磁性材料引言磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。

人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m<Hcj<1000A／m的称为半硬磁材料；磁性材料从形态上讲。

包括粉体材料、液体材料、块体材料、薄膜材料等。

磁性材料的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。

可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。

1永磁材料永磁材料的发展经历了从无机到有机、固态到液态、宏观到介观、电子磁有序到核磁有序强磁材料、单一型到复合型、并且显现出优异的磁性能和综合特性。

1.1永磁材料的发展历史永磁材料又称硬磁材料，是历史上发现最早、应用也最早的强磁材料。

人们对物质磁性的认识源远流长，据传说，公元前4世纪黄帝大战蛋尤于琢鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜。

古时的磁石为天然的磁铁矿，其主要成分为Fc304，古代取名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互相作用。

永磁材料一般可分为:稀土永磁材料、金属永磁材料、铁氧体永磁材料及其他永磁材料。

其中，铁氧体永磁材料自20世纪50年代批量生产以来，尽管综合磁性能较低，但发展势头十分迅猛，2仪K]年的产值为26亿美元，占整个永磁材料产值的40%左右，预计在今后较长的一段时间内，它仍将是应用广泛、需求量很大的一类永磁材料。

而稀土永磁材料的问世，使永磁材料的性能突飞猛进，稀土永磁材料发展到今天，己经经历了Sm伪5、SmZCol7、NdZFcl4B等三个发展阶段。

2以刃年稀土永磁材料的产值为34亿美元，占整个永磁材料产值的52%。

目前NdFeB产值年增长18%~20%，已占整个永磁材料产值的40%以上.其中烧结NdZFel4B稀土永磁的磁能积高达钊4kJ油3，并已进入规模生产。

预计“十五”期间我国NdFcB总产量将达5OX刃1左右，销售总额将达150亿元人民币。

2010年，预计我国烧结NdFeB的产量将达到7xl了t，占全球产量的75%;粘结NdFcB的产量将达到lxl叭，占全球产量的50%;年产值将达260亿元人民币。

1.2永磁材料的研究现状永磁材料具有下列一些磁性上的特点:高的矫顽力和内察矫顽力、高的剩余磁通密度和剩余磁化强度以及高的居里温度和稳定性.。

永磁材料具有广泛的应用领域，从军工到民用，从小到手表、照相机、CD机、摄像机等，大到汽车、发电机、医疗器械、悬浮列车等。

永磁材料几乎无所不在，特别是稀土永磁材料更是发挥着重要的作用。

近10年来，随着我国经济的发展，对永磁材料的需求量迅速增加，对永磁材料性能的要求也不断提高，稀土永磁产品可使现有应用产品尺寸进一步缩小，性能大幅改善，适应了当今社会轻、薄、小的需求。

例如笔记本型电脑、机器人小型化等都是高性能稀土永磁材料应用的结果。

正如半导体材料的发展带动了计算机和信息产业的发展一样，新型稀土永磁材料也促进了相关高技术产业的发展。

而随着科技的发展，磁性材料应用领域在不断扩大，传统的永磁材料性能也在不断提高。

目前，永磁材料的研究和发展方向主要有以下两个:第一个研究方向是探索和发展新型的稀土永磁材料。

如ThM1n2型体合物、5卿Fel7N:、smzFel刃化合物等。

smZFc尹系稀土永磁有与NdZFeZB系永磁相近的饱和磁化强度和(BH)max理论值，但各向异性场却高出2.5倍，居里温度高出160K。

但它自问世以来，发展十分迅速，通过合理调整成分，寻求适当的制备方法，优化磁体制备工艺，充分挖掘潜在磁性能，降低生产成本，提高磁体质量，smZFeZN系合金很有希望成为新型实用永磁材料。

另一个研究方向是研制纳米复相永磁材料。

自1989年COehom等人在实验中首次发现NdZFe14B/Fe尹软、硬磁两相祸合以来，纳米晶双相永磁材料就成为永磁材料领域研究的热点。

通常软磁材料的饱和磁化强度高于硬磁材料，而硬磁材料的磁晶各向异性又高于软磁材料，如将软磁相与硬磁相在纳米尺度范围内进行复合，颗粒间将会产生强烈的交换祸合作用，而导致剩磁增强，以“交换弹性偶合”组成的纳米复合材料是获得高磁能积的新途径，从而获得同时具有两者优点的高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料。

这种材料由于具有高剩磁、高磁能积、高矫顽力和相对低的稀土含量以及相对成本较低，因此有望成为新一代永磁材料1铁氧体的最大优点是价格低廉，原材料十分丰富，工艺简单易行，所以，近十几年来发展很快。

这种磁性材料自问世以来正在以前所未有的高速度占领着永磁材料市场，经过十几年的发展，到目前为止已经己成为一个潜力巨大、经济效益可观的新兴产业。

但是钡铁氧体作为一种硬磁材料它也有自己的缺点，就是饱和磁化强度相对较低。

而我们知道软磁铁氧体材料则具有低的磁晶各向异性、高饱和磁极化强度。

因此我们想到，能否得到一种磁性材料，使其既具有硬磁相的高内察矫顽力又具有软磁相的饱和磁极化强度高、易充磁的优点。

2软磁材料作为信息功能材料的磁性材料是一种用途广泛的基础功能材料，而软磁材料则是其中应用最广泛、种类最多的材料之一，在工业中处于举足轻重的地位。

软磁材料是指矫顽力小、容易磁化的磁性材料。

软磁材料的性能常因应用而异，但一般要求材料的磁导率LL要高、矫顽力Hc和损耗Pc要低。

软磁材料主要包含以金属软磁材料(以硅钢片、坡莫(permalloy)合会、仙台(sendust)合金等为代表，包括Fe系、Fe．Si系、Fe．Al系、Fe-Ni系、FeSiAl 系、FeCo系、FeCr系等)和铁氧体软磁材料为代表的晶体材料，非晶态软磁合金(主要分为Fe基和Co基两种)以及近年来发展起来的纳米晶软磁合金(如Finemet)、纳米粒状组织软磁合金、纳米结构软磁薄膜和纳米线等。

2.1软磁材料的性能比较每种软磁材料的性能各有所长。

金属软磁材料的饱和磁感应强度Bs远高于铁氧体材料。

非晶、纳米晶材料的Bs虽与金属软磁材料相差不大，但它的矫顽力Hc要小得多。

与晶态材料相比，非晶态材料通常具有高强度、高耐腐蚀性和高电阻率的特性。

在非晶态合金中，Fe基非晶态合金通常具有较高的Bs，Fe．Ni基非晶态合金通常具有较高的m值，而Co基非晶态合金通常具有低的饱和磁致伸缩系数Is。

在软磁材料的应用中，20世纪30年代前金属软磁占主导地位，随着使用频率的增高，由于金属软磁材料的电阻率比较低，会引起大的涡流损耗，在更高频率下会导致趋肤效应，所以金属软磁材料的使用频率不能太高，否则会限制了它在高频段的应用。

为此，需开发新的适宜于在高频下使用的电阻率较高的软磁材料，铁氧体软磁材料应运而生。

目前传统的铁氧体软磁材料正朝着提高综合性能指标的方向发展。

铁氧体与其它软磁材料比较，存在有饱和磁感应低、温度影响大等缺点，但其电阻率高、高频损耗小的优点更显著。

在高频时，由于损耗限制磁感应摆幅，工作磁感应远小于饱和磁感应，因此饱和磁感应低的缺点就显得不重要了；又因铁氧体材料已有多种材料和磁芯规格满足各种要求，加之价格较其它软磁材料低廉，所以铁氧体是目前应用最广泛的软磁材料之一。

2.2软磁材料的进展二十世纪二十年代以后，由于通信技术(有线电、无线电)的不断发展又导致了其它一些重要软磁材料品种的出现，如镍铁合金、铁铝合金等，这些材料是液态金属在平衡或近平衡凝固条件下快速冷却得到的。

1960年DuWez等[15]人提出了熔体急冷法制备非晶合金，1970以后，在采用熔体施辊急冷法制备了非晶薄带后，非晶软磁材料得到飞速发展。

由于非晶、纳米晶材料的磁晶各向异性近似为零，因此它具有一般晶体材料所没有的、独特的软磁特性，而且非晶材料的制备工艺是将液态金属快淬薄带，省去了锻造、热轧、冷轧等工序，有利于节约能源，提高材料的成材率。

非晶软磁材料主要是由约x(Fe、Co、Ni)＝80％和约x(Si、B、C、P)＝20％组成。

由于合金中含有摩尔分数为20％的类金属原子，因此他们的饱和磁化强度一般低于相应的晶态合金。

其中以铁基合金的饱和磁化强度最高，但最高值也不超过1.8T。

居里温度Tc也较晶态合金低。

居里温度Tc随合金中Fe、Co和Ni含量的变化与晶态合金有些相似。

非晶态软磁合金分类：（1)过渡金属-类金属系（TM-M)，其中Fe，Ni，Co等磁性元素一般占70～84％，类金属元素B，Si，C，P占16～30％；（2）稀土-过渡金属系(RE-TM)；(3)过渡金属-金属系(TM-MT)，其中Fe，Ni，Co等过渡元素含量约90％，金属元素Zr，Hf等约10％。

也可按主要成分将其分为铁基、钴基和铁镍基、铁钴基合金等。

还可按磁性分为高饱和磁感和高磁导率两类。

铁基非晶合金中Fe的原子百分含量约为65％～80％，其特点是有较高的饱和磁感应强度，Bs值在1.3T～1.8T之间，是非晶合金中磁感应强度最高的一类，经磁场退火以后的μm 值一般为（20－30）×104。

Co基非晶磁性材料是迄今为止人们发现的最优异的软磁材料之一。

Co基非晶合金具有很高的导磁率、很低的矫顽力和损耗、良好的矩形回线等特性，Co基非晶合金具有磁致伸缩为零的特性，Co基非晶合金容易获得指定的厚度，是超薄叠层铁芯、磁性开关元件的良好材料。

但是钴基非晶的饱和磁化强度比较低，一般不大于1T。

1988年，Yoshizawa[17]等人首先发现在FeSiB非晶合金的基体加入少量Cu和M（M＝Nb，W，Ta等）经适当温度晶化退火后，可获得一种性能优异的具有b.c.c.结构的超细晶粒（D ≈10nm）软磁合金，即纳米晶。

纳米晶软磁材料具有高磁导率、高饱和磁通、低矫顽力、低铁损、频散特性好等优点，是日前世界上公认的综合性能最好的软磁材料。