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磁性材料技術(shù)的最近發(fā)展動(dòng)向及技術(shù)前景

來源：_充磁機(jī)_線圈工裝夾具_(dá)專業(yè)廠家發(fā)布時(shí)間：2014-01-07

一、永磁體
由于永磁體不需要從外部施加電能便能夠提供磁場(chǎng)，所以被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。以Nd-Fe-B系磁體為代表的稀土系磁體，因其顯示磁體強(qiáng)度的最大磁能積高，對(duì)設(shè)備的小型化、高性能化做出了貢獻(xiàn)，是生產(chǎn)量最大的永磁材料。而鐵氧體磁因其性能價(jià)格比高，所以在生產(chǎn)量上成為比稀土族還多的永磁材料。與此相比，阿爾尼科鐵鎳鋁鈷系磁性合金等合金系磁體的優(yōu)越地位在下降，并停止了其研究。在這種情況下值得注意的是Nd-Fe-B系燒結(jié)磁體特性的飛速提高，以HDDR（高密度數(shù)字記錄）、納米合成磁體為代表的粘結(jié)磁體的進(jìn)步。另外，在鐵氧體磁體中還有通過La、Zn、Co或置換的高性能鐵氧體磁體。
二、Nd-Fe-B系燒結(jié)磁體
Nd-Fe-B系燒結(jié)磁體的制造，與主相化合物相相比，采用的是富相的組成。這是利用析出的富ND相促進(jìn)燒結(jié)，消除主相表面的磁疇的發(fā)生部位。因富Nd相為非強(qiáng)磁性相，所以存在降低磁化，易被氧化的問題。所以有必要盡量減少。最近，在極接近Nd2Fe14B化學(xué)計(jì)量組成的合金中，通過控制初晶鐵析出的溶解鑄造法，即帶鑄法（Strip Casting）、控制粒度分布的粉碎法、靜水壓或擬靜水壓等制造工藝，獲得了高達(dá)444kjm-3的磁能積，其批量化生產(chǎn)也獲得了成功。
三、Nd-Fe-B系粘結(jié)磁體
把磁性粉和橡膠及樹脂等混合，再經(jīng)注射成形成或擠壓成形的稱作粘結(jié)。由于能制成薄型和復(fù)雜形狀，所以在小型電動(dòng)機(jī)方面的需求急劇增加。目前，Nd-Fe-B系粘結(jié)磁體用粉末的制造方法有液體急冷法和HDDR法，而液體急冷法正被作為各向同性粉末的制造方法而被確定下來。最近有消息稱，美國(guó)MQL公司將于2005年以25美元/kg的價(jià)格出售粘結(jié)磁粉，這似乎將加劇粘結(jié)的低價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。另外，由于HDDR法能夠制造各向異性粉，所以作為高性能粘結(jié)用粉的制造方法已被實(shí)際應(yīng)用。以前為了制造各向異性磁粉，認(rèn)為添加鈷等元素是必不可缺少的。但通過勢(shì)力學(xué)求證HDDR現(xiàn)象的氫壓力和溫度的關(guān)系曲線（P-T典線），并通過基于該曲線的熱處理，發(fā)現(xiàn)即使無添加合金，也能得到各向異性磁粉。今后期望搞清楚各向異性的機(jī)理、改善溫度特性及不可逆退磁率等。
四、納米合成磁體
人們希驥把a(bǔ)-Fe， Fe3B 等軟磁相與Nd2Fe14B等硬磁相以納米尺寸析出，從而獲得高剩余磁通密度（Br）和高磁能積的納米合成磁體。這種磁體也被稱作交換彈性磁體。該磁體即使退磁到接近矯頑力，一旦去掉磁場(chǎng)，磁化即像彈簧一樣又回復(fù)到接近矯頑力。這是矯頑力低的軟磁相和矯頑力高的硬磁相相互交換作用的磁性結(jié)合。即使軟磁相的磁化被退磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，退磁磁場(chǎng)一旦達(dá)到零，便被硬磁相拉升而復(fù)原。在以 Fe70Co30 合金作為軟磁相在結(jié)晶單向取向的納米合成磁體方面，理論計(jì)算磁能積可望達(dá)到IMjm-3 以上。對(duì)此正在進(jìn)行組織觀察，通過微磁學(xué)的解析及通過添加Cr、 Cu、 Nb等元素，進(jìn)行提高其性能的研究，最近也在進(jìn)行薄膜和多層膜的研究，并有報(bào)告稱 Fe-FePt的磁能積已超過400kjm-3，并期望進(jìn)一步提高。
發(fā)現(xiàn)Nd2Fe14B化合物之后，仍在三元系中尋找新的化合物，并發(fā)現(xiàn)了飽和磁通密度Js=1.54T、異相磁場(chǎng) HA=20.8MAm-1 的高磁性Sm2Fe17Nx化合物。但由于 Sm2N與 a-Fe在溫度600℃以上發(fā)生分解，所以正以粘結(jié)體用粉的應(yīng)用為中心進(jìn)行研究。目前使用該還原法（RD）制造的粉末已能批量生產(chǎn)具有磁能積100~160 kjm-3的注射成形粘結(jié)磁體用粉。在使用急冷的制造方法中，通過添加Zr使準(zhǔn)穩(wěn)定相 TbCu17單相析出，或者制成由a-Fe和準(zhǔn)穩(wěn)定相TbCu17組成的納米合成磁體，并獲得了高的磁特性。
五、鐵氧體磁體
鐵氧體磁體是以使用Mo6Fe2O3(M=BaSr)為代表的磁體礦酸鹽型（M型）化合物的永磁體。其磁性是通過Fe3+ 的O2-的超交換相互作用為基礎(chǔ)的亞鐵磁性而發(fā)現(xiàn)的，最近通過用La4+置換S3+r，并用Z2+1Co2+置換具有四配位側(cè)(4f1) 的下自旋磁矩的Fe3-，相對(duì)增加上自旋Fe3+的量，以增加飽和磁通密度Js°現(xiàn)已有報(bào)道稱，已制造出磁能積在40kjm-3以上，并被實(shí)際實(shí)用的磁體。
六、磁芯材料
磁芯材料要求具有：1.高的飽和磁通密度；2.低的矯頑力；3.高的導(dǎo)磁率；4.零磁致伸縮等。以前的磁芯磁性材料有硅鋼板、高導(dǎo)磁體鎳合金、仙臺(tái)鐵硅鋁磁性合金（5Al、10Si余量為Fe）等金屬材料和鐵氧體氧化物材料，新加入的有6.5%硅鋼板、非晶材料、納米結(jié)構(gòu)材料、金屬－非金屬納米晶材料等，其材料特性正在提高。
七、6.5%硅鋼板
近年來高頻設(shè)備在增加，但隨著高頻化的發(fā)展，出現(xiàn)了鐵損增加及磁致伸縮而帶來的噪音問題。作為與此相對(duì)應(yīng)的磁芯材料，人們很早以來就察知了阻抗高且磁致伸縮為零的6.5%硅鋼，并一直在試制其薄板的工業(yè)化生產(chǎn)。但由于增加硅后其加工性降低，所以尚不能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，但近年來生產(chǎn)了3%的薄鋼板，在高溫中對(duì)其噴涂SiCl4，使其連續(xù)反應(yīng)、擴(kuò)散的連續(xù)漫硅法，已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)出6.5%硅鋼板，并作為高頻、低噪音磁芯材料被實(shí)際應(yīng)用。
八、非晶材料及納米晶體材料
在非晶材料中，由于其晶體磁性各相異性為零，以磁致伸縮為零的組成合金進(jìn)行等溫退火，開發(fā)出磁致伸縮為零的Co系液體急冷薄板帶、高飽和磁化低鐵損系急冷薄帶、 Co-Fe-B 系及C((Zr、Hf、Nb、Ti、Ta)薄膜等。納米結(jié)晶材料剛開始是通過熱處理，由非晶鈦制成粒徑10~20μm 結(jié)晶組織的FeSiBNbCu薄帶，而后開發(fā)出Fe-Hf-C 薄膜等。人們認(rèn)為，由納米晶粒組成的多晶體通過晶體粒子間的相互作用及漏磁通的雙極相互作用，各個(gè)納米粒的本身的磁化是在幾個(gè)集團(tuán)中相互平行進(jìn)行的。這時(shí)晶體磁性各相異性被平均化，實(shí)效性的各向異性常數(shù)變小，并且大大地削弱了磁致伸縮，從而發(fā)現(xiàn)了優(yōu)越的軟磁性。最近利用精密電鍍法制造的高飽和磁通密度的CoNiFe膜受到人們的重視。該膜利用磁共析制造混晶結(jié)構(gòu)，以使晶體微細(xì)化，是一種低矯頑力的方法。報(bào)告稱，其特性為B= 1.9~2.1T，CH=1.2Oe λs=1.8×10-6。目前正在試制混合磁頭和超小型磁頭等，期待能成為下一代磁頭材料。
九、金屬——非金屬混合軟磁材料
為了降低金屬磁芯材料的渦流電流損失，必須增加電阻。金屬——非金屬納米軟磁性材料是在SiO2 、Al2O3等絕緣體相的基體中析出 Co、 Fe等納米磁性結(jié)構(gòu)的組織，其特點(diǎn)是同時(shí)具有軟磁性和高電阻。軟磁性的發(fā)現(xiàn)機(jī)理基本上與納米晶材料相同，但電阻卻高達(dá)數(shù)倍或幾十倍。因此顯示出超過傳統(tǒng)鐵氧體材料的優(yōu)異的高頻特性。以前主要是研究 Co(-Fe)-Al-O 、Fe-(B 、Si、 Al、 Hf、 Zr、 M )-(O 、N)等膜。最近也在研究頻率達(dá)到200MH2導(dǎo)磁率接近3000的Fe-Mg-Ag-O系薄膜等。進(jìn)而通過粒子間的隧道傳導(dǎo)，認(rèn)識(shí)非金屬——金屬軟磁材料的磁阻效應(yīng)，并作為磁材料受到重視。作為制造方法，一般是使用濺射法，但也可使用金屬——氧化物同時(shí)電極沉淀法等。今后金屬——非金屬納米混合軟磁材料有望用于超高頻線圈、超高密度磁記錄磁頭。
十、展望
在永磁材料領(lǐng)域，從開發(fā)Nd-Fe-B系永磁體至今已近20年。經(jīng)過各種改善，其特性一直在提高，但現(xiàn)在還沒有開發(fā)出超越上述磁體的具有絕對(duì)特性的磁性材料。在這種情況下，還不能說磁體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)達(dá)到了成熟期，原料、制品都已經(jīng)進(jìn)入了價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代。考慮到將來的永磁體材料的研究，有必要注意下述三點(diǎn)：1.為了開發(fā)新的磁性材料進(jìn)行基礎(chǔ)性研究；2.尋找新的應(yīng)用領(lǐng)域并促使其發(fā)展；3.制造適合用途的制品；（1）稀土族磁體的發(fā)現(xiàn)也是從測(cè)定稀土族化合物的磁力性質(zhì)開始的，在考慮該項(xiàng)研究時(shí)，不應(yīng)僅限于稀土族化合物，開展其它化合物磁性的基礎(chǔ)研究也是很重要的；(2)一提到磁體應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)便成為絕對(duì)的用途，應(yīng)探索和擴(kuò)大除此以外的用途。作為制品，開拓磁體材料特性允許值的意義也是重要的；③永磁材料以磁能積的高低決定賣錢多少的時(shí)代已不復(fù)存在，與磁芯材料一樣，必須生產(chǎn)出適合用途、并且最適合其用途的制品的時(shí)代已經(jīng)到來。另處，從環(huán)境觀點(diǎn)出發(fā)，制造適合再利用的制品也很重要。隨著磁記錄的高密度化、高速化的發(fā)展，要求磁芯材料也要進(jìn)一步高功能化。換而言之，期望更高磁通密度、高阻抗、高頻相對(duì)應(yīng)的材料。目前的研究一般使用濺射法，但考慮到成本，繼續(xù)引進(jìn)新的制造工藝等也是相當(dāng)重要的。(end)

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