磁性材料，通常所說的磁性材料是指強磁性物質(zhì)，是古老而用途十分廣泛的功能材料，而物質(zhì)的磁性早在3000年以前就被人們所認識和應用，例如中國古代用天然磁鐵作為指南針?，F(xiàn)代磁性材料已經(jīng)廣泛的用在我們的生活之中，例如將永磁材料用作馬達，應用于變壓器中的鐵心材料，作為存儲器使用的磁光盤，計算機用磁記錄軟盤等。大比特資訊上說，磁性材料與信息化、自動化、機電一體化、國防、國民經(jīng)濟的方方面面緊密相關(guān)。而通常認為，磁性材料是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁性材料，不容易去磁的物質(zhì)叫硬磁性材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小，硬磁性材料剩磁較大。

一、基本特性：

1.磁性材料的磁化曲線

磁性材料是由鐵磁性物質(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)組成的，在外加磁場H 作用下，必有相應的磁化強度M 或磁感應強度B，它們隨磁場強度H 的變化曲線稱為磁化曲線(M~H或B~H曲線)。磁化曲線一般來說是非線性的，具有2個特點:磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。即當磁場強度H足夠大時，磁化強度M達到一個確定的飽和值Ms，繼續(xù)增大H，Ms保持不變;以及當材料的M值達到飽和后，外磁場H降低為零時，M并不恢復為零，而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當于M~H曲線或B~H曲線上的某一點，該點常稱為工作點。

2.軟磁材料的常用磁性能參數(shù)

飽和磁感應強度Bs:其大小取決于材料的成分，它所對應的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。

剩余磁感應強度Br:是磁滯回線上的特征參數(shù)，H回到0時的B值。

矩形比:Br∕Bs

矯頑力Hc:是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷(雜質(zhì)、應力等)。

磁導率μ:是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。

初始磁導率μi、最大磁導率μm、微分磁導率μd、振幅磁導率μa、有效磁導率μe、脈沖磁導率μp。

居里溫度Tc:鐵磁物質(zhì)的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。

損耗P:磁滯損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ 降低，降低磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc;降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關(guān)系為:總功率耗散(mW)/表面積(cm²)

3.軟磁材料的磁性參數(shù)與器件的電氣參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

在設計軟磁器件時，首先要根據(jù)電路的要求確定器件的電壓、電流特性。器件的電壓、電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關(guān)。設計者必須熟悉材料的磁化過程并掌握材料的磁性參數(shù)與器件電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設計軟磁器件通常包括三個步驟:正確選用磁性材料;合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸;根據(jù)磁性參數(shù)要求，模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應的電氣參數(shù)。

二、分類：

磁性材料具有磁有序的強磁性物質(zhì)，廣義還包括可應用其磁性和磁效應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。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。

1.永磁材料

經(jīng)外磁場磁化以后，即使在相當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、標牌、密碼鎖、復印機、控溫計等。其他方面的應用還有: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。

2.軟磁材料

它的功能主要是導磁、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率和感應強度，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?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及其復合組分)。 軟磁材料的應用甚廣，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.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。壓磁材料的生產(chǎn)和應用遠不及前面四種材料。

磁性材料是生產(chǎn)、生活、國防科學技術(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)域和其他科學技術(shù)領(lǐng)域中都有重要的作用。

三、發(fā)展及應用：

1、軟磁材料的發(fā)展

軟磁材料在工業(yè)中的應用始于19世紀末。隨著電力工及電訊技術(shù)的興起，開始使用低碳鋼制造電機和變壓器，在電話線路中的電感線圈的磁芯中使用了細小的鐵粉、氧化鐵、細鐵絲等。到20世紀初，研制出了硅鋼片代替低碳鋼，提高了變壓器的效率，降低了損耗。直至21世紀，硅鋼片在電力工業(yè)用軟磁材料中仍居首位。到20世紀20年代，無線電技術(shù)的興起，促進了高導磁材料的發(fā)展，出現(xiàn)了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。從40年代到60年代，是科學技術(shù)飛速發(fā)展的時期，雷達、電視廣播、集成電路的發(fā)明等，對軟磁材料的要求也更高，生產(chǎn)出了軟磁合金薄帶及軟磁鐵氧體材料。進入70年代，隨著電訊、自動控制、計算機等行業(yè)的發(fā)展，研制出了磁頭用軟磁合金，除了傳統(tǒng)的晶態(tài)軟磁合金外，又興起了另一類材料--非晶態(tài)軟磁合金。 2、常用軟磁磁芯的種類

鐵、鈷、鎳三種鐵磁性元素是構(gòu)成磁性材料的基本組元。按(主要成分、磁性特點、結(jié)構(gòu)特點)制品形態(tài)分類:

(1) 粉芯類: 磁粉芯，包括:鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯(High Flux)、坡莫合金粉芯(MPP)、鐵氧體磁芯

(2) 帶繞鐵芯:硅鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金

2、含自由基磁性高分子

一種形成有機自旋體系的方法是使有機自由基形成一定的有序結(jié)構(gòu)，進而表現(xiàn)出鐵磁性?？梢栽O計分子結(jié)構(gòu)，通過氫鍵使自由基相互連接，得到磁有序狀態(tài)，第一個通過氫鍵組合自由基形成的有機鐵磁體是在1994年由Sugawara等合成的。之后，Veciana等也制備了幾種類似結(jié)構(gòu)的苯基硝基硝氧基自由基的衍生物，其中一種間位結(jié)構(gòu)的RSNN在0.45k有鐵磁性的相轉(zhuǎn)變。

另一種方法是制備成高分子使有機自由基穩(wěn)定并呈現(xiàn)鐵磁性有序。從合成有機聚合物鐵磁體來看，聚二乙炔衍生物要比聚乙炔衍生物更易使其中的自由基穩(wěn)定和呈現(xiàn)鐵磁性。將含有有機自由基的單體聚合，通過高分子鏈的傳遞作用使自由基中的電子自旋發(fā)生耦合，從而表現(xiàn)出宏觀的磁性。如Ovchinnikov等在1987年制備的第一個有機磁性高分子BIPO，單體分子中具有兩個可進行聚合反應的三鍵，以及兩個帶有哌啶環(huán)的亞硝酰穩(wěn)定的自由基。Ovchinnikov提出了超交換模型，從理論上分析了這種含自由基的高分子的磁性來源。