材料科学工程导论mse-21-磁性.ppt

SmCo5：Co, Fe與輕稀土元素 （BH）max ：120-240 kJ/m2 Hc高（9,000 Oe） 粉末冶金方法 Nd2Fe14B：Sm較貴重 Co：價格不穩定 （BH）max ：255 kJ/m2 Hc高（10,600 Oe） 磁化-消磁 磁域界運動：製程控制 小晶粒形狀、大小、方向 第二相顆粒特性與分佈 Nd2Fe14B：粉末冶金方法、快速固化 硬磁應用 馬達：硬磁電力需求較低、散熱問題小 尺寸較小，用於馬力小馬達 無線鑽床、螺絲起子、汽車（起動、電動窗、雨刷、洗窗噴射器、風扇）、錄影機、錄音機、時鐘、音響喇叭、耳機、助聽器、計算機周邊設備 磁儲存 錄音帶，錄影帶，錄影機，硬碟機，軟碟片，硬碟片，信用卡 計算機：半導體元件記憶體 硬碟：容量大，成本低 錄音與電視業：磁帶 磁儲存媒體：磁帶或磁片 轉錄或擷取：感應讀寫磁頭 感應讀寫磁頭：感應線圈，磁芯 數據資料：電子訊號產生磁場 磁化磁帶或磁片：儲存訊號 感應讀寫磁頭擷取儲存訊號 磁場改變：產生電子訊號（電壓） 放大與轉換 複合磁頭 感應寫磁頭 磁阻讀磁頭（magnetoresistive head） 磁頭電阻因磁場變化而改變 高靈敏度與數據資料轉換速率 鐵磁與亞鐵磁B-H曲線 Ms：飽和磁化 μ ， （H） H = 0，μi ：初始導磁率（initial permeability） H增加，磁域界移動，磁域逐漸改變，磁矩方向轉向，漸與磁場平行，單一磁域（飽和磁化） 磁介質（medium, media） 微粒狀（paticulate）與薄膜型 微粒狀：針（needlelike）、刺（aciculate）狀： γ- Fe2O3, CrO2 高分子膜、金屬盤 微粒長軸與通過磁頭運動方向平行 薄膜型 高儲存密度、低成本 硬碟片 CoPtCr, CoCrTa：10-50 nm厚，晶粒10-30 nm 晶粒大小均勻、單一磁域 薄膜型 磁化方向與通過磁頭運動方向平行 高儲存密度：磁域堆積密度高 微粒由空隙隔離 108 vs. 2 x 109 bit/in.2 Cr, Cr合金 磁介質磁性：磁滯環方形、大 永久儲存、磁化反轉 微粒記錄媒體，Bs: 4,000-6,000 gauss 薄膜型，Bs: 6,000-12,000 gauss Hc: 1.5 x 105 – 2.5 x 105 A/m (2000-3000 Oe) 超導性 與磁性有關、磁性應用 臨界溫度（Tc） 金屬：1-20 K 氧化物： 100K MgB2 （2001） The Nobel Prize in Physics 1913 for his investigations on the properties of matter at low temperatures which led, inter alia, to the production of liquid helium 例21.1 Ni 之飽和磁化與飽和磁通量密度 Ms = 0.60 μB N N= 9.13 x 1028 atoms/m3 Ms = 5.1 x 105 A/m Bs = μ0 Ms = 0.64 tesla 反鐵磁性（anti-ferromagnetism） 電子自旋對齊與磁場反向 MnO Mn2+，O2- Mn2+：淨磁矩，主要為自旋磁矩 鄰近Mn2+磁矩反向：淨磁矩=0 亞鐵磁性（ferrimagnetism） 淨磁矩來源 MFe2O4 Fe3O4：磁石 例21.2 Fe2O3 之飽和磁通量密度 立方晶包：8 Fe2+, 16 Fe3+ ， a = 0.839 nm Ms = N ’ μB N ’ = nB/Vc 8 x 4 = 32 Ms = 5.0 x 105 A/m 設計例21.1 設計Ms 為 5.25 x 105 A/m磁石材料 nB = 33.45 Bohr magneton 8 [ 5 + 4 (1-x)] = 33.45 x = 0.181 用Mn取代 溫度對磁性影響 熱振動：磁矩轉向較易 溫度升高：磁化降低 Curie溫度（Tc）：M =0 Tc：768（Fe），1120（Co），335（Ni），586（Fe3O4） 0C Neel溫度：反鐵磁 M=0 磁域（domain）與磁滯（hysteresis） Hysteresis: Greek, a shortcoming, from husterein, to come late, from husteros, late 磁域：磁矩同方向區域 磁域界（domain boundary，wall） 磁域界磁矩方向逐漸改變 每一晶粒可能有多於一之磁域 M為各磁域磁化向量和 鐵磁與亞鐵磁B-H曲線 Ms：飽和磁化 μ ，