功能材料及其应用复习资料 - 图文(5)

磁化后 , 如果撤去外加磁场 , 在磁铁两个磁极之间的空隙中便可产生恒定磁场 , 对外界提供有用的磁能。然而 , 与此同时 , 磁铁本身将受到退磁场作用 , 退磁场的方向和原来外加磁场的方向是相反的 , 因此 , 永磁体的工作点将从剩磁 Br 点移到磁滞回线第二象限 , 即退磁曲线的某一点上, 永久磁铁的实际工作点用 D 表示。由此可见 , 硬磁材料性能好坏 , 应该由退磁曲线上的有关物理量来衡量。剩余磁感应强度Br、表观磁感应强度 BD 、矫顽力Hc、最大磁能积(BH)max、回复磁导率μrev 等都是硬磁材料的特征值。

永磁材料的矫顽力 Hc 有两种定义 : 一个是使磁感应强度 B =O 所需的磁场值 , 常用 BHC或 HC 表示 ; 一个是使磁化强度 M=O 所需的磁场值 , 常用 MHc 表示。永磁材料矫顽力的大小主要由各种因素(如磁各向异性、掺杂、晶界等) 对畴壁不可逆位移和磁畴不可逆转动的阻滞作用的大小来决定 , 阻滞越大 , 矫顽力就越大。

退磁曲线的凸出程度可用凸出系数γ表示 :

γ＝（BH）max/Br〃Hc

硬磁材料可分成以下几类 : ①铸造硬磁合金 ; ②可变形硬磁合金 ; ③稀土硬磁合金 ; ④硬磁铁氧体 ; ⑤粘结磁体等。

稀土硬磁合金包括稀土-钴和稀土-铁系金属间化合物 , 为硬磁材料中性能最高的一类。最早的稀土硬磁合金是稀土钴磁铁 , 可以用 RxMy表示。 R 属于周期表的第 3 族 , 包括从原子序号为 57(La) 到 71(Lu) 和 39(Y) 表示的稀土元素 ;M表示铁族的过渡元素。稀土钴磁铁的 Br 值 大致与铝镍钴合金的接近 , 其矫顽力约为铁氧体

的三倍。稀土钴磁铁还具有小体积可以产生大磁场 , 稳定性好 , 不易受外磁场的影响 , 高温下使用不会退磁等特点。这类材料的种类划分上人们习惯于把已批量生产的RCo5称为第一代永磁材料,R2Co17 称为第二代永磁材料。例如钐钴合金 (Sm Co5 ),（BH）max为 195.9～222.9 kJ/m3,Br为l000mT,Hc 为788.2KA/m 。与第一代永磁材料相比，第二代永磁材料用Fe、Cu 、Zr 取代部分Co, 如 Sm(Co)0.61Mn0.12Zr0.01Hf0.01Fe0.15）8.2合金性能好 ,Sm 含量少 , 成本低 ,(BH)max为 297.7kJ/m3,Br为1260mT 。

对于前两代稀土永磁合金而言 , 各组分配比是提高材料磁性能的关键。在价格上由于 Co 的原因往往较高。 1983 年日本首先报导的用 Nd 取代 Co 的 Nd-Fe -B 合金在磁性能上及价格上都优于稀土钴磁铁材料 , 称之为第三代永磁材料。 Nd-Fe-B 材料的出现 , 立即引起广泛关注。 1985 年日本生产的Nd-Fe-B 材料 , 其 (BH)max 为 302.5 kJ/m3;1990年我国研制的Nd-Fe-B 材料 (BH)max 突破了 39O kJ/m3 。第三代稀土永磁材料的最大缺点是居里温度较低、温度稳定性和环境稳定性较差。目前主要有通过材料的化学成分和通过材料的表面处理两种抗腐蚀方法。处于研究阶段的第四代永磁材料主要有Sm2Fe17Cx、Sm2Fe17Nx、Sm-Fe -Ti 等 ,(BH)max的理论值高达45O kJ/m3。

铁氧体是铁元素与氧化合形成的各种类型的化合物。

广义而言 , 铁氧体就是磁性氧化物或磁性陶瓷。铁氧体的起始磁化率和饱和磁感应强度一般都低于软磁材料 , 但其电阻率却高几

个数量级 , 大大降低了涡流损耗。因此 , 铁氧体制成的器件可用于非常高的频率 , 达到并包括微波范围。实用的铁氧体大多数是软磁的 , 也有些铁氧体 , 如钡铁氧体和锶铁氧体为硬磁的。铁氧体的特征值参考软磁材料和硬磁材料外 , 还有电阻率和介电常数。

非晶态磁性合金的一个很重要特征值是饱和磁致伸缩系数 λs。 所谓磁致伸缩就是磁性材料磁化时发生线度的变化 , λs是该变化程度的度量。一般来说λs越小 , 非晶态合金的磁性能越好。非晶态磁性合金的应用 , 目前国内外都有较快的进展。根据非晶态磁性合金的磁性能的不同 , 可以广泛应用于电力供应、磁芯、电感元件、传感器、磁屏蔽等诸多方面。例如用非晶态合金制作的电机可使铁芯损耗降低 90% 左右 ; 用非晶态合金制作的开关电源 , 其重量和体积可大大减小。

压磁效应是力学形变和磁性状态之间存在的机械能和磁能之间的转换效应 , 其逆效应称之为磁致伸缩效应。

所谓磁性液体是指铁磁性物质的极微小的颗粒表面吸附上一层表面活性剂 , 使其均匀稳定地弥散在某种基液之中，形成一种弥散溶液。

磁性液体由磁性微粒、表面活性剂和基液组成。

表面活性剂的选用主要是让相应的磁性微粒能稳定地悬浮在基液中。

第八章 透光和导光材料

透光材料包括透可见光 ( 波长 0.39～0.76μm ) 、红外光 ( 波长 1～1 000μm ) 和紫外光 ( 波长 0.01～0.4μm)的材料。

透过率 T

透过率 T 为透射光强 IT 与入射光强 I0 之比 , 也称透光率。

T?

ITI0

(8-1)

如图 8-1 所示 , 入射光强 Io, 射进介质和光强为 (1-R)Io, 反射掉部分光强为 IoR。 射进介质的光在穿过介质时被吸收一部分后 , 达到介质另一面的光强为 Io(1-R)e-al, 又被反射回介质内的光强为 IoR(1 -R) e-al , 最后透射出介质的光强 IT 为 Io(1-R)2 e-al 。因此 , 按式 (8-1), 透过率 T 为

T=(1-R)2 e-al (8

一2)

式中 α——吸收系数 ;

L——介质长度。

一般取介质长度为 1O mm 的 T 值作为标准。

平均色散系数υD

透光材料中光学玻璃通常按折射率 nD 和平均色散系数υD 这两个光学常数进行分类。 平均色散系数的表示式为

?D?nD?1nF?nC (8-8)

式中 υD一一平均色散系数 , 也称阿贝数 ;

nF一一材料对标准谱线 F(λ=4861.3A) 的折射率 ;

nC一一材料对标准谱线 C(λ=6562.7A) 的折射率 ; nD 一一材料对标准谱线 D(λ=5892.9A) 的折射率。 nF-nC 一一平均色散 , 也称中部色散。

对于玻璃 , υD ＞ 50 称冕玻璃 , υD ＜50 称火石玻璃。 透可见光的材料常用的有玻璃和高聚物两大类。玻璃材料的透过率最高 ( 可高达 98％ 以上 ), 折射率范围大 (1.44～1.94), 色散系数范围大 (υD= 20～90 ) 光学稳定性好 , 耐磨损。玻璃材料的缺点是密度大 (2.27～6.26g/cm3), 耐冲击强度低 , 加工困难 , 制造周期长。尽管如此 ,目前玻璃仍是制造各种光学元件特别是高、精光学元件的最主要的材料。

高聚物透光材料的优点为重量轻 ( 密度为 0.83～1.46g/cm3) 、成本低、制造工艺简单、不易破碎。透光高聚物也有很多缺点 , 如折射率范围窄 , 热胀系数、双折射和色散大 , 耐热、耐磨、硬度、耐湿和抗化学性能差。

光通信中用于传播光信息的光学纤维所用的材料 , 称为光纤材料 , 又称为光波导纤维材料。

一切光纤的工作基础都是光的全内反射现象。

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