详细介绍磁性材料的定义、种类和用途

由带电粒子组成的材料和物质有不同类型：例如电子和质子。这些材料在受到外部磁场磁化时能表现出某种磁性，称为磁性材料。这些材料在磁场中具有感应磁矩或永磁矩。

为了研究这些材料的磁性能，通常将材料置于标准化磁场中，然后改变磁场。在现代技术中，这些材料发挥着关键作用，是变压器、电机和发电机的重要部件。本文将介绍有关磁性材料的简要信息。

什么是磁性材料？

在外加磁场的作用下磁化的材料称为磁性材料。当这些物质被磁铁吸引时，它们也会获得磁化。这些材料的典型例子有：铁、钴和镍。

这些材料分为硬磁（或）软磁材料。

• 硬磁材料通过电磁体产生的非常强的外部磁场被磁化。这些材料主要用于制造永磁体，由合金制成，通常含有不同数量的铁、镍、铝、钴和稀土元素，如钐、钕和镝。
• 软磁性材料很容易被磁化，尽管感应磁性是暂时的。例如，如果你用螺丝刀或钉子敲击永磁体，它就会暂时被磁化并产生微弱的磁场，因为大量的铁原子通过外部磁场暂时沿相似的方向排列。

主要特性

磁性材料特性是物理学最基本的概念之一，其性质主要包括顺磁性、铁磁性和反铁磁性，下文将对此进行讨论。

1. 顺磁性是一种磁性，其中一些材料被外部施加的磁场微弱地吸引。它在施加磁场的方向内形成内部磁场和感应磁场。在顺磁性中，不成对的电子随机排列。
2. 铁磁性是一种现象，其中像铁这样的材料被磁化并在该阶段的外部磁场中保持磁化。在铁磁性中，不成对的电子都是相连的。
3. 反铁磁性是一种磁序，主要发生在相邻原子（或）离子的磁矩反向排列并导致净磁矩为零时。所以这种行为主要是由于相邻离子或原子之间的交换相互作用，这有助于反平行排列以降低系统的能量。通常，反铁磁材料在特定温度下表现出磁有序性，称为：尼尔温度。超过这个温度的材料将变得顺磁性并失去其反铁磁性。

工作原理

磁性材料具有小区域，磁矩可以在特定方向内定向，称为磁畴，这主要负责材料的独特性能。材料的总能量可以简单地由各向异性能、交换能和静磁能贡献。每当磁性材料的尺寸减小时，就会增强材料中的各个磁畴。因此，由于静磁能的减少，更多的磁畴壁将增加交换和各向异性能量。因此，磁畴的大小将决定磁性材料的性质。

对于一些与临界超顺磁性直径相比具有较小粒径的材料，磁矩不稳定。当颗粒直径在超顺磁性临界直径和单磁畴之间时，磁矩就会变得稳定。

常见类型

目前市场上有不同类型的磁性材料，具体如下所述。

1、顺磁材料

这些材料不会像磁铁那样被强烈吸引，典型例子如锡镁、铝等。这些材料的相对磁导率较小，但正值，如铝磁导率为：1.00000065。这些材料只有在位于非常强的磁场中时才会被磁化，并且它们在磁场方向上发挥作用。

每当外部提供强磁场时，永磁偶极子就会将它们调整为与施加的磁场自平行并增加到正磁化强度。如果偶极子取向平行于所施加的磁场不完全，则磁化强度极小。

2、抗磁性材料

这些通过磁铁相互排斥的材料如水银、锌、铅、木材、铜、银、硫、铋等被称为抗磁性材料。这些材料的渗透率略低于 1。例如，铜材料的磁导率是0.000005，铋材料是0.00083，木质材料是0.9999995。

当这些材料位于极强的磁场中时，这些材料将被轻微磁化并沿与所施加的磁场相反的方向起作用。在这些类型的材料中，由于轨道公转和电子绕核的轴向旋转而产生两个相当弱的磁场。

3、铁磁材料

这些通过磁场强烈吸引的材料称为铁磁材料。这些材料的例子有：镍、铁、钴、钢等。这些材料具有极高的磁导率，可达数百至数千。

这些材料中的磁偶极子被简单地排列到不同的域中，其中单个偶极子的排列非常完美并且可以产生强磁场。通常，这些磁域是随机排列的，每个磁域的磁场都会通过另一个磁域抵消，整个材料不会表现出磁体的行为。

每当向这些材料提供外部磁场时，磁畴就会重新定向以支持外部磁场并产生非常强的内部磁场。通过扣除外部磁场，大多数磁域等待并继续在磁场方向上联盟。

因此，即使外部磁场消失，这些材料的磁场仍然存在。因此，这一主要特性用于生产我们日常使用的永磁体。用于制造永磁体的材料通常具有高铁磁性，如铁、镍、钕、钴等。

磁性原材料

通常情况下，世界各地的永磁体由不同类型的材料制成，每种材料具有不同的特性。这些材料主要包括；铝镍钴合金、柔性橡胶、铁氧体、钐钴和钕，下面讨论。

1、铁氧体

位于铁磁材料和非铁磁材料之间的特殊铁磁材料组被称为铁氧体。这些材料具有细小的铁磁材料颗粒，具有高磁导率并通过粘合树脂相互固定。在铁氧体中，虽然其磁饱和度不像铁磁材料那样高，但产生的磁化强度非常足够。

这些材料的生产成本并不昂贵，这与其磁场强度有关。与稀土材料相比，它们的强度要弱得多，但即使如此，它们仍广泛用于多种商业应用。这些材料具有抗腐蚀和抗退磁等强度。

2、钕

钕是一种非常稀土元素（(Nd)，原子序数为60，于1885年由奥地利化学家卡尔·奥尔·冯·韦尔斯巴赫 (Carl Auer von Welsbach) 简单发现。这种材料由硼、铁以及微量其他元素混合而成例如：镨和镝可生成称为Nd2Fe14b的铁磁合金，这是磁性最强的材料。在多种工业和现代商业电器中，钕磁铁取代了其它类型的材料。

3、铝镍钴

铝、镍和钴的缩写是“铝镍钴”，这三种主要元素主要用于制造铝镍钴磁性材料。与稀土磁体相比，这些磁体是非常坚固的永磁体。电机、扬声器和发电机中的铝镍钴磁体可以用永磁体替代。

4、钐钴

这些磁铁是美国空军材料实验室在20世纪70年代初开发出来的。钐钴或SmCo是一种磁性材料，由不寻常的地球元素合金制成，例如：钐、硬金属钴、微量铁、铪、铜、镨和锆。钐钴磁铁是像钕一样的稀土磁铁，因为钐是和钕类似的稀土族元素的元素。

磁性材料与非磁性材料区别

下面介绍这两种材料之间的差异，具体表现在以下几个方面：

典型应用

磁性材料的应用包括以下几个方面内容：

• 用于在用电设备中产生和分配电力。
• 用于音频、录像带和计算机磁盘上的数据存储。
• 这些材料在生活、生产、国防科技等领域有着广泛的应用。
• 用于制造电力技术中的各种变压器和电机，电子技术中的各种磁性元件和微波管，通信技术中的增强器和滤波器，国防技术中的电磁枪、家用电器和磁性地雷。
• 广泛应用于矿物和地质勘探、海洋勘探以及能源、信息、空间和生物领域的新技术。
• 适用于电子、医学、电气工程等。
• 用于制造电子电气设备，如电动机、变压器和发电机。
• 用于磁存储设备生产，例如：软盘、硬盘驱动器和磁带。
• 用于磁传感器生产，例如：霍尔效应传感器、磁场传感器和磁阻传感器。
• 适用于医疗设备，例如：MRI机器、起搏器和植入式药物输送系统。
• 用于磁分离方法，用于将磁性颗粒与非磁性颗粒分离。
• 用于生产可再生能源，例如：水力发电厂和风力涡轮机。

所以，以上就是磁性材料、类型、差异、材料比较及其应用的概述，希望能够帮助大家更好理解磁性材料。