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开 本: 32开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122330888丛书名: 名师讲科技前沿系列
第1章 材料磁性之源
1.1 磁性源于电流, 磁力之源是电子的自旋运动 2
1.1.1 “慈石召铁，或引之也” 2
1.1.2 磁性源于电流
4
1.1.3 铁磁性之源
6
1.1.4 按物质对磁场的反应对其磁性进行分类 8
1.1.5 按磁化曲线对材料磁性分类 10
1.2 磁矩、磁化率和磁导率
12
1.2.1 磁通密度、洛伦兹力和磁矩 12
1.2.2 何谓材料的磁导率 14
1.2.3 元素的磁化率及磁性类型 16
1.3 铁、钴、镍磁性之源
18
1.3.1 3d壳层的电子结构 18
1.3.2 某些3d 过渡金属原子及离子的电子排布及磁矩 20
1.3.3 3d原子磁交换作用能与比值a /d 的关系 22
1.3.4 Fe的电子壳层和电子轨道，合金的磁性 24
1.4 稀土元素磁性之源
26
1.4.1 稀土元素
26
1.4.2 稀土元素的主要用途 28
书角茶桌 地磁场消失则会导致天下大乱 30
第2章 磁化、磁畴和磁滞回线
2.1 磁化、磁畴及磁畴壁的运动 32
2.1.1 磁性体的自发磁化和磁畴的形成 32
2.1.2 磁畴
34
2.1.3 磁畴结构及磁畴壁的移动
36
2.1.4 外加磁场增加时，磁畴的变化规律 38
2.1.5 顺应外磁场的磁畴生长、长大和旋转，不顺应的收缩、消亡 40
2.2 决定磁畴结构的能量类型 42
2.2.1 决定磁畴结构的能量类型之一 42
2.2.2 决定磁畴结构的能量类型之二 44
2.2.3 决定磁畴结构的能量类型之三 46
2.2.4 决定磁畴结构的能量类型之四 48
2.3 磁滞回线及其决定因素
50
2.3.1 铁磁性体的磁化曲线 50
2.3.2 磁滞回线的描画及磁滞回线意义 52
2.3.3 何谓软磁材料和硬磁材料 54
2.3.4 铁磁体的磁化及磁畴、磁畴壁结构 56
2.3.5 铁磁体的磁滞回线及磁畴壁移动模式 58
2.3.6 磁畴壁的种类和单磁畴的磁化曲线 60
书角茶桌 梦幻般的单极子 62
第3章 铁氧体磁性材料
3.1 铁磁性材料和亚铁磁性材料 64
3.1.1 铁磁性和亚铁磁性的差异之源 64
3.1.2 软磁铁氧体的晶体结构及正离子超相互作用模型 66
3.1.3 多晶铁磁性的微观组织 68
3.1.4 软（soft）磁铁氧体和硬（hard）磁铁氧体的对比 70
3.2 软磁铁氧体材料
72
3.2.1 软磁铁氧体的磁学特征和应用领域 72
3.2.2 软磁铁氧体的结构及磁性 74
3.2.3 微量成分对Mn-Zn铁氧体的影响效果 76
3.2.4 软磁铁氧体的代表性用途 78
3.3 硬磁铁氧体和半硬质磁性材料 80
3.4 磁性材料的一些名词术语和基本概念 82
书角茶桌 受永磁体吸引的磁性液体
84
第4章 常用软磁材料
4.1 工业常用的高磁导率材料 86
4.1.1 高磁导率材料
86
4.1.2 铁中的磁畴及其在外磁场作用下的磁化变化 88
4.1.3 硅钢和坡莫合金 90
4.1.4 电磁钢板及在变压器中的使用 92
4.2 金属玻璃——非晶态高磁导率材料 94
4.2.1 非晶电磁薄带
94
4.2.2 非晶态金属与软磁铁氧体的对比 96
4.2.3 利用熔融合金甩带法制作非晶薄带 98
4.2.4 非晶态高磁导率材料的特性 100
书角茶桌 由N、S磁极指路而行走的走磁性细菌 102
第5章 永磁材料及其进展
5.1 永磁材料的主要类型
104
5.1.1 好的永磁体需具备哪些条件 104
5.1.2 永磁材料的分类 106
5.1.3 高矫顽力材料
108
5.1.4 半硬质磁性材料 110
5.1.5 SmCo5系和Sm2Co17系永磁体 112
5.2 铁氧体永磁材料
114
5.2.1 常用铁氧体磁性材料的分类 114
5.2.2 铁氧体永磁体与各向异性铝镍钴永磁体制作工艺的对比 116
5.2.3 铁氧体永磁体的制作工艺流程 118
5.2.4 铁氧体中有各向同性和各向异性之分 120
5.3 永磁材料的进展 122
5.3.1 高矫顽力材料的进步 122
5.3.2 从最大磁能积(BH)max 看永磁材料的进步 124
5.3.3 实用永磁体的种类及特性范围 126
5.3.4 永磁体的历史变迁 128
书角茶桌 生物体内存在着指南针？ 130
第6章 钕铁硼永磁材料
6.1 钕铁硼永磁磁性的来源
132
6.1.1 稀土元素在永磁材料中的作用和所占比例 132
6.1.2 稀土元素4f轨道以外的电子壳层排列与其磁性的关系 134
6.1.3 一个Nd2Fe14B晶胞内的原子排布 136
6.2 钕铁硼永磁体的制作
138
6.2.1 钕铁硼永磁体及其制作工艺 138
6.2.2 Nd-Fe-B系烧结磁体的制作工艺及金相组织 140
6.2.3 Nd-Fe-B系快淬磁体的制作工艺及金相组织 142
6.3 钕铁硼永磁体的改进
144
6.3.1 Nd2Fe14B单晶体的各向异性磁场与温度的关系 144
6.3.2 Nd-Fe-B永磁体中各种添加元素所起的作用及其原因 146
6.3.3 耐热Nd-Fe-B系永磁体 148
6.3.4 提高Nd-Fe-B永磁体矫顽力的方法 150
6.4 添加Dy的Nd-Fe-B系合金
152
6.4.1 添加Dy的Nd-Fe-B系永磁材料的研究开发现状
152
6.4.2 藉由晶粒微细化、原料粉末最佳化提高矫顽力 154
6.4.3 藉由界面纳米构造控制提高矫顽力 156
6.4.4 界面构造解析和矫顽力产生机制的理解和探索 158
6.5 黏结磁体
160
6.5.1 黏结磁体的优点及黏结磁体的分类 160
6.5.2 橡胶磁体和塑料磁体 162
6.5.3 黏结磁体的制造工艺 164
6.5.4 各类黏结磁体的退磁曲线 166
书角茶桌 N极和S极的边界究竟在哪里？ 168
第7章 磁路计算和退磁曲线
7.1 永磁体的磁路计算 170
7.1.1 磁导与磁导系数 170
7.1.2 铁片靠近永磁体时磁导系数会增大 172
7.1.3 磁路计算与电路计算的差异 174
7.1.4 若使永磁体各向异性化，磁力会变强 176
7.2 永磁材料的退磁曲线 178
7.2.1 对B-H曲线和(BH)max的理解 178
7.2.2 永磁体的退磁曲线中有B-H 特性和J-H 特性之分 180
7.2.3 稀土永磁材料的磁化曲线和退磁曲线 182
7.2.4 反磁场μ0Hd与永磁体内的磁通密度B d 184
7.2.5 退磁曲线与最大磁能积的关系 186
7.3 反磁场对永磁体的退磁作用 188
7.3.1 外部磁场造成的永磁体的退磁 188
7.3.2 永磁体的可逆退磁 190
7.3.3 永磁体的不可逆退磁 192
书角茶桌 永磁体的磁力不会因为使用而降低 194
第8章 磁性材料的应用
8.1 各种电机都离不开磁性材料 196
8.1.1 电机使用量的多少是高级轿车性能的重要参数 196
8.1.2 软磁材料和硬磁材料在电机中的应用 198
8.1.3 直流电机和空心电机中使用的磁性材料 200
8.1.4 旋转电机、直线电机、振动电机中使用的磁性材料 202
8.1.5 感应式电动机的原理和使用的磁性材料 204
8.2 音响设备和传感器用的磁性材料 206
8.2.1 电机和扬声器的工作原理是可逆的 206
8.2.2 永磁扬声器的工作原理 208
8.2.3 利用霍尔元件测量场强 210
8.2.4 高斯计（磁强计） 212
8.2.5 磁通计（fluxmeter） 214
8.2.6 利用永磁传感器检测假币 216
8.2.7 铁氧体温控开关 218
8.3 磁记录材料 220
8.3.1 磁记录密度随年度的推移 220
8.3.2 硬盘记录装置的构成 222
8.3.3 垂直磁记录及其材料 224
8.3.4 热磁记录及其材料 226
8.4 光磁记录材料 228
8.4.1 光盘与磁盘记录特性的对比 228
8.4.2 光盘信息存储的写入、读出原理 230
8.4.3 可擦除、重写光盘 232
8.4.4 信息存储的竞争 234
附录一 CGS单位制和SI单位制 236
附录二 磁通密度与磁传感器 237
附录三 磁通密度和磁通量的单位换算表 237
参考文献 238
作者简介 239
受惠于电子技术和数字化的飞快发展，我们身边的信息设备及家电制品不断高性能化，使我们的生活日益高效便捷。与此同时，装置日益轻薄短小化，过去难以想象的复杂装置，变为今天可以装在便服口袋中的袖珍产品。例如，智能手机、小型信息终端、无人机、肠内检查用的胶囊照相机、IC 卡等。在这些高技术产品中，使用了大量的磁性材料。磁性器件的绝对数量可能不多，但其作用不可替代，对于电子设备的高品质化、高功能化、节能化起着至关重要的作用。
磁性材料按其功能，可分为几大类：①易被外磁场磁化的磁芯材料；②可产生持续磁场的永磁材料；③通过变化磁化方向进行信息记录的磁记录材料；④通过光（或热）使磁化发生变化进行记录与再生的光磁记录材料；⑤在磁场作用下电阻发生变化的磁致电阻材料；⑥因磁化使尺寸发生变化的磁致伸缩材料；⑦形状可以自由变化的磁性流体等。磁性材料是多种多样的。
利用上述功能，人们在很早以前就开始制作指南针、变压器、马达、扬声器、磁致伸缩振子、记录介质、各类传感器、阻尼器、打印器、磁场发生器、电磁波吸收体等各种各样的磁性器件。在由上述器件组成的设备中，除了机器人、计算机、工作母机等产业机械之外，我们身边的汽车、电脑、音响设备、电视机、录像机、电话、洗衣机、吸尘器、电子钟表、电冰箱、空调器、电饭锅、电表等不胜枚举，应用磁性材料的机器多得令人吃惊。
近年来的磁性材料，在非晶合金、稀土永磁化合物、超磁致伸缩、巨磁电阻等新材料相继发现的同时，得益于组织的微细化、晶体学方位的控制、薄膜化、超晶格等新技术的开发，其特性显著提高。这些不仅对电子、信息产品等特性的飞跃提高做出了重大贡献，而且成为新产品开发的原动力。目前，磁性材料已成为支持并促进社会发展的关键材料。
本书第1、2章讨论磁性和磁学的一些基本概念，以便对磁性材料的基本问题有较深入的了解；第3～6章将分别针对具体的磁性材料进行讨论，包括磁性特征、制备及性能改进；第7、8章针对磁性材料的应用，专门讨论磁路计算和退磁曲线以及硬磁材料的典型应用。
物质的磁性并不起因于自由电子而是源于受电子核束缚的壳层内的电子，进一步讲是源于壳层内不成对电子的自旋磁矩（Fe、Co、Ni 及其合金的磁性）和轨道磁矩（稀土永磁的磁性）。一方面，对于初学者来说，磁学比电学要难得多。但从另一方面讲，对磁性材料相关知识的掌握，有利于读者跨入功能材料的广阔领域。
针对入门者、制作者、应用者、研究开发者、决策者等多方面的需求，本书在论述中尽量避免或少用数学公式，注意对专用名词术语的解释。在掌握大量资料的前提下，采用图文并茂的形式，全面且简明扼要地介绍芯片工作原理，磁性材料的制作工艺、新进展、新应用及发展前景等。采用每章之下
“节节清”的论述方式，图文呼应，并给出“本节重点” 。力求做到深入浅出，通俗易懂；层次分明，思路清晰；内容丰富，重点突出；选材新颖，强调应用。千方百计使磁性材料的相关知识新起来、动起来、活起来，做到有声有色。
本书的内容既不同于磁学基础理论，又有别于磁性材料的加工工艺，而是从材料科学的角度论述磁性材料，重点讨论磁性材料微观结构与宏观性能之间的关系。为此，本书将涉及原材料、冶炼加工、热处理、特殊加工、组织结构调整与控制等。分析这些因素对于磁性材料在原子、电子结构层次、晶体结构层次、相结构层次的微观组织结构中有什么作用，使其发生什么变化，进而对宏观性能产生什么影响等，从而使读者对各类磁性材料的理解、使用，提高原有磁性材料的性能，对新型磁性材料的研究、开发，有所启发与帮助。
本书可作为材料、物理、机械、化学、微电子、计算机、精密仪器等学科本科生及研究生学习，对于相关领域的科技、工程技术人员，也有参考价值。
本书得到清华大学本科教材立项资助，并受到清华大学材料学院的全力支持，在此致谢。作者水平和知识面有限，不妥之处恳请读者批评指正。
田民波
2019年1月
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