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1、第三章,磁性材料及其普遍性随着科学技术的发展，已揭示出一切物质都具有磁性，任何空间均存在磁场。磁性在生产和技术、科研和国防、以及家庭生活中有广泛的应用。,磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。,。,司南铁磁材
2、料应用的起源 中国是磁的故乡早在 3000 多年前我国就已发现磁石相互吸引和磁石吸铁的现象,并在世界上最先发明用磁石作为指示方向和校正时间的应用。公元前 4 世纪，中国发明了司南。后来，出现了指南车。司南 指南车,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。,磁悬浮列车,3-1 概述,一、磁性材料的基本特性和分类二、磁性材料的特性曲线三、影响磁性能的外在因素,物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁
3、磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金属和非金属两类。按矫顽力的大小分为软磁材料、永（硬）磁材料和特殊性能的磁性材料。按其在外磁场中表现的不同磁性可分为顺磁物质、反磁物质和铁磁物质。,一、磁性材料的基本特性和分类,二、磁性材料的特性曲线,磁性材料的特性曲线是指磁性材料的磁感应强度B与外磁场的磁场强度H之间的曲线，简称B-H曲线。工程上常用磁化曲线和磁滞回线等特性曲线来反映磁性材料的基本性能。1.起始磁化曲线P602.磁滞回线P60,二、磁性材料的特性曲线,磁滞：剩磁：矫顽力：磁滞损耗：磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。铁损：铁损主要包括磁滞损耗和涡流损耗
4、3.基本磁化曲线P60基本磁化曲线是软磁材料确定工作点的重要依据。,二、磁性材料的特性曲线,4.退磁曲线磁积能：,退磁曲线,最大磁能积(BH)max,不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。,*可根据(BH)max确定各种永磁体的最佳形状。(BH)max越高的永磁体，产生同样的磁场所需的体积越小；在相同体积下，(BH)max越高的永磁体获得的磁场越强。注：(BH)max是评价永磁体强度的最主要指标。稀土永磁体(BH)max450KJ/m3；普通磁钢(BH)max8KJ/m3,磁致伸缩材料的应用,一、磁致伸缩材料的应用基础,（1）磁致伸缩效应(Joule效应)制作磁致伸缩制动器（2）磁致伸缩逆效应(
5、Villari效应)制作磁致伸缩传感器（3）E效应：磁致伸缩材料由于磁化状态的改变而引起自身杨氏模量发生变化的现象，可用于声延迟线。（4）魏德曼效应(Viedemann效应)：在磁性体上形成适当的磁路，当有电流通过时，磁性体发生扭曲变形的现象，可用于扭转马达。（5）魏德曼逆效应(Anti-Viedeman效应)：使圆管状磁致伸缩材料沿管轴发生周向扭曲，同时沿轴向施加交变磁场，则沿圆周出现交变磁化的现象，可用于扭转传感器。,二、声学领域的应用,1、声纳系统电磁波常被用于通讯和探测等方面。但在水下它因衰减过快而无法利用，于是人们利用声波及超声波讯号来进行水下通讯、探测、遥控等工作，声纳就成为潜艇的
6、口、眼。早先采用的都是压电材料，但它们有以下缺点：(1)机电转换系数低，输出功率低；(2)响应频率高，信号在水下衰减快、传输距离小；(3)在数千伏的高压下工作，安全性差。,自从大应变和低响应频率的REFe2压磁材料出现以来，声纳性能大大改善，海底探测距离已达到数千公里。,应用领域：海底通讯、海底测绘、海洋捕捞、矿藏勘探、油井测探、超声邻近传感器、超声焊接、超声无损探伤、超声全息摄像、超声体外排石等等。,2、声延迟线REFe2等化合物的弹性模量E随磁场的改变变化极大，由于E的变化，声速也随磁场发生显著改变。利用这种效应，美国人研制成可变延迟线。,三、伺服领域的应用,*伺服机构是将电信号及磁信号等
7、的能量变换为机械能的机构。*利用REFe2材料的低场大应变、大输出应力、高响应速度且无反冲的特征，可以制成结构简单的微位移致动器，广泛用于超精密定位、激光微加工、精密流量控制、原子力显微镜、数控车床、机器人和阀门控制等方面。,三、力学传感领域,1、静应力传感领域利用应变导致磁特性的变化从而输出电压发生变化的现象，用于磁应变传感器检测料斗的料位。把测力器放在料斗支持部位，与负载成比例的输出电压经放大比较后自动触发上/下限位开关从而实现料位的在线监测和实时控制。,2、振动、冲击应力传感器领域在机器人领域，通常的磁致伸缩器件原型有3种。以c为例，当处于受力状态时，x方向和y方向的磁场不再均匀分布，这样就会在输出线圈中产生磁通，激发线圈上成比例的2次电压信号。利用它做传感器，可精确感受0.0lg的质量。,3、扭转传感领域扭矩传感器、阻尼减震系统,三、影响磁性材料性能的外在因素,1.温度温度升高，磁性能降低2.频率频率升高，导磁性能降低此外，磁性材料的磁性能，不仅取决于其化学成分，还与机械加工的方法和热处理条件有关,谢谢,
