名师讲科技前沿系列图解磁性材料/名师讲科技前沿系列

第1章 材料磁性之源

1.1 磁性源于电流, 磁力之源是电子的自旋运动 2

1.1.1 “慈石召铁，或引之也” 2

1.1.2 磁性源于电流 4

1.1.3 铁磁性之源 6

1.1.4 按物质对磁场的反应对其磁性进行分类 8

1.1.5 按磁化曲线对材料磁性分类 10

1.2 磁矩、磁化率和磁导率 12

1.2.1 磁通密度、洛伦兹力和磁矩 12

1.2.2 何谓材料的磁导率 14

1.2.3 元素的磁化率及磁性类型 16

1.3 铁、钴、镍磁性之源 18

1.3.1 3d壳层的电子结构 18

1.3.2 某些3d 过渡金属原子及离子的电子排布及磁矩 20

1.3.3 3d原子磁交换作用能与比值a /d 的关系 22

1.3.4 Fe的电子壳层和电子轨道，合金的磁性 24

1.4 稀土元素磁性之源 26

1.4.1 稀土元素 26

1.4.2 稀土元素的主要用途 28

书角茶桌 地磁场消失则会导致天下大乱 30



第2章 磁化、磁畴和磁滞回线

2.1 磁化、磁畴及磁畴壁的运动 32

2.1.1 磁性体的自发磁化和磁畴的形成 32

2.1.2 磁畴 34

2.1.3 磁畴结构及磁畴壁的移动 36

2.1.4 外加磁场增加时，磁畴的变化规律 38

2.1.5 顺应外磁场的磁畴生长、长大和旋转，不顺应的收缩、消亡 40

2.2 决定磁畴结构的能量类型 42

2.2.1 决定磁畴结构的能量类型之一 42

2.2.2 决定磁畴结构的能量类型之二 44

2.2.3 决定磁畴结构的能量类型之三 46

2.2.4 决定磁畴结构的能量类型之四 48

2.3 磁滞回线及其决定因素 50

2.3.1 铁磁性体的磁化曲线 50

2.3.2 磁滞回线的描画及磁滞回线意义 52

2.3.3 何谓软磁材料和硬磁材料 54

2.3.4 铁磁体的磁化及磁畴、磁畴壁结构 56

2.3.5 铁磁体的磁滞回线及磁畴壁移动模式 58

2.3.6 磁畴壁的种类和单磁畴的磁化曲线 60

书角茶桌 梦幻般的单极子 62



第3章 铁氧体磁性材料

3.1 铁磁性材料和亚铁磁性材料 64

3.1.1 铁磁性和亚铁磁性的差异之源 64

3.1.2 软磁铁氧体的晶体结构及正离子超相互作用模型 66

3.1.3 多晶铁磁性的微观组织 68

3.1.4 软（soft）磁铁氧体和硬（hard）磁铁氧体的对比 70

3.2 软磁铁氧体材料 72

3.2.1 软磁铁氧体的磁学特征和应用领域 72

3.2.2 软磁铁氧体的结构及磁性 74

3.2.3 微量成分对Mn-Zn铁氧体的影响效果 76

3.2.4 软磁铁氧体的代表性用途 78

3.3 硬磁铁氧体和半硬质磁性材料 80

3.4 磁性材料的一些名词术语和基本概念 82

书角茶桌 受永磁体吸引的磁性液体 84



第4章 常用软磁材料

4.1 工业常用的高磁导率材料 86

4.1.1 高磁导率材料 86

4.1.2 铁中的磁畴及其在外磁场作用下的磁化变化 88

4.1.3 硅钢和坡莫合金 90

4.1.4 电磁钢板及在变压器中的使用 92

4.2 金属玻璃——非晶态高磁导率材料 94

4.2.1 非晶电磁薄带 94

4.2.2 非晶态金属与软磁铁氧体的对比 96

4.2.3 利用熔融合金甩带法制作非晶薄带 98

4.2.4 非晶态高磁导率材料的特性 100

书角茶桌 由N、S磁极指路而行走的走磁性细菌 102



第5章 永磁材料及其进展

5.1 永磁材料的主要类型 104

5.1.1 好的永磁体需具备哪些条件 104

5.1.2 永磁材料的分类 106

5.1.3 高矫顽力材料 108

5.1.4 半硬质磁性材料 110

5.1.5 SmCo5系和Sm2Co17系永磁体 112

5.2 铁氧体永磁材料 114

5.2.1 常用铁氧体磁性材料的分类 114

5.2.2 铁氧体永磁体与各向异性铝镍钴永磁体制作工艺的对比 116

5.2.3 铁氧体永磁体的制作工艺流程 118

5.2.4 铁氧体中有各向同性和各向异性之分 120

5.3 永磁材料的进展 122

5.3.1 高矫顽力材料的进步 122

5.3.2 从*大磁能积(BH)max 看永磁材料的进步 124

5.3.3 实用永磁体的种类及特性范围 126

5.3.4 永磁体的历史变迁 128

书角茶桌 生物体内存在着指南针？ 130



第6章 钕铁硼永磁材料

6.1 钕铁硼永磁磁性的来源 132

6.1.1 稀土元素在永磁材料中的作用和所占比例 132

6.1.2 稀土元素4f轨道以外的电子壳层排列与其磁性的关系 134

6.1.3 一个Nd2Fe14B晶胞内的原子排布 136

6.2 钕铁硼永磁体的制作 138

6.2.1 钕铁硼永磁体及其制作工艺 138

6.2.2 Nd-Fe-B系烧结磁体的制作工艺及金相组织 140

6.2.3 Nd-Fe-B系快淬磁体的制作工艺及金相组织 142

6.3 钕铁硼永磁体的改进 144

6.3.1 Nd2Fe14B单晶体的各向异性磁场与温度的关系 144

6.3.2 Nd-Fe-B永磁体中各种添加元素所起的作用及其原因 146

6.3.3 耐热Nd-Fe-B系永磁体 148

6.3.4 提高Nd-Fe-B永磁体矫顽力的方法 150

6.4 添加Dy的Nd-Fe-B系合金 152

6.4.1 添加Dy的Nd-Fe-B系永磁材料的研究开发现状 152

6.4.2 藉由晶粒微细化、原料粉末*佳化提高矫顽力 154

6.4.3 藉由界面纳米构造控制提高矫顽力 156

6.4.4 界面构造解析和矫顽力产生机制的理解和探索 158

6.5 黏结磁体 160

6.5.1 黏结磁体的优点及黏结磁体的分类 160

6.5.2 橡胶磁体和塑料磁体 162

6.5.3 黏结磁体的制造工艺 164

6.5.4 各类黏结磁体的退磁曲线 166

书角茶桌 N极和S极的边界究竟在哪里？ 168



第7章 磁路计算和退磁曲线

7.1 永磁体的磁路计算 170

7.1.1 磁导与磁导系数 170

7.1.2 铁片靠近永磁体时磁导系数会增大 172

7.1.3 磁路计算与电路计算的差异 174

7.1.4 若使永磁体各向异性化，磁力会变强 176

7.2 永磁材料的退磁曲线 178

7.2.1 对B-H曲线和(BH)max的理解 178

7.2.2 永磁体的退磁曲线中有B-H 特性和J-H 特性之分 180

7.2.3 稀土永磁材料的磁化曲线和退磁曲线 182

7.2.4 反磁场μ0Hd与永磁体内的磁通密度B d 184

7.2.5 退磁曲线与*大磁能积的关系 186

7.3 反磁场对永磁体的退磁作用 188

7.3.1 外部磁场造成的永磁体的退磁 188

7.3.2 永磁体的可逆退磁 190

7.3.3 永磁体的不可逆退磁 192

书角茶桌 永磁体的磁力不会因为使用而降低 194



第8章 磁性材料的应用

8.1 各种电机都离不开磁性材料 196

8.1.1 电机使用量的多少是高级轿车性能的重要参数 196

8.1.2 软磁材料和硬磁材料在电机中的应用 198

8.1.3 直流电机和空心电机中使用的磁性材料 200

8.1.4 旋转电机、直线电机、振动电机中使用的磁性材料 202

8.1.5 感应式电动机的原理和使用的磁性材料 204

8.2 音响设备和传感器用的磁性材料 206

8.2.1 电机和扬声器的工作原理是可逆的 206

8.2.2 永磁扬声器的工作原理 208

8.2.3 利用霍尔元件测量场强 210

8.2.4 高斯计（磁强计） 212

8.2.5 磁通计（fluxmeter） 214

8.2.6 利用永磁传感器检测假币 216

8.2.7 铁氧体温控开关 218

8.3 磁记录材料 220

8.3.1 磁记录密度随年度的推移 220

8.3.2 硬盘记录装置的构成 222

8.3.3 垂直磁记录及其材料 224

8.3.4 热磁记录及其材料 226

8.4 光磁记录材料 228

8.4.1 光盘与磁盘记录特性的对比 228

8.4.2 光盘信息存储的写入、读出原理 230

8.4.3 可擦除、重写光盘 232

8.4.4 信息存储的竞争 234



附录一 CGS单位制和SI单位制 236



附录二 磁通密度与磁传感器 237



附录三 磁通密度和磁通量的单位换算表 237



参考文献 238



作者简介 239