一、磁性材料的定義

       磁性材料具有磁有序的強磁性物質(zhì)，廣義還包括可應(yīng)用其磁性和磁效應(yīng)的弱磁性及反鐵磁性物質(zhì)。

       磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。物質(zhì)按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外磁場中的性狀可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)。鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)為強磁性物質(zhì)，抗磁性和順磁性物質(zhì)為弱磁性物質(zhì)。

       磁性材料按性質(zhì)分為金屬和非金屬兩類，前者主要有電工鋼、鎳基合金和稀土合金等，后者主要是鐵氧體材料。

       磁性材料按使用又分為軟磁材料、永磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸縮材料、磁記錄材料、磁電阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲線、磁滯回線和磁損耗等。

二、磁性材料的主要種類

       1、永磁材料： 經(jīng)外磁場磁化以后，即使在相當(dāng)大的反向磁場作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。對這類材料的要求是剩余磁感應(yīng)強度Br高，矯頑力BHC(即抗退磁能力)強，磁能積(BH)(即給空間提供的磁場能量)大。相對于軟磁材料而言，它亦稱為硬磁材料。

       永磁材料有合金、鐵氧體和金屬間化合物三類。

       ①合金類：包括鑄造、燒結(jié)和可加工合金。鑄造合金的主要品種有:AlNi(Co)、FeCr(Co)、FeCrMo、FeAlC、FeCo(V)(W)；燒結(jié)合金有：Re－Co（Re代表稀土元素）、Re－Fe以及AlNi（Co）、FeCrCo等；可加工合金有：FeCrCo、PtCo、MnAlC、CuNiFe和AlMnAg等，后兩種中BHC較低者亦稱半永磁材料。②鐵氧體類：主要成分為MO·6Fe2O3,M代表Ba、Sr、Pb或SrCa、LaCa等復(fù)合組分。③金屬間化合物類：主要以MnBi為代表。

       永磁材料有多種用途，①基于電磁力作用原理的應(yīng)用主要有：揚聲器、話筒、電表、按鍵、電機、繼電器、傳感器、開關(guān)等。②基于磁電作用原理的應(yīng)用主要有：磁控管和行波管等微波電子管、顯像管、鈦泵、微波鐵氧體器件、磁阻器件、霍爾器件等。③基于磁力作用原理的應(yīng)用主要有：磁軸承、選礦機、磁力分離器、磁性吸盤、磁密封、磁黑板、玩具、標(biāo)牌、密碼鎖、復(fù)印機、控溫計等。其他方面的應(yīng)用還有：磁療、磁化水、磁麻醉等。

       根據(jù)使用的需要，永磁材料可有不同的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。有些材料還有各向同性和各向異性之別。 它的功能主要是導(dǎo)磁、電磁能量的轉(zhuǎn)換與傳輸。因此，對這類材料要求有較高的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強度，同時磁滯回線的面積或磁損耗要小。與永磁材料相反，其Br和BHC越小越好，但飽和磁感應(yīng)強度Bs則越大越好。

       2、軟磁材料： 功能主要是導(dǎo)磁、電磁能量的轉(zhuǎn)換與傳輸。因此，對這類材料要求有較高的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強度，同時磁滯回線的面積或磁損耗要小。與永磁材料相反，其Br和BHC越小越好，但飽和磁感應(yīng)強度Bs則越大越好。

        軟磁材料大體上可分為四類。①合金薄帶或薄片：FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等。②非晶態(tài)合金薄帶：Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以適當(dāng)?shù)腟i、B、P和其他摻雜元素,又稱磁性玻璃。③磁介質(zhì)（鐵粉芯）:FeNi(Mo)、FeSiAl、羰基鐵和鐵氧體等粉料，經(jīng)電絕緣介質(zhì)包覆和粘合后按要求壓制成形。④鐵氧體：包括尖晶石型──M O·Fe2O3 (M 代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等),磁鉛石型──Ba3Me2Fe24O41(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其復(fù)合組分)。 軟磁材料的應(yīng)用甚廣，主要用于磁性天線、電感器、變壓器、磁頭、耳機、繼電器、振動子、電視偏轉(zhuǎn)軛、電纜、延遲線、傳感器、微波吸收材料、電磁鐵、加速器高頻加速腔、磁場探頭、磁性基片、磁場屏蔽、高頻淬火聚能、電磁吸盤、磁敏元件(如磁熱材料作開關(guān))等。

       3、旋磁材料：具有獨特的微波磁性，如導(dǎo)磁率的張量特性、法拉第旋轉(zhuǎn)、共振吸收、場移、相移、雙折射和自旋波等效應(yīng)。據(jù)此設(shè)計的器件主要用作微波能量的傳輸和轉(zhuǎn)換，常用的有隔離器、環(huán)行器、濾波器(固定式或電調(diào)式)、衰減器、相移器、調(diào)制器、開關(guān)、限幅器及延遲線等，還有尚在發(fā)展中的磁表面波和靜磁波器件(見微波鐵氧體器件)。常用的材料已形成系列，有Ni系、Mg系、Li系、YlG系和BiCaV系等鐵氧體材料;并可按器件的需要制成單晶、多晶、非晶或薄膜等不同的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

       4、壓磁材料： 這類材料的特點是在外加磁場作用下會發(fā)生機械形變，故又稱磁致伸縮材料，它的功能是作磁聲或磁力能量的轉(zhuǎn)換。常用于超聲波發(fā)生器的振動頭、通信機的機械濾波器和電脈沖信號延遲線等，與微波技術(shù)結(jié)合則可制作微聲(或旋聲)器件。由于合金材料的機械強度高，抗振而不炸裂，故振動頭多用Ni系和NiCo系合金;在小信號下使用則多用Ni系和NiCo系鐵氧體。非晶態(tài)合金中新出現(xiàn)的有較強壓磁性的品種，適宜于制作延遲線。不過壓磁材料的生產(chǎn)和應(yīng)用遠(yuǎn)不及前面的材料。

（1）永磁材料

       永磁材料又稱“硬磁材料”，經(jīng)過外部磁場磁化后，能長時間保持恒定磁性的磁性材料。相比于軟磁材料，剩磁感應(yīng)強度高、矯頑力強、磁能積大，因此具有較強的穩(wěn)定性、抗退磁性、抗溫性。永磁材料主要包含磁致伸縮材料、永（硬）磁合金、永（硬）磁陶瓷、粘結(jié)（硬）磁材料及其他（永）硬磁材料，以及馬氏體鋼（T.1類）等應(yīng)用較少的其他（永）硬磁材料：

       磁致伸縮合金是一種飽和磁致伸縮程度較大的合金，主要化學(xué)組成成分為鐵、鋱、鏑，是通過壓縮、拉伸，可使電磁能與機械能相互轉(zhuǎn)換的材料。磁致伸縮材料具有感知磁場和產(chǎn)生驅(qū)動的功能，是一種帶有智能性的功能性磁性材料，廣泛用于超聲波器件，回聲器件、機械濾波器、混頻器、壓力傳感器以及超聲延遲線等產(chǎn)品。

       永（硬）磁合金指經(jīng)充磁后，在撤掉外磁場時仍能保留較高剩磁的磁性合金，其不但具有高的硬度和力學(xué)性能，且具備抗去磁能力強、矯頑力值高、磁性“硬”等特點，因而又稱硬磁合金，主要包括鋁鎳鐵鈷鈦合金、鐵鈷釩鉻合金、稀土鈷合金、鐵鉻鈷合金、稀土鐵硼合金。永（硬）磁合金多用于機電設(shè)備和裝置、聲波換能器、磁力機械等設(shè)備制造。

       永（硬）磁陶瓷主要是指永（硬）磁鐵氧體，一種主要以SrO或BaO及Fe2O3為原料制造而成的永磁磁鐵。與其他永磁磁鐵相比，鐵氧體磁鐵堅硬且脆，磁能較低。但是它不易退磁不易腐蝕，生產(chǎn)工藝簡單且價格低廉，目前主要用于旋轉(zhuǎn)電機、揚聲器、吸持裝置和玩具的生產(chǎn)制造。

       粘結(jié)（硬）磁材料是一種復(fù)合材料，主要是由膠合在樹脂基體中的永（硬）磁粉末組成的，主要包括粘結(jié)永（硬）磁鐵氧體、粘結(jié)鋁鎳鈷鐵鈦磁體、粘結(jié)稀土鈷磁體、粘結(jié)釹鐵硼磁體、粘結(jié)永磁鐵氧體。粘結(jié)（硬）磁材料的性能主要取決于永（硬）磁粉末和基體材料的類型以及填充系數(shù)和各向異性的取向度。與燒結(jié)材料相比，盡管其磁性性能較低，但卻擁有良好的經(jīng)濟效益，并且因其具備良好的機械性能，能夠生產(chǎn)出各類不同形狀的材料。

（2）軟磁材料

       軟磁材料是電力、電子信息等產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料之一，具有磁電轉(zhuǎn)換的特殊功能，因其具有磁滯損耗小、高磁導(dǎo)率、低矯頑力、飽和磁感應(yīng)強度高等特點，廣泛應(yīng)用于電能變換、抗電磁干擾、無線充電、近場通訊等領(lǐng)域，在新能源汽車、新能源發(fā)電、消費電子、工業(yè)電子、通訊、云端服務(wù)、計算機以及航空航天等行業(yè)也有著大量應(yīng)用。軟磁材料主要包括金屬系軟磁、鐵系及鋼系軟磁、非晶軟磁和粉末冶金工藝型軟磁等四類主要材料：

       金屬軟磁材料是由金屬和合金軟磁，通過特殊工藝加工生產(chǎn)出來的材料，也是最早的軟磁材料，主要包括鐵鎳軟磁合金、鐵鈷軟磁合金、其他類軟磁合金。主要用于制作變壓器、發(fā)電機、繼電器等器材以及逆變器電感元件。

       鐵系軟磁材料以鐵為基本元素成分，通常被稱為“工業(yè)純鐵”或“磁性軟鐵”，其具有穩(wěn)定的剩磁性、矯頑力、磁極化強度等磁性材料特點，因此能夠生產(chǎn)出穩(wěn)定用途的磁性材料，目前主要用于直流繼電器、揚聲器、電磁鐵、磁性離合器等設(shè)備的制造；鋼系軟磁材料因其具備碳、硅等較為硬核的化學(xué)元素，主要包括低碳軟鋼系軟磁、硅鋼系軟磁及其他鋼系軟磁材料，因其在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中能夠靈活設(shè)計矯頑力、電阻率等物理參數(shù)，通常是作為磁離合器、磁極靴、步進電機的主要磁性原材料。

       粉末冶金工藝生產(chǎn)的軟磁材料主要包括軟磁鐵氧體、燒結(jié)軟磁材料、粉末成型材料，主要功能為在電子系統(tǒng)中對電磁信號進行隔離和吸收，可用于制作各種電子變壓器、電感器、濾波器(EMI)等。

       非晶軟磁材料，業(yè)界俗稱“金屬玻璃”，主要包括鐵基、鎳基、鈷基三種材料類型。相對于普通的軟磁材料，非晶軟磁合金具有低矯頑力、高磁導(dǎo)率、高電阻率、耐高溫腐蝕和高韌性等優(yōu)異特性，這類材料主要用于變壓器、互感器、電感材料等設(shè)備的生產(chǎn)。

三、磁性材料的應(yīng)用——變壓器

       磁性材料是生產(chǎn)、生活、國防科學(xué)技術(shù)中廣泛使用的材料。如制造電力技術(shù)中的各種電機、變壓器，電子技術(shù)中的各種磁性元件和微波電子管，通信技術(shù)中的濾波器和增感器，國防技術(shù)中的磁性水雷、電磁炮，各種家用電器等。此外，磁性材料在地礦探測、海洋探測以及信息、能源、生物、空間新技術(shù)中也獲得了廣泛的應(yīng)用。 

       磁性材料的用途廣泛。主要是利用其各種磁特性和特殊效應(yīng)制成元件或器件；用于存儲、傳輸和轉(zhuǎn)換電磁能量與信息，或在特定空間產(chǎn)生一定強度和分布的磁場；有時也以材料的自然形態(tài)而直接利用(如磁性液體)。磁性材料在電子技術(shù)領(lǐng)域和其他科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中都有重要的作用。

       假如把每個國家每年生產(chǎn)、使用的磁性材料進行統(tǒng)計，每個國家每人每年所使用的磁性材料都表征著這個國家的現(xiàn)代化程度，科學(xué)家用磁性材料的應(yīng)用來表示這個國家現(xiàn)代化的程度。所以磁性材料的研發(fā)與國家發(fā)展息息相關(guān)。