一、引言
    磁性材料是國民經(jīng)濟各個(gè)領(lǐng)域不可缺少的功能材料，不僅滿(mǎn)足了傳統工業(yè)的發(fā)展，并且在科技、電子信息技術(shù)革命中起著(zhù)重要的作用。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)日新月異的創(chuàng )新，磁性材料產(chǎn)品將有什么新的發(fā)展趨向，是否還能有新的產(chǎn)品開(kāi)拓，是科技工作者和各企業(yè)家們最關(guān)心的問(wèn)題。在新的經(jīng)濟形勢驅使下，磁性材料除在傳統的產(chǎn)品性能和質(zhì)量方面不斷提高外；并必將還有創(chuàng )新的發(fā)展，才能以滿(mǎn)足信息工業(yè)革命的發(fā)展要求。
    我們從科技創(chuàng )新的角度簡(jiǎn)述磁性材料將會(huì )出現的新發(fā)展趨勢，共同研討開(kāi)拓新材料和新應用領(lǐng)域。
    二、 磁性微電子技術(shù)
    信息技術(shù)將朝著(zhù)小型化和輕型化發(fā)展，促進(jìn)了元件的集成化和微型化。專(zhuān)家說(shuō)：“電子元器件過(guò)去是插件、現在是貼片、將來(lái)是集成”�？梢灶A見(jiàn)，在磁性行業(yè)領(lǐng)域內，將形成一門(mén)新的技術(shù)---磁性微電子技術(shù)。用類(lèi)似半導體集成電路工藝制造磁性微型器件，尺寸僅為幾十微米級。磁性材料采用薄膜，厚度從幾個(gè)毫微米到幾個(gè)微米。從結構上看，有單層膜，包括一般的晶態(tài)膜、微晶膜、超微晶膜和非晶態(tài)薄膜；還有多層膜以及納米級磁性顆粒彌漫在薄膜中構成顆粒膜。從性能和應用上可分軟磁、永磁、旋磁、磁光、磁阻、磁存貯和磁致伸縮等。
    1、磁性薄膜變壓器。個(gè)人電腦和手機的小型化，必須采用高頻開(kāi)關(guān)電源，并且工作頻率越來(lái)越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高頻開(kāi)關(guān)電源進(jìn)一步向輕薄小方向發(fā)展，立體的三維結構鐵芯已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，只有向低維的平面結構發(fā)展，才能使高度更薄、長(cháng)度更短、體積更小。幾個(gè)微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三維立體結構，而是二維平面結構，其物理特性也與原來(lái)的立體結構不同，可以獲得前所未有的高性能和綜合性能。例如鈷基的非晶磁性薄膜飽和磁通密度Bs達到1.5特斯拉，比鈷基的非晶合金高許多。對于高頻下使用的磁性薄膜，主要指標是高頻損耗，所以特別要提高電阻率，因為它直接影響高頻下的損耗和有效導磁率。但是，磁性薄膜并不單純追求高電阻率，還要兼顧其它指標。軟磁鐵氧體材料雖然電阻率高，但飽和磁通密度Bs低，不適合作數兆赫以上高頻磁性薄膜集成變壓器和電感器。今后發(fā)展方向是微晶FeMC磁性薄膜，M可以是鈦、鋯、鉻、鈮、鉭，是利用FeMC復合靶在氬氣中濺射而成非晶磁性薄膜，熱處理后晶化，形成微晶結構。此材料現在主要用作薄膜磁頭，并已經(jīng)用于工作頻率在10MHz左右的移動(dòng)通信手機電源中的變壓器。
    2、磁性薄膜磁頭。隨著(zhù)硬盤(pán)的紀錄密度的提高，促進(jìn)了磁頭的薄膜化發(fā)展，同時(shí)產(chǎn)生了巨磁阻材料。由于整個(gè)磁頭尺寸很小薄膜磁頭的制作工藝是一種集材料與器件于一體的集成電路生產(chǎn)工藝。在實(shí)際生產(chǎn)中，無(wú)數磁頭集成在一個(gè)單元片中，經(jīng)切割后，組裝成硬盤(pán)驅動(dòng)器用的高密度磁頭。其中單元片的生產(chǎn)是磁頭的關(guān)鍵工程，也是技術(shù)含量最大的部分。目前國內的磁頭生產(chǎn)線(xiàn)大多不包括這部分生產(chǎn)，僅是從切割單元片開(kāi)始的后工序。
 在計算機磁頭的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)方面，從金屬氣隙磁頭→薄膜磁頭→磁阻磁頭→巨磁阻磁頭發(fā)展，記錄密度也從幾百兆位增加到數千兆位。除工藝條件外，關(guān)鍵是相應的磁性薄膜材料。國外，薄膜磁頭和磁阻磁頭在九十年代已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，巨磁阻磁頭也在2000年產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。國內對薄膜磁頭、磁阻磁頭和巨磁阻磁頭的材料僅限于基礎性研究，應用開(kāi)發(fā)和工程技術(shù)開(kāi)發(fā)則幾乎空白。主要是幾家合資、獨資企業(yè)，利用國外單元片散件，加以切割、粘結、組裝生產(chǎn)計算機磁頭。
    磁性薄膜在其它方面還可以作數字錄相機用視頻疊片薄膜磁頭、微型片狀磁性元件、各種磁性傳感器，這些元件在手機等小型通訊設備、掌上電腦、攝錄相機及工業(yè)自動(dòng)化設備中有廣闊的應用市場(chǎng)，今后的一個(gè)發(fā)展方向。
    三、磁光器件
    磁光器件主要有光纖通訊用的光無(wú)源器件，如光環(huán)行器、光隔離器、光開(kāi)關(guān)等，以及光存儲用的光存儲介質(zhì)，這將是磁性器件發(fā)展的重點(diǎn)之一。
    1、磁光無(wú)源器件。隨著(zhù)通訊技術(shù)的發(fā)展，微波系統已經(jīng)達到成熟地步，而光纖通信正在蓬蓬勃勃地發(fā)展�，F在，國外的微波工作者逐漸轉向光通信領(lǐng)域；同時(shí)，把微波通信中應用的磁無(wú)源器件也帶到光通信方面，利用磁性材料的磁光效應研制光無(wú)源器件。根據光纖通信的技術(shù)要求和磁性材料的本征特性，磁光無(wú)源器件的發(fā)展具有廣闊的市場(chǎng)。
    在光波寬帶通信中，要把各種光頻回路匹配起來(lái)，必須考慮使用光環(huán)行器、隔離器和開(kāi)關(guān)等器件。因為在光纖通信中，光源受到光纖反射光的影響會(huì )引起工作不穩定。隨著(zhù)光回路復雜化，這種情況會(huì )變得更加嚴重。為實(shí)現光源的穩定性，與微波領(lǐng)域中采用的措施一樣，使用隔離器是不可避免的。光隔離器能降低反射光影響，從而得到高性能的光傳輸特性。光環(huán)行器是雙向傳輸光路和光測量裝置不可缺少的，尤其是光纖通信的良好匹配元件。在多模光纖裝置中把來(lái)自一路通道的信息快速轉換到另外幾路通道中，需要光多接點(diǎn)開(kāi)關(guān)。另外，磁性材料作為光無(wú)源器件，具有良好的光特性，如釔鐵石榴石磁性單晶材料在近紅外波段1.55微米具有一個(gè)透明的窗口，光吸收損耗極低。我們知道，光的傳輸損耗與通過(guò)光纖的光波波長(cháng)有關(guān)。在1.55～1.58微米波長(cháng)時(shí)，光纖具有較低的光傳輸損耗和較小的光色散，這特性有利于遠距離和寬帶光纖通信。如目前廣泛使用1.55微米的光波頻率，在此波長(cháng)時(shí)，光傳輸損耗約為每公里0.2分貝，這樣在遠距離光纖通信中，只需要間距為100~150公里的中繼器。這對磁光無(wú)源器件的發(fā)展提供了一個(gè)良好的環(huán)境，其特性比機械、電光器件要好，而且適合于集成化。
    磁光無(wú)源器件的優(yōu)點(diǎn)是功耗低、結構簡(jiǎn)單等；但最主要是能夠薄膜化，適合于集成光學(xué)系統。這一點(diǎn)很重要，因為，把光源、透鏡、棱鏡和非互易光學(xué)元件做成薄膜器件集成在一塊襯底上的集成光學(xué)技術(shù)是今后發(fā)展方向。在集成光學(xué)基礎上發(fā)展的集成磁光學(xué)是應用磁性薄膜作為光波導來(lái)實(shí)現光無(wú)源元件，也是磁性薄膜學(xué)的一大重要技術(shù)發(fā)展。
2、磁光存儲器。當前只讀和一次刻錄式的光盤(pán)已經(jīng)廣泛應用，但是可重復寫(xiě)、擦的光盤(pán)還沒(méi)有商品化推進(jìn)。最具有發(fā)展前途的是磁性材料介質(zhì)的磁光存儲器，其可以像磁盤(pán)一樣反復多次地重復記錄。目前大量使用的軟磁盤(pán)，由于材料介質(zhì)和記錄磁頭的局限性，其存儲密度已經(jīng)達到極限；另外其已經(jīng)不能滿(mǎn)足信息技術(shù)的發(fā)展要求，無(wú)法在一張盤(pán)上存儲更多的圖象和數據。采用磁光盤(pán)存儲，就能在一張盤(pán)上記錄數千兆字節到數十千兆字節的容量，并且能反復地擦寫(xiě)使用。
    四、磁性抗電磁干擾材料
    隨著(zhù)信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們在享受方便、快捷、高效的信息化時(shí)代的同時(shí)，正面臨著(zhù)日益惡化的電磁環(huán)境。周?chē)�的空間電磁輻射日趨嚴重，不僅影響到電子設備的正常工作，而且影響到人類(lèi)的正常生活。所以抗電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）材料的發(fā)展引起人們的關(guān)注。由于軟磁鐵氧體材料具有吸收電磁干擾信號，從而達到抗電磁干擾的目的，受到人們的重視。
    1、抗電磁干擾和電磁兼容材料。電磁波輻射和傳導的干擾信號會(huì )使高靈敏的電子設備性能下降、失靈，甚至會(huì )發(fā)生故障或事故。在各種電子、電力線(xiàn)路中必須采用各種特性和各種形狀的EMI軟磁鐵氧體磁芯，以滿(mǎn)足抗電磁干擾和電磁兼容的要求。隨著(zhù)電子設備向高頻、高速、高組裝密度發(fā)展，各類(lèi)磁芯向高磁導率、高頻化和小型化發(fā)展。眾所周知，電子設備接上電源工作時(shí)，由于電源的噪聲干擾，等于接上一個(gè)噪聲源；同時(shí)，電子設備一旦內部產(chǎn)生噪聲，也會(huì )向電源發(fā)射電磁干擾信號，影響周?chē)�的電子設備正常工作。所以必須使用交流電源線(xiàn)路濾波器來(lái)抑制外來(lái)的電源噪聲，同時(shí)防止設備內產(chǎn)生的干擾噪聲外泄�，F在國際上對電磁干擾和電磁兼容提出更高的要求，禁止無(wú)上述功能的電子設備銷(xiāo)售。各企業(yè)領(lǐng)導必須對此引起高度重視，同時(shí)也是磁性材料產(chǎn)品發(fā)展的良好機遇。磁性抗電磁干擾產(chǎn)品和電磁兼容產(chǎn)品發(fā)展的方向是寬頻化和薄膜化。由于電源噪聲的頻率存在從低頻到高頻的的寬帶范圍，所以對軟磁鐵氧體材料也要求有較寬的頻率范圍。由于各類(lèi)電子設備小型化的發(fā)展，過(guò)去傳統的繞線(xiàn)型磁芯器件今天被疊層貼片型磁芯器件取代，將來(lái)被集成化器件取代。前者是將導線(xiàn)繞在軟磁鐵氧體磁芯上制成，但體積較大。后者是用軟磁鐵氧體槳料和導體槳料交替疊層厚膜印刷和燒結而成，實(shí)現小型化表面安裝。今后進(jìn)一步的發(fā)展是采用薄膜化工藝，使器件達到微型化。
    2、電磁波吸收材料。鐵氧體材料能吸收和衰減電波的電磁能量，使反射電波減少或消除；并能在超高頻到毫米波頻率范圍內工作，而且在頻帶寬度和幾何尺寸方面均有優(yōu)越性，成為電子抗干擾方面的重要研究和應用材料。在軍事上，把它涂在飛機和導彈的表面，是反雷達的一種有效措施，也是當今隱身技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)，在電子對抗戰中有著(zhù)廣闊的應用前景。在民用方面，把它涂在通信基地的屋面上和拋物面天線(xiàn)上，能改善通信質(zhì)量；同時(shí)也用作微波功率源的屏蔽，防止微波輻射傷害人體。鐵氧體電波吸收材料最重要的應用是在軍事方面，把它涂在飛機和導彈飛行器上，或坦克、軍艦等作戰裝備上，可以衰減電磁波的反射信號，削弱雷達偵察作用距離，是反雷達偽裝的一種有效措施。最初人們使用薄片和薄板，影響應用范圍和裝備的機動(dòng)性，現在使用液體涂料有利于施工和輕型化。隨著(zhù)新材料的開(kāi)發(fā)，納米磁性材料的出現將為電磁波吸材料應用提供了廣闊的應用場(chǎng)合。
五、納米磁性材料
    隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料的研究和應用也不斷進(jìn)展。目前的納米材料研究也深入到磁性材料領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)出新的納米磁性材料。在1988年，首先發(fā)現在鐵基非晶的基體中加入少量的銅和稀土，經(jīng)適當溫度晶化退火后，獲得一種性能優(yōu)異的具有超細晶粒（直徑約10nm）軟磁合金，后被稱(chēng)為納米晶軟磁合金。納米晶磁性材料可開(kāi)發(fā)成各種各樣的磁性器件，應用于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，用作電流互感器、開(kāi)關(guān)電源變壓器、濾波器、漏電保護器、互感器及傳感器等，可取得令人滿(mǎn)意的經(jīng)濟效益。
    近年來(lái)，國內外對納米晶磁性材料的研究非常熱門(mén)，發(fā)展很快，鐵基納米晶合金材料已經(jīng)在以下幾個(gè)方面獲得成功的應用。1，精密電流互感器，在高電壓輸電線(xiàn)路中應用日益增多，準確度達到0.2級和儀表保安系數小于5，并且成本比高磁導率坡莫合金低50%。2，高頻大功率開(kāi)關(guān)電源變壓器，其工作頻率為20-50kHz，輸出功率在10kW以上，效率在90%以上，而且體積小，溫升低。3，薄膜開(kāi)關(guān)電源，能解決損耗、體積和溫升三者的難題，滿(mǎn)足高頻化和小型化的要求。4，抗電磁干擾器件，具有抗飽和能力強、電感量大、品質(zhì)因素高體積小和高效節能等到特點(diǎn)，廣泛地應用于通訊設備、精密測控設備和計算機設備等。5，傳感器，特別適用作高靈敏場(chǎng)合的磁性器件，如磁頭、漏電保護開(kāi)關(guān)等。
    今后，納米磁性材料的開(kāi)發(fā)應用，會(huì )在以下幾個(gè)方面得到發(fā)展：1，納料米晶軟磁合金，進(jìn)一步在電力電子變壓器件系統應用。2，復合磁性薄膜，當工作頻率在1MHz以上，厚度小于5μm，通常晶化法獲得的納米晶合金難于滿(mǎn)足要求；利用復合法制備的磁性薄膜能應用于超高頻領(lǐng)域。（1）利用納米晶鐵磁薄膜和非磁性薄膜交替鍍膜的方法制備多層調制膜 ，可以形成高磁電阻效應，制成高靈敏傳感器和計算機磁頭。（2）將納米晶的金屬軟磁顆粒彌散鑲嵌在高電阻非磁性材料中，構成兩相組織的納米顆粒薄膜，這種薄膜最大特點(diǎn)是電阻率高，稱(chēng)為巨磁阻效應材料，在100MHz以上的超高頻段顯示出優(yōu)良的軟磁特性。（3）納米晶磁材料粉末與橡膠等混合，制成磁屏蔽和微波吸收材料，在電波吸收方面具有很好的實(shí)用性能。
    由于電和磁的相互依附性，有電流的發(fā)生，就有磁場(chǎng)的產(chǎn)生；不管是軍用或民用的各種電子設備，現在和將來(lái)，均離不開(kāi)配套的磁性元器件。今后磁性材料的發(fā)展新動(dòng)向是高頻化、薄膜化與納米材料，我們一定要瞄準科技創(chuàng )新領(lǐng)域，進(jìn)一步提高材料的性能，滿(mǎn)足信息技術(shù)革命要求。