哪些因素会影响非晶纳米晶材料的磁性

 磁测相关知识     |      2018-09-05 16:32:23

一、化学成分

1、磁性元素含量:

       铁磁性元素(如铁、钴、镍或其组合)的含量对磁性起关键作用。例如,铁基非晶纳米晶材料中,铁含量的增加通常会提高饱和磁化强度。

2、类金属元素的作用:

       硅、硼、碳等类金属元素,也称为玻璃化元素,它们的存在不仅能降低合金的熔点,使其更容易形成非晶态,还会影响材料的磁性。比如,适量的硼可以改善非晶纳米晶材料的软磁性能。

3、微量元素的添加:

       添加少量的其他微量元素(如铌、钼等),可能会通过改变材料的晶体结构、缺陷状态或电子结构等,对磁性产生显著影响。例如,铌的添加可以提高非晶相的热稳定性,细化热处理后合金的晶粒尺寸,进而改善软磁性和退火脆性。

二、微观结构

1、非晶态与纳米晶态的比例:

       非晶态和纳米晶态的相对含量会影响材料的整体磁性。一般来说,纳米晶相的存在可以提高材料的饱和磁化强度,而非晶相则有助于降低磁滞损耗,二者比例的优化是获得良好磁性的关键。

2、晶粒尺寸和分布:

       纳米晶的晶粒尺寸及其分布对磁性有重要影响。较小且均匀分布的晶粒尺寸,通常有利于提高材料的磁导率和降低矫顽力。如果晶粒尺寸过大或分布不均匀,可能导致材料内部的磁畴结构不均匀,从而影响磁性。

3、缺陷和界面:

       材料中的缺陷(如空位、位错等)和界面(如非晶相与纳米晶相之间的界面)会影响磁矩的排列和运动,进而影响磁性。例如,缺陷可能会阻碍磁畴壁的移动,导致矫顽力增加;而良好的界面结构有助于提高材料的磁性能。

三、制备工艺

1、冷却速度:

       在材料制备过程中,快速凝固是形成非晶态的关键。极高的冷却速度(如每秒一百万度以上)可以使原子来不及整齐排列而被 “冻结” 成非晶态。冷却速度越快,越容易形成非晶态,且非晶态的结构越稳定,对磁性的影响也越大。例如,对于铁基非晶合金,当冷却速度不足时,可能会导致部分晶化,使材料的磁性下降。

2、退火处理:

       退火温度、时间和气氛等退火工艺参数对非晶纳米晶材料的磁性有重要影响。适当的退火处理可以促使非晶基体中纳米晶的形成和生长,优化材料的微观结构,从而改善磁性;但如果退火温度过高或时间过长,可能会导致过度晶化,使磁性恶化。

3、成型压力:

       在采用粉末冶金等方法制备非晶纳米晶材料时,成型压力会影响材料的致密度和微观结构。合适的成型压力可以使材料更加致密,减少孔隙和缺陷,有利于提高磁性;但过高的成型压力可能会导致材料内部产生应力,反而对磁性产生不利影响。

四、外部条件

1、温度:

       温度变化会影响非晶纳米晶材料的磁性。一般来说,随着温度的升高,材料的饱和磁化强度会降低,矫顽力可能会先降低后增加,居里温度附近磁性会发生显著变化。例如,在居里温度以下,材料具有铁磁性;而在居里温度以上,铁磁性消失,转变为顺磁性。

2、磁场强度:

       外加磁场强度的大小和方向也会影响材料的磁性。在一定范围内,增加磁场强度可以提高材料的磁化程度,使饱和磁化强度增加;而强磁场可能会导致材料的磁结构发生变化,影响其磁性稳定性。

3、应力:

       材料所受的应力状态会改变其磁畴结构和磁矩的排列方式,从而影响磁性。例如,拉应力可能会使材料的磁导率降低,矫顽力增加;而压应力的作用则相反。