[科普中国]-非晶磁性材料

非晶态磁性材料是一种在结构上原子长程无序，在磁性上具有铁磁性，散铁磁性，亚铁磁性或散亚铁磁性的固体材料，它是国际上从70年代开始迅速发展起来的一种新型的磁性材料。非晶磁性材料是杜韦斯（Duwes）1960年用液体淬火法率先合成的，如今这种敏感功能材料已在传感器中得到日益广泛的应用。

介绍非晶态磁性材料是一种在结构上原子长程无序，在磁性上具有铁磁性，散铁磁性，亚铁磁性或散亚铁磁性的固体材料，它是国际上从70年代开始迅速发展起来的一种新型的磁性材料。广义上讲，非晶磁性材料还包括自旋玻璃和具有混磁性的材料，目前得到广泛研究和应用的是非晶态磁性合金。而非晶态磁性化合物（如非晶氧化物等）也正在深入研究。

由于结构上的特征使非晶态磁性材料具有一些晶态磁性材料无法比拟的特性，如非晶态材料中，不存在晶粒间界，不存在结构各向异性，组分在一定范围内连续可变，一些与磁性有关的参数可以在很大范围内变化等。因此，非晶态磁性材料中既有具有高磁导率的优良的软磁合金，也有性能良好的永磁材料、磁光材料等。此外非晶态合金还具有电阻率高，抗腐蚀性强，韧性好，机械拉伸强度大等优良特性。当然非晶态材料也有它本质上的弱点。例如，由于不存在平移不变性将导致交换作用的涨落，因此，Curie温度和饱和磁化强度不易提高，此外，非晶态本身又为亚稳态，因此其热和磁的稳定性较差等等。

合金分类当前非晶态磁性合金主要有以下三大类：

（1）过渡金属（Fe，Co，Ni，…）-类金属（Si，B，C，P，…）系统（TM-ML系统），其中TM-Si-B系统易形成良好的非晶态，热稳定性好，发展比较成熟，这类非晶合金大多数为优良的软磁材料。。它还可以分成两种，一种是以Fe为基的高饱和磁化强度的非晶合金，另一种是以Co为基，磁致伸缩系数近于零的高磁导率非晶合金，前者常用作配电变压器的铁芯，后者则常作为磁头及磁屏蔽材料等。。

（2）过渡族金属-金属（Zr，Nb，…）系统（TM-M系统），这个系统形成非晶能力较差，目前主要用于制备非晶薄膜。

（3）稀土金属（Ga，Tb，Sm，Nd，…）-过渡族金属（Fe，Co，…）系统（RE-TM系统）或稀土金属-过渡族金属-类金属（如B）系统，这类非晶合金一般具有较高的矫顽力，有的材料具有比较大的磁各向异性。这个系统中有永磁材料、磁泡材料、磁光材料和磁记录材料等。 此外，含有大量Fe的Fe-B系非晶合金具有较大的磁致伸缩系数和较高的磁导率，是一种较好的传感器或换能器材料。1

材料特性非晶磁性材料具有下列特性：

①缺乏晶体材料所具有的磁各向异性，导磁率高，损耗小。也就是说，旋转磁化容易，各向磁场灵敏度高，因此，可用来构成高灵敏度磁场计或磁通量传感器。现已相继开发出应力ˉ磁效应式高灵敏度应力传感器、磁致伸缩效应式机械传感器。

②具有高电阻率（比坡莫合金高几倍），因此，即使是在高频范围内也能得到较小的涡流损耗和极好的磁特性，有效利用此特性便可开发研制出磁性晶体难以实现的快速响应传感器。

③不存在晶粒边界、位错等晶体材料固有的缺陷，因而机械强度高，抗化学性强。

④直到居里温度（近似为200~500K），其组合成分均可随意确定。因此，可望用于开发研制快速响应温度传感器。

应用前景非晶磁性材料是富有应用前景的。例如，非晶软磁材料的磁导率较高和功率损耗较低，制造成本也相对低，在功率变压器、电动机、磁记录磁头、磁屏蔽及用于激光器和粒子加速器中的饱和磁心感应器等应用中都有其显著优点；在磁泡、磁致伸缩、磁光效应、磁记录和永磁等应用中，性能各异的非晶磁性功能材料也以其各自的特点而获得了重要的应用。2

本词条内容贡献者为:

胡启洲 - 副教授 - 南京理工大学