金与常用的其它晶态软磁材料（如硅钢片）相比，磁导率高，电阻大，损耗小，从长远来看，用非晶态合金代替硅钢片制作变压器铁芯前景十分可观；但就目前的情况看，仍存在许多问题：（1）温度对磁的不稳定性影响比较大，尤其当开始出现结晶时，矫顽力增加．铁损及磁导率也随之变化；（2）非晶态软磁合金的高磁导率性能只停留在铁镍合金水平上；（3）非晶软磁合金作为电力设备铁芯使用时，不能制出很宽的薄板，批量生产成本高，