磁化率大于1的强磁性材料常简称为磁性材料，以区别磁化率远小于1，约10-7～10-4的弱磁性材料。有人把弱磁性材料称为非磁性或无磁性材料，这是不确切的，因为严格说来一切物质都有磁性，只是强弱程度很不相同而已。一般来说，磁性材料按其应用分为永磁材料、软磁材料、旋磁材料、磁信息材料、压磁材料、磁光材料、以及其他新型的磁性材料；按其电性可分为金属磁性材料和非金属磁性材料（主要是铁氧体）两大类；按其原子（或原子团），排列状态可分为多晶磁性材料、单晶磁性材料、非晶磁性材料和磁性液体四大类。磁性材料分类如图9.3。

图9.3　磁性材料（软磁、永磁）分类图

1.永磁材料

永磁材料是指经过外加磁场磁化后、虽去掉外场、但仍能保留较高剩磁的磁性材料。由于永磁材料的矫顽力高、保持剩磁能力强，故人们也把它称为硬磁材料。这类材料为人类最早发现和应用。同时也是目前种类繁多、进展迅速和应用广泛的磁性材料。从本世纪初起，标志永磁材料性能的最大磁能积（BH）m就随年代呈指数式地增长。从应用要求来看，判断永磁材料性能的主要磁参量是：①最大磁能积（BH）m，这是永磁材料退磁曲线上磁通量密度（又称磁感应强度）B与磁场H乘积的最大值，它是单位体积材料所能应用的最大磁能。（BH）m越大，材料的永磁性能就越好。特别是在体积受到限制（如空间应用）时，更需采用高（BH）m永磁材料；②矫顽力Hc和内禀矫顽力Hci，分别是B—H和M—H退磁曲线（M为磁化强度）上使B和M为零的磁场，它是材料承受退磁作用强弱的量度。Hc和Hci越大，材料的永磁性能就越好，尤其在退磁作用大的薄片和在高温应用时，更需采用高Hc和高Hci的永磁材料；③剩余磁通密度Br（简称剩磁）是退磁曲线上磁场为零时的磁通密度，它是在磁路气隙中所能利用磁通密度（磁场）高低的量度。Br越高，材料的永磁性能也越好。其他还需考虑的参量是永磁性对温度、时间、振动等的稳定性。

目前，使用的永磁材料，按最大磁能积大小可以分为：①高磁能积永磁材料，一般指（BH）m大于160KJ/m3的材料，这包括SmCo5型、Sm2Co17型和NdFeB型的第一、二、三代稀土永磁材料，它们分别是60、70和80年代研制成功的主磁能积永磁材料，目前所生产的这三代材料的（BH）m分别约为160～200KJ/m3，200～240KJ和240～320KJ/m3。NdFeB型的实验室最高水平已达405KJ/m3，已接近其理论值525KJ/m3。这些永磁材料都是含稀土的金属化合物，稀土价格高，钴（Co）是战略物资。我国是世界上稀土蕴藏量最丰富（占世界总蕴藏量的80%以上）的国家，稀土永磁材料的研究和生产水平亦居世界前列，大有发展潜力。但NdFeB型材料尚须改进其温度和时间的稳定性。②中磁能积永磁材料，指（BH）m在32～80KJ/m3之间的永磁材料，目前主要有Alnico系和FeCrCo系两类材料。Alnico系材料性能稳定，硬度高，难于加工，但应用较广；FeCr-Co系材料富于韧性，较易加工，但磁性对热处理工艺敏感，多用作管材、带材和丝材。③低磁能积永磁材料，这是指（BH）m低于32KJ/m3的永磁材料，目前主要有钡（锶）铁氧体（磁铅石型）和含Co量低的Alnico系和FeCrCo系材料，其中铁氧体居永磁材料首位。此外，在一些特殊用途中，还有半永磁材料粉与塑料相结合的柔性或塑性粘结永磁材料；矫顽力Hc较低，约低于4KA/m（50Oe）的半永磁（半硬磁）材料，磁记录应用的颗粒状或薄膜记录介质也属于中等矫顽力，约8～80KA/m（100～1000Oe）永磁材料。

永磁材料在高技术中的应用主要有：自由电子激光器，永磁型磁浮列车，雷达用的微波磁控管，卫星通信用的微波行波管和返波管，高能加速器用的大型速调管，永磁式核磁共振层析成象仪永磁密封传动，磁浮轴承，磁浮陀螺仪等。

2.软磁材料

软磁材料是在外磁场中很容易磁化和退磁、去掉外磁场后又容易失去剩磁的一大类磁性材料。磁性上的“软”和“硬”是指在外磁场中材料磁化和退磁的“易”、“难”程度，即指磁性材料矫顽力的大小，低者为软磁，高者为硬（永）磁。软磁材料是19世纪后期随着电机工业的兴起而开始大量应用的。一般说来，软磁材料常应用于电磁能之间或与其他能量之间转换（强电）或对电磁信息的响应变换（弱电）。判断软磁材料性能的主要磁参量是：①饱和磁通密度（Bs），它是单位体积中存磁能（Em）的量度，故软磁材料作能量转换器件应用时，Bs越高越好；②磁导率μ，它是对电磁信息响应灵敏度的量度，在作电磁信息响应或变换器件应用时，μ越高越好；③磁损耗，它是材料使用时磁能转换为热能而损耗掉的能量多少的量度，包括磁滞损耗、涡流损耗和其他损耗，当然是越低越好；④矫顽力Hc，是材料在外磁场中磁化或退磁的难易程度，也是磁滞损耗的量度，一般要求Hc越低越好；⑤截止频率fc，是材料在高频使用时磁导率显著下降、磁损耗显著增加的频率，根据需要应尽量提高；⑥磁参量对温度、时间、振动等的稳定性越高越好。

软磁材料按物态和物性可分为金属软磁材料、铁氧体软磁材料和非晶软磁材料；按材料应用可分为高饱和磁通密度（高Bs）、高磁导率（高μ）、高频率和特殊应用四类软磁材料：①高Bs软磁材料，主要有纯铁、Si—Fe（硅钢）片、Fe—Co合金和Fe基非晶带等，一般Bs高于1.8T（非晶的高于1.4T），Fe—Co合金高达2.4T。纯铁和Fe—Co合金多用于直流充磁路中，硅钢片和Fe基非晶带则大量应用于低频大功率电器（如大功率电机）中。②高μ软磁材料，主要有Ni—Fe系、Fe—Al—（Si）系合金，Mn—Zn系、Ni—Zn系铁氧体和Ni—Fe基和Co—Fe基非晶合金等。为减小涡流损耗，金属软磁材料需制成薄片或薄带。一般磁导率μ约为102～103，最高可达104～106，但磁导率很高的材料对应力、振动等环境因素很灵敏，使用时需采取保护措施（如密封等）。③高频软磁材料，一般指用于兆赫级甚至更高频率的软磁材料，这时高频损耗和趋肤效应已愈显严重，金属材料需要制成超薄带或薄膜，铁氧体则需要特别提高电阻率，为提高截止频率而不得不牺牲磁导率，如百兆赫—吉赫级时采用易面型六角晶系铁氧体，其磁导率已降到102以下。④特殊应用的软磁材料，如磁导率不随磁场变化的恒导磁材料，吸收高频和微波电磁波的磁吸收材料，需要低剩磁的蜂腰型磁滞回线材料和需要耐磨性能的磁头材料等。它们除具有软磁性外，还具有满足特殊需要的磁性和物性。

软磁材料在高技术中的应用主要有：高能加速器和探测器的偏转、聚焦电磁体；小型高效的开关电源；大型高效磁屏蔽室；核聚变研究的磁约束及磁流体发电用的强电磁体；雷达的脉冲变器；电磁式核磁共振层析成象仪等。

3.旋磁材料

旋磁材料具有良好的旋磁效应，大多应用于微波技术，故也称为微波磁性材料，是40年代后期随着雷达、导航等微波技术的重要应用、铁磁共振的发现和深入研究以及铁氧体研究开发的迅速进展而发展起来的，旋磁器件的应用对微波新技术起了变革性的作用。旋磁效应和铁磁共振是旋磁器件应用的重要物理基础。旋磁效应是各向同性磁性材料在恒定（直流）磁场和高频微波磁场同时作用下磁导率变为反对称张量的效应，从而使在其中传输的电磁波具有非互易性（即正向和反向传输电磁波的衰减、相移或场型等产生差异）；铁磁共振则是旋磁效应中当恒定磁场强度与微波磁场频率满足一定条件时产生强烈的微波功率的共振吸收。从应用观点看，旋磁材料的主要磁参量是：①铁磁共振线宽△H和有效线宽△Heff或张量磁导率虚部分量是旋磁损耗的量度，1/△H也是旋磁耦合的量度，都要求越小越好；②饱和磁化强度μ0Ms，按我国法定计量单位制和国际单位制，μ0M和M分别称为磁极化强度和磁化强度，μ0为真空磁导率。习惯上将μ0M和M都称为磁化强度，仅其单位不同；其平方是单位体积中储存磁能的量度，也影响旋磁效应大小和可使用的频率，一般需根据工作频率来选择；③Faraday旋转角ΦF是电磁波偏振面在材料单位长度中旋转的角度。ΦF决定了一些旋磁器件的优值，故要求ΦF越大越好；④居里温度TC，它是材料强磁性消失的温度，与旋磁器件的工作温度稳定性有关，自然要求越高越好；⑤材料对温度、时间和振动等环境因素的稳定性当然是越高越好；⑥根据特殊应用的其他特殊要求，如高功率器件需要提高自旋波共振线宽△Hk和非线性效应临阈场hc，锁式器件需要提高材料的矩形比R=Br/Bs，内场器件需要根据工作频率调整材料的内磁场等。

目前应用的旋磁材料根据其磁性特点可分为三大类：①尖晶石型铁氧体，一般化学式为AFe2O4，A为Mn，Ni，Mg，Zn等二价元素，A和Fe也可为不同价的不同元素所代换，常用的有Mg—Mn系、Li系和Ni系铁氧体等，其特点是原料便宜，但共振线宽△H较大，不过Li—Zn系和Ni—Zn系铁氧体可获得高μ0Ms，Li—Mg—Ti系铁氧体可降低μ0Ms，仍具有较高居里点，分别适用于微波高频段和低频段；②石榴石型铁氧体，一般化学式为A3Fe5O12（简称AIG），A为稀土或其他三价元素，在满足原子价和原子数平衡条件下也可通过元素代换来调整其磁性。目前常用的有YIG、Y—AIIG系、Y—GdIG系和Bi—Ca—VIG系等，这类材料的特点是共振线宽△H小，M0Ms较低，Y—GdIG系可获得高的矩形比和高的μoMs温度稳定性（利用其抵消点效应），但稀土原料价格较高，Bi—Ca—VIG系对烧结工艺又极敏感。YIG、Y-Al（Ga）IG系Bi-Ca-VIG系单晶体和单晶薄膜仍是目前共振线宽最窄［△H～16A/m（0.2Oe）］的旋磁材料，应用也最广泛；③六角晶系铁氧体，主要有M（磁铅石）型（BaFe12O19）和W型，其特点是内场高，且可用元素代换来调节，但必须采用晶粒取向的多晶或单晶粒材料，适用于毫米波频段。

利用旋磁材料制成的旋磁器件在雷达、通信和电子对抗中有广泛应用。由于卫星通信、微波遥感、导弹制导、相控阵雷达、微波段自由电子激光器微波炉，医用微波以及太阳能卫星电站等的需要，静磁波器件，薄膜型、集成型和准光学型旋磁器件等的研制开发，为旋磁材料开辟了新的应用前景。(www.daowen.com)

4.磁信息材料

磁信息材料是用磁学方法存储和记录信息的磁载体材料。按所采用的磁学原理和方法不同分为矩磁性存储、磁泡存储、磁记录和磁光记录。磁存储是随着电子计算机的兴起而发展起来的，磁记录则是从录音开始，接着扩展到录像和录数码，形成了广阔的磁信息技术领域，在信息技术中占有十分重要的地位。

矩磁性存储是利用矩磁材料的矩形磁滞回线的两个稳定的剩磁状态构成计算机二进位制的“0”和“1”双稳态，再利用脉冲磁场存取信息。矩磁材料的主要磁参量要求是：①矩形比R=Br/Bs高，以保证高的信（号）/噪（声）比，Br和Bs分别是剩余磁通密度和饱和或足够高磁场下的磁通密度；②矫顽力Hc低，以降低驱动电流；③开关时间ts短，即要求反磁化速度高，以提高信息存取速度；④要求各项磁参量对各种环境因素稳定性要高。

磁泡存储是利用磁泡材料中磁泡的有或无表示“1”或“0”。对磁泡材料的主要要求是：①品质因数，这是磁泡畴的稳定条件，Ku和μ0Ms分别是磁泡材料（薄膜）的垂直磁各向异性常数和饱和磁化强度；②磁泡畴壁矫顽力Hc低，以减小驱动磁场和功率；③磁泡畴壁迁移率μw高，以提高磁泡传输信息的速度；④要求磁泡各磁参量对温度、时间、振动等环境因素的稳定性要高。

磁记录是利用磁头气隙中随信息变化的磁场将经过气隙的磁记录介质磁化，即将随时间变化的信息磁场转变为磁记录介质中按空间变化的磁化强度分布，经过相反的过程可将记录的信息经磁头重放出来。对磁记录介质的要求是：①矫顽力Hc要适当高，以有效存储信息和抵抗环境干扰；②饱和磁化强度μoMs高，以获得高的输出信息；③磁化强度矩形比Mr/Ms高，以减小自退磁效应，提高信息记录效率；④比值Hc/Ms高，以提高记录信息的密度和分辨率；⑤各磁参量对温度、时间和振动等的稳定性高。

矩磁材料已经大量应用的有常温用的Mg—Mn系铁氧体和宽温用的Li—Mn系铁氧体（都为尖晶石型铁氧体），以及Ni—Fe系合金薄膜。它们具有非易失性和抗辐照的优点。近年来，内存储器已大量采用半导体集成存储器，它们具有体积小、速度快和价格低廉等优点。磁泡材料主要是代换组元复杂的RIC型铁氧体单晶薄膜，采用液相外延淀积在Gd3Ga5O12（简称GGG）单晶基片上，如磁泡直径rb≈0.3μm级的（Sm，La，Bi）3，（Fe，Sc）5O12系等，rb≈（0.4～0.5）μm级的（Tm，Sm）3Fe5O12系和（Lu，Sm）3Fe5O12系等，rb≈（0.8～1.2）μm的（Y，Tm，Sm，Ca）3（Fe，Ge）5O12系和（Lu，Eu）3（Fe，Ga）5O12系等，rb≈（2～3）μm级的（Tm，Eu）3（Fe，Ga）5O12系和（Y，Ca，Sm，Lu）3（Fe，Ge）5O12系等和rb≈（5～6）μm级的（Y，Sm）3（Fe，Ga）5O12系和（Y，Ga，Sm）3（Fe，Ge）5O12系等；还在研究的有低μ0Ms大泡径的RFeO3型正铁氧体和高μ0Ms小泡径的BaFe12O19磁铅石型铁氧体，以及工艺较简单的非晶R—Co系（R表稀土），如Gd—Co系，Fe—Co系和Gd—Co—Mo系等非晶磁泡膜等。磁记录材料目前大量应用的是γ—Fe2O3系（含表面包Co、包CoFe2+、包Si和渗Co等）磁粉，应用较少的高Hc的CrO2磁粉；正在研究开发的有Fe系和Fe—Co系金属磁粉，还有γ—Fe2O3系、Fe系、Fe—Co系、Co—P系和Co—Cr系等非金属和金属磁性薄膜记录材料等。

5.压磁材料

压磁材料是磁性状态和力学形变间存在强关联和高效率的磁能—机械能转换的磁性材料，也称磁致伸缩材料。狭义压磁性仅指已磁化的强磁体中形变与再叠加的弱磁场近似呈线性关系并且可逆的磁弹性现象，而未磁化的强磁体的形变则与外加磁场强度成平方（或偶次方）关系，称为磁致伸缩。这与压电性（形变与电场奇次方成比例）和电致伸缩（形变与电场偶次方成比例）相类似。广义压磁性（包括狭义压磁性和磁致伸缩）的发现和应用都是较早的，随着磁学研究和高技术的进展，压磁材料的种类和应用也有了较大的发展。利用磁性材料中交换场引起的自发交换磁致伸缩与热膨胀相抵消的效应，还研制成功了热膨胀系数接近于零的Invar型材料；类似地利用磁性材料中自发磁化引起的弹性厝量E变化（称为△E效应）与温度引起的E变化相抵消的效应，研制成功了弹性模量温度系数接近于零的Elinvar型材料。从应用观点看，对压磁材料的主要要求是：①饱和磁致伸缩系数（外磁场引起单位长度饱和磁化材料的长度变化△l/l）λs高，可产生高的磁致形变和承受较高的功经；②磁弹常数高（H为磁场，T为应力），它是恒应力下单位磁场所产生的磁致伸缩变化，或恒磁场H单位应力产生的磁通密度的变化量，是压磁材料和器件的灵敏度的量度；③压磁（磁弹）耦合系数K大，K2是材料中可转换为机械能的磁能与总磁能这比，表示磁能—机械能的转换效率；④压磁参量对温度、时间和振动等环境因素的稳定性要高。

目标已经应用和正在研究开发的压磁材料主要有三类：①金属压磁材料，如Ni（λs=—33×10-6），45%Ni—Fe（λs=+27×10-6，4%Co—Ni（λs=-31×10-6），13%Al—Fe（λs=+40×10-6），2%V-49%Co—Fe，（λs=+70×10-6）等，磁弹灵敏度常数Sme为（2～4）×10-6，压磁耦合系数|K|为10～75%，总的特点是电阻率低，交变磁场中需应用薄片叠成，承受功率较高；②铁氧体压磁材料，如纯Ni铁氧体（NiFe2O4），λs=-27×10-6，Ni—Co铁氧体λs=-26×10-6，Co—Fe铁氧体λs为（-200～-600）×10-6，Mn—Fe铁氧体λs=-35×10-6，Sme为（3～4）×10-6，|K|为6～25%，总的特点是电阻率高，不需叠片的形式，电声效率和力学品质因数高，但力学强度和承受功率不如金属材料；③超压磁材料，如TbFe2（λs=1750×10-6），SmFe2（λs=-1560×10-6）等稀土合金具有超高磁致伸缩系数（λs～103），但却需要高的饱和磁场（高于0.5～1T），因而要求降低饱和磁场才在实际应用。

压磁材料的主要应用领域有：超声和水声换能器件，电信器件，计算机存储器件，测量器件（如测量粘滞性，振动和高频弹性疲乏等），传感器件（如力、速度和加速度的传感器），精密控制器件（如精密控制微位移等）。新发展的应用研究，如非接触式高灵敏度的纤维光学磁强计，灵敏度可达；利用磁致伸缩电动机可制成选定步进位移控制器件、微波声发生器，旋声器件等。

6.磁光材料

磁光材料是利用物质磁性与光的相互作用即磁光效应而控制光的传输或其他特性的材料。从19世纪中叶，相继发现了各种磁光效应，如使通过磁化（透明）物质的光的偏振面发生旋转的Faraday旋转效应，使从磁化（不透明）物质反射的光的偏振面发生旋转的Kerr磁光效应等。产生磁光效应的物理机制是各向同性磁介质在恒定（直流）磁场和光频电场同时作用下，其电容率（介电常量）变为反对称张量（称为旋电产应），从而使在其中传输的光产生非互易现象，这与微波频段的旋光效应很相似。在一定条件下，光也可引起物质磁性的变化，称为光磁效应，不过目前应用尚少。

对磁光材料的主要要求是：①磁光效应大，即单位磁场产生的Faraday旋转角和Kerr旋转角大；②光损耗低，即旋转角与损耗之比的磁光优值Qmo高，可提高磁光器年的效能；③饱和磁化强度μ0Ms高，有利于获得高的磁光效应；④磁光参量对温度、时间和振动等环境因素的稳定性高。另外，对一些特殊应用还有其他特殊要求，例如，磁光记录材料要求能调节居里温度或抵消温度。

已经应用和正在研究开发的磁光材料主要有：①非金属磁光材料，如石榴石型铁氧体YIG（Y3Fe5O12）系，（Bi，Lu，Gd）3（Fe，Ge）5O12系，Bi—Ca—VIG系等；稀土硫属化合物EuO，EuS等；FeBO3系，铬卤素化合物CrCl3，CrBr3等；尖晶石型铬硫体CdCr2S4等；AMF3型（A=Li，Na，K等，M=Fe，Co，Ni等）；以及Eu2SiO4，Na5Fe3F14等。它们都是具有高旋转角的对一定波段透明或半透明的磁性材料；②金属磁光材料，如MnBi系，MnAlGe系，Ni—Fe系等，大多应用薄膜材料或Kerr效应材料，以及一些稀土—铁族金属合金，及非晶Tb—Fe、Gd—Co和Gd—Fe—Bi合金等，有的显示出较佳的磁光性能。

在激光、光通信、光学计算机、磁光记录等光电子学和光子学技术领域使用磁光器件已取得显著效果，正在研制中的有：在可见和红外波段中所应用的磁光隔离器、磁光环行器、磁光调制器等非互易旋光器件，用掺Ho，Er或Tm的YIG单晶制成的波长连续可变的磁调谐激光器，用YIC—LiNbO3的磁—声—光效应研制的光偏转器，有磁光膜Kerr效应研制的小型平面固体数字显示器等。