具有強磁性的材料。這類材料微觀特徵是相鄰原子或離子磁矩呈有序排列,從而顯示出鐵磁性或亞鐵磁性。宏觀特徵是在外磁場作用下具有明顯的磁化強度。

  按化學成分分類 基本上可分為金屬磁性材料與鐵氧體兩大類。

  ①金屬磁性材料。主要是鐵、鎳、鈷元素及其合金,如鐵矽合金、鐵鎳合金、鐵鈷合金、釤鈷合金、鉑鈷合金、錳鋁合金等等。它們具有金屬的導電性能,通通常呈現鐵磁性,具有較高的飽和磁化強度,較高的居裡溫度,較低的溫度系數,在交變電磁場中具有較大的渦流損耗與趨膚效應,因此金屬軟磁材料通常適用於低頻、大功率的電力、電子工業。例如矽鋼片的飽和磁感應強度約為2T(特斯拉),比一般鐵氧體大5倍,廣泛用作電力變壓器。金屬永磁材料目前磁能積很高,用它可以制成體積小,重量輕的永磁器件,尤宜用於宇航等空間科技領域,其缺點是鎳、鈷以及稀土金屬價格貴,材料來源少。

  ②鐵氧體。是指以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物,早期曾譯名為“鐵淦氧磁物“,簡稱“鐵淦氧”,因其制備工藝沿襲瞭陶瓷和粉末冶金的工藝,有時也稱為磁性瓷。大多數為亞鐵磁性,從而飽和磁化強度較低,其電阻率卻比金屬磁性材料高106倍以上,在交變電磁場中損耗較低,在高頻、微波、光頻段應用時更顯出其獨特的優點,從晶體結構考慮,鐵氧體主要分為:尖晶石型(與天然MgAl2O4尖晶石同晶型),例如錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體等;石榴石型〔與天然的(Fe,Mn)3Al2(SiO4)3石榴石同晶型〕,例如釔鐵石榴石型鐵氧體(Y3Fe5O12))等;六角晶系鐵氧體,例如與天然Pb(Fe7.5)Mn3.5Al0.5Ti0.5)O19磁鉛石同晶型的鋇鐵氧體(BaFe12)O19),易磁化軸處於六角平面內的Y型鐵氧體(Ba2Me2+Fe12)O22)等。

  按應用情況分類 大體上可分為 6類(由於磁性材料的種類繁多,應用廣泛,實際上決非此6類所能完全概括)。

  ①永磁材料又名硬磁材料。具有高矯頑力與剩磁值。通常以最大磁能積(BH)m衡量永磁材料的優值。例如:鋁鎳鈷系合金、釤鈷系合金、錳鋁系合金、鐵鉻鈷系合金以及鋇鐵氧體、鍶鐵氧體等。

  ②軟磁材料。具有較低的矯頑力,較窄的磁滯回線。通常以初始磁導率,飽和磁感應強度以及交流損耗等值的大小標志其主要性能。材料主要有純鐵、鐵矽合金系、鐵鎳合金系、錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體等。軟磁材料是磁性材料中種類最多、應用最廣泛的一類,在電力工業中主要是用作變壓器、電動機與發電機的磁性材料,在電子工業中制成各種磁性元件,廣泛地應用於電視、廣播、通信等領域。

  ③矩磁材料。磁滯回線呈矩形,而矯頑力較小的一種軟磁材料,通常以剩磁Br與最大磁感應強度Bm之比的矩形比Br/Bm值標志其靜態特性。材料主要有鋰錳鐵氧體,錳鎂鐵氧體等。用在電子計算機,自動控制等技術中常作為記憶元件、開關和邏輯元件等的材料。

  ④旋磁材料。利用旋磁效應的磁性材料,通常用於微波頻段,以復張量磁導率、飽和磁化強度等標志其主要性能。常用的材料為石榴石型鐵氧體、鋰鐵氧體等。可制作各種類型的微波器件,如隔離器、環流器、相移器等。自1952年以來,鐵氧體在微波領域的應用,促使微波技術發生革命性的變革。利用鐵氧體的張量磁導率的特性才能制造出一系列非互易性微波器件;利用鐵氧體的非線性效應,可設計出一系列有源器件,如倍頻器、振蕩器等。

  ⑤壓磁材料。利用磁致伸縮效應的磁性材料,以磁致伸縮系數標志其主要性能,通常用於機械能與電能的相互轉換。例如可制成各種超聲器件、濾波器、磁扭線存儲器、振動測量器等。常用的材料為鎳片、鎳鐵氧體等。目前正在深入研究磁聲耦合效應,以期開拓新的應用領域。

  ⑥磁記錄材料。主要包括磁頭材料與磁記錄介質兩類,前者屬於軟磁材料,後者屬於永磁材料,由於其應用的重要性與性能上的特殊要求而另列一類。磁頭材料除瞭應具有軟磁材料的一般特性外,常要求高記錄密度,低磨損。常用的有熱壓多晶鐵氧體、單晶鐵氧體、鋁矽鐵合金、硬叵姆合金等。磁記錄介質要求有較大的剩磁值,適當高的矯頑力值

,以便將電的信息通過磁頭而在磁帶上以一定的剩磁跡記錄下來。常用的材料為γ-三氧化二鐵。高記錄密度的材料有二氧化鉻金屬薄膜等。目前磁記錄已普遍應用於各個領域,例如錄音、錄碼、錄像等,因此,近年來磁記錄材料的產量急劇增長。從廣義來說, 磁泡材料也屬於這一類。

  磁性材料正在不斷發展。例如非晶態磁性材料,磁性半導體等,都是當前極為活躍的研究領域。磁性材料的用途亦越趨廣泛。

  

參考書目

 李蔭遠、李國棟編:《鐵氧體物理學》,修訂版,科學出版社,北京,1978。

 郭貽誠著:《鐵磁學》,高等教育出版社,北京,1965。

 R.S.特貝爾、D.J.克雷克著,北京冶金研究所譯:《磁性材料》,科學出版社,北京,1979。(R.S.Tebble and D.J.Craik, magnetic materials, Wiley Inters cience,London,1969.)