12级材料的磁性能

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1、材料物理性能材料物理性能郑兴华郑兴华第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能NS永久磁铁电磁铁磁体周围的磁场磁体周围的磁场磁性无处不在罗盘 磁性液体在磁场中显示磁力线分布磁性液体在磁场中显示磁力线分布的图形的图形序号电子设备名称磁性元件数(件/每台设备)设备所用磁性材料(Kg/台)1电子计算机21250.22.02打印机560.20.43移动电话350.020.034显示器570.051.05复印机340.061.06CTV780.91.27DVD、VCD580.41.08燃油汽车3070259电动汽车307051010空调机、洗衣机230.53.0磁性元件和材料在电子设备中作用磁性元件和材料在

2、电子设备中作用材料具有重要的磁性能本章主要内容 材料磁性概述材料磁性概述 磁性材料中的基本磁现象磁性材料中的基本磁现象 自发磁化理论自发磁化理论 磁性材料的磁化磁性材料的磁化 磁畴、技术磁化、动态磁化等磁畴、技术磁化、动态磁化等 主要的铁磁性材料主要的铁磁性材料 测量及应用测量及应用与人类文明的进步与人类文明的进步o 在世界上中国是最早发现磁现象与磁石的文明古国；o 公元前一千多年前中国史书已有磁的论述；o 公元前300年中国汉代已用天然磁石(Fe3O4)做指南针；o 公元11世纪，北宋，沈括在中提到了指南针的制造方法：“方家以磁石磨针锋，则能指南.水浮多荡摇，指抓及碗唇上皆可为之，运转尤速，

3、但坚滑易坠，不若缕悬之最善。”同时，他还发现了磁偏角，即：地球的磁极和地理的南北极不完全重合。材料磁性概述材料磁性概述公元前公元前3 3世纪，世纪，战国时期，韩非子中这样记载：“先王立司南以端朝夕”。鬼谷子中记载：“郑人取玉，必载司南，为其不惑也”。o 公元1600年英国出版W.Gilbert(1544-1603)“论磁体”巨著，系统论述静地相互作规律，和磁与电的关系，和磁学形成；v 公元公元1818世纪世纪，瑞典科学家在磁学著作中对磁性材料的磁化作了大胆的描绘。v 公元公元1919世纪世纪，近代物理学大发展，电流的磁效应、电磁感应等相继被发现和研究，同时磁性材料的理论出现，涌现出了象法拉第、

4、安培、韦伯、高斯、奥斯特、麦克丝韦、赫兹等大批现代电磁学大师。v 2020世纪初世纪初，法国的外斯提出了著名的磁性物质的分子场假说，奠定了现代磁学的基础，在顺磁性理论、分子磁场、波动力学、铁磁性理论等相关理论和各种分析手段的基础上，形成了完整的磁学体系。材料磁性概述材料磁性概述如果一个小磁体能够用无限小的电流回路如果一个小磁体能够用无限小的电流回路来表示，我们就称为来表示，我们就称为磁偶极子磁偶极子。用磁偶极。用磁偶极矩矩jm表示：表示：磁偶极子和磁矩磁偶极子和磁矩与磁偶极子等效的平面回路的电流和回路与磁偶极子等效的平面回路的电流和回路面积的乘积定义为面积的乘积定义为磁矩磁矩表征磁性物体表征磁

5、性物体磁性大小的物理量，磁性大小的物理量，用用m表示：表示：jm=mlm=iAi+m-ml磁偶极矩和磁矩具有相同的物理意义，存在关系：磁偶极矩和磁矩具有相同的物理意义，存在关系：jm=0m ，o=410-7Hm-1，真空磁导率真空磁导率磁性基本概念磁性基本概念磁化强度磁化强度M单位体积磁体内磁偶极子的磁偶极矩矢量和称为单位体积磁体内磁偶极子的磁偶极矩矢量和称为磁极化强度磁极化强度Jm；单位体积磁体磁体内磁偶极子的磁矩矢量和称为单位体积磁体磁体内磁偶极子的磁矩矢量和称为磁化强度磁化强度M2mmjJW b mV1mMAmVJ m和和M亦有如下关系：亦有如下关系：Jm=0M W bm-2Am-1磁化

6、强度可以看成是磁偶极子的集合磁化强度又可以看成是闭合电流环的集合磁场强度磁场强度H和磁感应强度和磁感应强度B磁场中的磁极会受到力的作用，表示为：F=m H，m为磁极强度定义磁场强度磁场强度H：单位强度的磁场等于1Wb强度的磁极受到1牛顿的力，磁场强度为Am-1。在更多场合，确定场效应的量是磁感应强度磁感应强度B。在SI单位制中：B o（HM）H磁场强度；M磁化强度 HooBHBo=410-7Hm-1，真空磁真空磁导率导率HBBBoor磁化强度M和磁场强度H存在如下关系：Mc H，c称为磁体的磁化率磁化率。B=0(H+cH)0(1+c)H 定义r（1c）为相对磁导率，即rB/0 H磁导率磁导率是

7、表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易 程度的磁学量。磁化率和磁导率磁化率和磁导率磁学参数磁学参数及单位及单位静磁能（静磁能（Magnetostatic Energy）Work done per unit volume during magnetization21volBBHdBEororBHE22122volooBHE221)air(22volHBE21volEnergy density of a magnetic fieldMagnetostatic energy density in free spaceMagnetostatic energy in a linear magnetic med

8、ium材料的磁性起源 怎样可以产生磁性？磁场？导线通电、封闭的导线封闭电流产生磁矩,材料内部的磁性也是源于材料内部电子的循轨和自旋运动。磁源于电：环形电流周围的磁场，符合右螺旋法则，其磁矩定义为：m 载流线圈的磁矩I-载流线圈通过的电流S-载流线圈的面积n-载流线圈平面的法线方向上的单位矢量ISnm 磁矩磁矩应用中常用电流来产生磁场，有以下三种形式：无限长载流直导线的磁场强度 HI/2pr 载流环行线圈圆心的磁场强度 HI/2r 无限长载流螺线管的磁场强度 Hn IIdlHct原子核+26K (n=1)L (n=2)M (n=3)N (n=4)1s12p62s23p63s23d64s2Fe的电

9、子壳层和电子轨道IA-eLrorb一切物质磁性的根源，来自原子磁性原子磁性原子磁矩有三个来源：电子轨道磁矩；电子自旋磁矩；原子核磁矩；原子核磁矩值很小，一般可忽略不计。电子轨道磁矩电子轨道磁矩ivm=iSre2lepmr电子轨道运动产生的轨道磁矩和动量矩方向相反22()22leeiSrrpp 2lepmr2lleepm 轨道磁矩轨道轨道动量矩动量矩电子自旋磁矩电子自旋磁矩()sBH()1sps s+S1/2，pS=(3/2)自旋在磁场方向的分量()12ssHpm(ms只可能等于1/2)实验表明：()()sHsHeepm sseepm 2(1)sBs s+（S1/2，）3SB自旋角动量未成对的电

10、子才有贡献()1sps s+S1/2，pS=(3/2)()12ssHpm(ms只可能等于1/2)B 波尔磁子，波尔磁子，9.27 10-24 Am2磁矩o 自旋磁矩电子自旋时产生顺磁矩。o 轨道磁矩轨道电子循轨运动时产生的抗磁矩。o 电子磁矩轨道磁矩和自旋磁矩之和。o 固有磁矩只有原子中存在未被排满的电子层时，电子磁矩之和不为零，原子才具有磁矩，为原子的固有磁矩）材料的磁化材料的磁化通常，在无外加磁场时，材料中固有磁矩的矢通常，在无外加磁场时，材料中固有磁矩的矢量和为零，宏观上材料无磁性。量和为零，宏观上材料无磁性。材料在外加磁场材料在外加磁场H H中时，使它所在的空间的磁场发生中时，使它所在

11、的空间的磁场发生变化（变化（HH或、或、H H），产生一个），产生一个附加磁场附加磁场HH，材料材料本本身呈现出磁性，这种现象叫身呈现出磁性，这种现象叫磁化磁化这时其所处的这时其所处的总磁场强度总磁场强度为两部分的矢量和。为两部分的矢量和。单位单位A/mA/m。HHH+总 =r-1磁化率（单位体积）磁化率（单位体积），可正可负，表征物质本身的磁化特性。MH )1(0 xHM H磁性材料分类磁性材料分类按材料磁化情况，将材料分为:抗磁性材料-使磁场减弱顺磁性材料-使磁场略有增强铁磁性材料-使磁场强烈增强 铁磁性材料 亚铁磁性材料 反铁磁性材料NSFM抗磁性材料物质的抗磁性物质的抗磁性电磁感应普遍

12、存在由于电磁感应磁场中运动电子轨道发生变化，产生抗磁性：普遍存在；值很小，通常被掩盖 材料的抗磁性来源于材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的加磁场作用所产生的抗磁矩。抗磁矩。形成抗磁磁距的示意图m总是与外加磁场方相反，为什么?抗磁性抗磁性av=0 andM=0oHMav 0 andM=cmH(b)(a)顺磁性材料磁化曲线通常把通常把B BH H曲线曲线or M-Hor M-H曲线称为曲线称为磁化曲线磁化曲线顺磁材料与抗磁材料的磁化曲线c c0,10-3-10-6c c0,10-3-10-6c c0,10-6抗磁、顺磁性材抗磁、顺磁性材料磁化曲线特点料磁化曲线

13、特点：线性；线性；磁化可逆性；磁化可逆性；斜率很小斜率很小（M-H)M-H)H(A/m）M(A/m)顺磁性顺磁性O抗磁性抗磁性c c=-1，T顺磁性，抗磁性材料。o 碱金属、碱土金属(除Be外)顺磁性自旋电子（自由电子）顺磁性的贡献。o 稀土金属顺磁性较强，磁化率较大贡献来源于自旋磁矩。o Ti，V，Cr，Mn等过渡元素，强烈顺磁性，有些合金成为铁磁性。影响材料抗磁性与顺磁性的因素影响材料抗磁性与顺磁性的因素2.温度的影响 温度对抗磁性没有什么影响(除非发生相变)。温度对顺磁性影响很大，原因?影响材料抗磁性与顺磁性的因素影响材料抗磁性与顺磁性的因素0T-TCx顺磁性物质的磁化机理-磁场克服原子

14、和分子热运动的干扰，使原子磁矩排向磁场方向的结果（固有磁矩从无序有序）所以随T 顺磁磁化率下降，甚至铁磁性在居里温度以上变为顺磁，铁磁磁化受阻（磁阻效应）。影响材料抗磁性与顺磁性的因素影响材料抗磁性与顺磁性的因素3.相变及组织转变的影响 相变改变了物质的结构所以改变了磁性，例如：Fe铁磁顺磁抗磁居里温度（奥氏体）加工硬化使原子间距，密度，磁化阻力减小，使抗磁性减小。例如：Cu 抗磁(高度加工硬化)顺磁 顺磁(退火)抗磁。影响材料抗磁性与顺磁性的因素影响材料抗磁性与顺磁性的因素4.合金成分与组织的影响(待补充)当今高磁性材料发展中最突出的钕铁硼磁性合，固溶体-顺-顺，顺抗，铁顺，抗抗，铁-抗，铁

15、-铁等，磁化率较溶质和溶剂有明显的变化。化合物-决定于结构、轨道电子和自由电子数的变化。抗磁性与顺磁性材料特性磁性材料器件及应用o汽车领域汽车领域 永磁起动电机 传感器 无刷直流电机p计算机领域计算机领域 光驱 存储器 打印机p消费类电子产品领域消费类电子产品领域 微型马达 扬声器 耳机 麦克风p电器领域电器领域 便携式电动工具电机 家用电器电机p工业自动化领域工业自动化领域 磁耦合器 伺服电机p工业产品领域工业产品领域 磁分离器 磁起重设备具有独特的磁性能具有独特的磁性能？56材料的磁化材料的磁化 铁磁材料磁化材料磁化 磁化曲线磁化曲线 磁性材料中的基本磁现象磁性材料中的基本磁现象 磁性材料

16、的磁化磁性材料的磁化 磁畴、技术磁化、动态磁化等磁畴、技术磁化、动态磁化等 自发磁化理论自发磁化理论57磁化曲线通常把通常把B BH H曲线曲线or M-Hor M-H曲线称为曲线称为磁化曲线磁化曲线顺磁材料与抗磁材料的磁化曲线c c0,10-3-10-6c c0,10-6抗磁、顺磁性材抗磁、顺磁性材料磁化曲线特点料磁化曲线特点：线性；线性；磁化可逆性；磁化可逆性；斜率很小斜率很小（M-H)M-H)H(A/m）M(A/m)顺磁性顺磁性O抗磁性抗磁性c c=-1，TTc特点特点:复杂复杂1 1）可逆）可逆 磁化阶段磁化阶段 B B、MM随随H H缓慢线性上缓慢线性上升升,磁化可逆；磁化可逆；2

17、2）不可逆）不可逆 磁化阶段磁化阶段B B、MM随随H H快速增大快速增大,出现极大值出现极大值mm，磁化不，磁化不可逆，非线性可逆，非线性 3 3）饱和磁化阶段）饱和磁化阶段B B、HHHHs s 0 0，MMMMs s.BB.BBs s.4 4）顺磁磁化阶段）顺磁磁化阶段铁磁性材料的磁化曲线铁磁性材料的磁化曲线132459max0max1BH01BH0limrevH(1)起始磁导率 (2)增量磁导率 (3)微分磁导率 (4)最大磁导率001limiHBHBH max i0B/0H 磁化曲线比较磁化曲线比较 抗磁性抗磁性 c c 0 ,cc-10-6 c c=-1，T0，cc10-6-10-

18、3铁磁性铁磁性：c c 0，cc103-106 HM抗磁性MHc-物质的磁化率H铁磁性顺磁性超导体61材料沿不同方向磁化的难易程度不同易磁化轴100难磁化轴111磁各向异性磁各向异性铁单晶磁化曲线62软磁铁氧体的磁化曲线与磁导率曲线软磁铁氧体的磁化曲线与磁导率曲线63冷轧取向硅钢片的磁化曲线与磁导率曲线冷轧取向硅钢片的磁化曲线与磁导率曲线64MnMn-Zn-Zn铁氧体的磁化曲线与磁导率曲线铁氧体的磁化曲线与磁导率曲线65B BH H铁磁材料的起始磁化曲线a ab bc cd d)(HfB)(HfFeHB0B随随H变化规律变化规律 oab同磁化曲线；同磁化曲线；减小减小H,B 沿沿bc减小减小,

19、当当H=0时时,B=Br(剩余磁剩余磁 感应强度感应强度)这就是铁磁金属的剩磁现象；这就是铁磁金属的剩磁现象；cd想去掉剩磁需加反向磁场想去掉剩磁需加反向磁场.H=-Hc,B=0.Hc 为去掉为去掉 剩磁的临界外磁场剩磁的临界外磁场,称为称为矫顽力矫顽力.cd 曲线也称为退磁曲线，从此曲线可得出考曲线也称为退磁曲线，从此曲线可得出考 核永磁材料的重要参数。核永磁材料的重要参数。继续在反方向增加继续在反方向增加H-Hs,磁化曲线沿磁化曲线沿de到到-Bs.从从-Bs改为加正方向磁场改为加正方向磁场,随随H,B沿沿efgb曲线曲线变化为变化为Bs.B 变化总是落后于变化总是落后于H的变化的变化,这

20、种现象称为磁滞效应这种现象称为磁滞效应 磁滞回线磁滞回线铁磁材料的重要特征之一铁磁材料的重要特征之一.铁磁体的磁滞回线铁磁体的磁滞回线铁磁材料的原子组态和原子磁矩铁磁材料的原子组态和原子磁矩铁磁材料的磁化特性铁磁材料的磁化特性:在外加磁场的作用下，在外加磁场的作用下，可产生很强的磁化，远大于顺磁性。可产生很强的磁化，远大于顺磁性。磁化磁化(原因原因)机理机理:铁磁性来源于未被抵消的铁磁性来源于未被抵消的自旋磁矩+自发磁化顺磁性顺磁性 铁磁性铁磁性 自旋磁矩自发地同向排列自旋磁矩自发地同向排列与顺磁性区别与顺磁性区别:eg：铁、钴、镍原子的外层电子填充规律铁、钴、镍原子的外层电子填充规律.FeF

21、e（3d3d6 64S4S2 2 ）、）、CoCo（3d3d7 74S4S2 2 ）、）、NiNi （3d3d8 84S4S2 2 ）、）、MnMn、CrCr等也有剩余的自旋磁等也有剩余的自旋磁矩矩,但是不属于铁磁性但是不属于铁磁性,原因：不存在自发磁化。原因：不存在自发磁化。元 素 周 期 表Periodic Table of ElementsIAIIAIIIBIIIAIVAVAVIAVIIAOIVBVBIBVIBVIIBIIBVIII氢氢氪氪氙氙氡氡氟氟氯氯氦氦氖氖氩氩锂锂钠钠钾钾铷铷铯铯钫钫铍铍镁镁钙钙锶锶钡钡镭镭钪钪钇钇钛钛锆锆铪铪钒钒铌铌钽钽铬铬钼钼钨钨锰锰锝锝铼铼铁铁钌钌锇锇铱铱铂

22、铂金金钴钴镍镍铜铜锌锌铑铑钯钯银银镉镉锗锗锡锡铅铅镓镓铟铟铊铊铝铝钋钋锑锑铋铋汞汞溴溴砷砷硒硒碲碲碘碘砹砹硼硼碳碳硅硅氮氮磷磷氧氧硫硫镨镨铈铈镧镧钐钐钷钷钕钕铽铽钆钆铕铕镝镝镤镤钍钍锕锕钚钚镎镎铀铀锫锫锔锔镅镅锎锎镄镄锿锿镥镥铹铹锘锘铒铒钬钬镱镱铥铥钔钔LaLaAcAcLiHBeNa MgKCaRbSrCsBaFrRaScYTiZrHfVNbTaCrMoWMnTcReFeRuOsCoNiCuZnGaRhIrPdPtAgAuCdHgInTlGeSnPbAsSbBiSeTeIPoBrAtKrXeRnBAlCSiNPOSFClHeNeArPrCeLaSmPmNdTbGdEuErHoDyLuYbTmP

23、aThAcPuNpUBkCmAmFmEsCfLrNoMd314111219203738555687882139224072234173244274254375264476272829303145774678477948804981325082335183345253843585365486513614715816917210185958576261606564636867667170699190899493929796951009998103102101 Fe Fe d d层未抵消自旋数层未抵消自旋数 4 4 3d64s2自发磁化自发磁化 什么叫自发磁化什么叫自发磁化,为何会发生自发磁化？为何

24、会发生自发磁化？定义：定义：在没有外加磁场的情况下在没有外加磁场的情况下,材料所发生的磁化材料所发生的磁化称为自发磁化称为自发磁化铁磁材料自发磁化的机理铁磁材料自发磁化的机理（铁磁体形成的条件）：（铁磁体形成的条件）：电子间的相互作用产生的当两个原子相互接近时电子间的相互作用产生的当两个原子相互接近时,他们的他们的d d、f f层和层和s s层的电子可以相互交换位置层的电子可以相互交换位置,迫使迫使相邻原子自旋产生有序排列交换作用所产生的附相邻原子自旋产生有序排列交换作用所产生的附加能量称为交换能原子在自然状态下交换能加能量称为交换能原子在自然状态下交换能EexEex应应处于最低状态处于最低状

25、态m2Lower energyHigher energym1 A A 交换能积分常数交换能积分常数 S S1 1、S S2 2 两个电子的自旋动量矩矢量两个电子的自旋动量矩矢量 两个电子的自旋动量夹角两个电子的自旋动量夹角 S S是是S S1 1、S S2 2 同类电子的模同类电子的模.cos-2AS-2A E221exSS讨论讨论:什么情况下原子的什么情况下原子的E Eexex最低（铁磁体形成的最低（铁磁体形成的条件是什么？）条件是什么？）(1)A0=0 cos=1 Eex(1)A0=0 cos=1 Eex最低最低 即只有当自即只有当自旋磁矩同向排列时旋磁矩同向排列时-Fe-Fe、CoCo、

26、NiNi的的 A A较大，较大，稀土稀土A A较小，属于铁磁性材料；较小，属于铁磁性材料；（铁磁材料的自发磁化形成机理，条件（铁磁材料的自发磁化形成机理，条件A0A0）(2)A0=cos(2)A0,0,正伸缩正伸缩 拉应力有利于伸缩，拉应力有利于伸缩，FeFe 0,1000010000，电感元件；抗电磁干扰（电感元件；抗电磁干扰（EMI)EMI)；滤波器；宽带脉冲变压器；滤波器；宽带脉冲变压器2 2。低功耗材料。低功耗材料 ：高饱和磁通密度，宽频、宽温、低损耗：高饱和磁通密度，宽频、宽温、低损耗 开关电源变压器开关电源变压器;变压器变压器 3。电力工业用的软磁材料 牌号PW1(PC30)PW2

27、(PC40)PW3(PC44)PW4(PC50)PW5 f(kHz)15100 252001003003001MH13MHz发展趋势：高频，低损耗，宽温发展趋势：高频，低损耗，宽温功率铁氧体功率铁氧体衡量软磁材料的重要指标复数磁导率复数磁导率设交变磁场为：i tmHH e磁化需要时间，磁感应强度B落后H相角，得：()itmBB eBBHHtt000BmHmT/4T/23T/4TT/4T/23T/4T/()()000cossinitimmmi tmmmiB eBBeiH eHH00cossinmmmmBBHH，其中，则交变磁场中软磁材料磁导率磁导率 不再是实数而是复复数数 品质因数Q Q值值是反

28、映软磁材料在交变磁化时能量的贮存和损耗的性能。磁导率中实部正比于能量的存储而虚部 正比于磁能的损耗 Q 软磁材料的Q值可以用交流电桥或Q表测量得到。通常要求：Q值越大越好。材料的损耗材料的损耗 表示为：00(/tan)sin(/)cosmmmmBHBH相位角称为损耗角，tan称为损耗正切 通常要求：tan越小越好1tgQ在材料的磁谱曲线上，下降到初始值的一半或达到极大值时所对应的频率称为该材料的截止频率截止频率fr。磁谱与截止频率frffr00.51 磁谱是指铁磁体在交变磁场中的复数磁导率的实部和虚部随频率变化的关系曲线。材料的截止频率fr与起始磁导率i有密切的关系。一般而言，材料的fr越高，

29、其i越低。对于软磁材料来说，总是希望材料的Q值越高越好，值越大越好。因此，通常用 和Q的乘积Q，来表征软磁材料的技术指标。因为 Q积 tg1/Qtg/，因此常用比损耗系数来表征软磁材料相对损耗的大小。注意：Q随使用频率的不同而变化。交流磁场中的能量损失交流磁场中的动态磁化造成各种模式的能量损失，用W表示：ehrWWWW+式中，We为涡流损耗；Wh为磁滞损耗；Wr为剩余损耗涡流损耗涡流损耗是由涡流引起的功率损耗。若材料厚度为t，最大磁感应强度为Bmax，电阻率为，则We可表示为：2 22max/eWaf t B磁滞损耗磁滞损耗是指由不可逆磁化而形成磁滞回线所引起的被材料吸收的功率。磁致损耗Wh可

30、表示为：hWfHdM剩余损耗剩余损耗是除涡流损耗和磁滞损耗以外的一切损耗。低频下主要是磁余效，高频下主要是尺寸共振损耗、畴壁共振损耗和自然共振损耗。交流磁场中的能量损失a为常数金属软磁材料电工纯铁电工纯铁指纯度在指纯度在99.899.8以上的铁是最早，最常用以上的铁是最早，最常用的纯金属软磁材料的纯金属软磁材料 面心立方面心立方 体心立方体心立方升温、加压升温、加压降温、降压降温、降压结构与磁性的变化相结构随温度和压力变化相结构随温度和压力变化结构和磁性随温度变化结构和磁性随温度变化含碳量影响磁性能 c增加（增加（）主要是因为碳对畴壁移主要是因为碳对畴壁移动形成阻碍作用动形成阻碍作用 Cu、M

31、n、Si、N、O、S等也等也会对软磁性能产生不利影响会对软磁性能产生不利影响 max减少（减少（）Hc上升（上升（）电工纯铁的主要用途电工纯铁的主要用途磁铁的铁芯和磁极磁铁的铁芯和磁极继电器的磁路和各种零件继电器的磁路和各种零件感应式和电磁式测量仪表的各种零件感应式和电磁式测量仪表的各种零件扬声器的磁路扬声器的磁路电话中的振动膜电话中的振动膜电机中用以导引直流磁通的磁极电机中用以导引直流磁通的磁极冶金原料冶金原料硅钢硅钢电工纯铁只能在直流磁场下工作，电工纯铁只能在直流磁场下工作，在交变磁场中，在交变磁场中，涡流损涡流损耗大耗大在纯铁中加入硅，形成固溶体在纯铁中加入硅，形成固溶体硅钢硅钢也称也称

32、硅钢片硅钢片或或电工钢片电工钢片(c c0.02wt0.02wt，Si Si=1.5=1.54.5wt4.5wt)电阻率（电阻率（），涡流损耗（），涡流损耗（）主要用于：主要用于：因此是非常优秀的软磁材料和交流电器的理想材料因此是非常优秀的软磁材料和交流电器的理想材料已经成为用量最大的磁性材料已经成为用量最大的磁性材料各种形式的电动机、发电机和变压器；扼流圈；各种形式的电动机、发电机和变压器；扼流圈；继电器；测量仪表；继电器；测量仪表；坡莫合金坡莫合金坡莫合金源于英文坡莫合金源于英文permalloy是指镍的质量分数为是指镍的质量分数为3090的镍铁合金的镍铁合金 坡莫合金具有很高的磁导率，成

33、分范围宽坡莫合金具有很高的磁导率，成分范围宽而且磁性能可以通过改变成分和热处理工艺等进行调节而且磁性能可以通过改变成分和热处理工艺等进行调节坡莫合金中含有坡莫合金中含有Ni，因此，因此 磁学特性优于硅钢磁学特性优于硅钢 价格贵于硅钢价格贵于硅钢典型成分在在 Ni为为70%80%的范围内，具有最佳的综合软磁性能：的范围内，具有最佳的综合软磁性能：Ni在在81附近，磁致伸缩系数附近，磁致伸缩系数 s0 Ni在在76附近，磁各向异性常数附近，磁各向异性常数K0 但是，但是，饱和磁通密度较低，饱和磁通密度较低，Ni又是高价金属材料又是高价金属材料所以通常采用所以通常采用 Ni为为4050的坡莫合金的坡

34、莫合金通过退火除杂后，具有高磁通，较高磁导率通过退火除杂后，具有高磁通，较高磁导率可以满足实用要求可以满足实用要求 坡莫合金的用途坡莫合金的用途高磁导率的铁芯材料高磁导率的铁芯材料磁屏蔽材料磁屏蔽材料恒磁导率脉冲变压器恒磁导率脉冲变压器各种矩磁合金各种矩磁合金热磁合金热磁合金坡莫合金主要用于：坡莫合金主要用于：仙台斯特合金仙台斯特合金仙台斯特合金是仙台斯特合金是1932年在日本仙台被开发出来的年在日本仙台被开发出来的成分为成分为Fe-9.6Si-5.4Al在该成分时，合金的在该成分时，合金的磁致伸缩系数磁致伸缩系数 s和磁各向异性常数和磁各向异性常数K1几乎同时趋于零，并且具有高磁导率和低矫顽

35、力。几乎同时趋于零，并且具有高磁导率和低矫顽力。同时，不需要高价的同时，不需要高价的Co和和Ni，而且电阻率高、耐磨性，而且电阻率高、耐磨性好，所以作为磁头磁芯材料材料比较理想。好，所以作为磁头磁芯材料材料比较理想。铁氧体软磁材料软磁铁氧体最早由软磁铁氧体最早由Snock于于1935年研制成功的年研制成功的这类材料具有这类材料具有窄而长的磁滞回线，矫顽力窄而长的磁滞回线，矫顽力HC小，既容易小，既容易获得磁性，也容易失去磁性。获得磁性，也容易失去磁性。软磁铁氧体的磁性来源于亚铁磁性，故饱和磁化强度软磁铁氧体的磁性来源于亚铁磁性，故饱和磁化强度MS较金属低，但比金属软磁的电阻率较金属低，但比金属

36、软磁的电阻率 要高得多要高得多，因此具有，因此具有良好的高频特性良好的高频特性。在在弱电高频技术弱电高频技术领域，软磁铁氧体具有独特的优点，广领域，软磁铁氧体具有独特的优点，广泛地应用于有线通讯、无线通讯、广播、电视、航天技泛地应用于有线通讯、无线通讯、广播、电视、航天技术及其它电子科技中用作电感元件和变压器等。术及其它电子科技中用作电感元件和变压器等。其应用频率从其应用频率从几百赫的音频范围到千兆赫的微波频段。几百赫的音频范围到千兆赫的微波频段。软磁铁氧体材料软磁铁氧体材料软磁铁氧体材料主要包括MnZn，NiZn，MgZn等尖晶石型铁氧体以及Co2Y，Co2Z等平面六角型铁氧体 在1MHz频

37、率下，锰锌铁氧体应用极广。其磁滞损耗低，在相同高磁导率的情况下居里温度较NiZn高，起始磁导率i高，且价格低廉。在1100MHz范围内，镍锌铁氧体应用最广。因为Ni2+不易变价，电阻率高，适用于作高频软磁材料，且频带宽。由于镍的价格较高，在频率低于30MHz的情况下，可以用价格便宜的镁锌铁氧体来代替，只是性能稍差一些。原料分析原料分析配配 料料一次球磨一次球磨烘烘 干干预预 烧烧二次球磨二次球磨加粘结剂加粘结剂制制 粒粒压压 型型烧烧 结结检检 验验软磁铁氧体制备的工艺流程 非晶及纳米晶软磁材料非晶及纳米晶软磁材料晶态晶态DE1AEnCE2B晶态与非晶的原子排布晶态与非晶的能垒模型非晶态材料的

38、特征非晶态材料的特征作为磁性材料，磁导率高，矫顽力低。原子排布为长程无序、短程有序；不存在位错及晶粒边界；加热具有结晶化倾向；电阻率比晶态材料高；机械强度较高且硬度较高；电阻率高，涡流损耗小。所以，非晶态材料拥有优良的综合软磁性能典型的非晶态磁性材料典型的非晶态磁性材料其中T为Fe，Co；R为Gd，Tb，Dy，Nd等。例如，GdTbFe，TbFeCo等（磁光记录材料）。3d过渡金属（T）非金属系其中T为Fe，Co，Ni等；非金属为B，C，Si，P等。例如Co-Fe-B-Si非晶薄带（音频磁头等），Fe-Si（磁芯材料），Fe78Si10B12（高磁致伸缩材料）。3d过渡金属（T）金属系其中T为

39、Fe，Co，Ni等；金属为Ti，Zr，Nb，Ta等。例如，Co-Nb-Zr系溅射薄膜，Co-Ta-Zr系溅射薄膜（VTR磁头，薄膜磁头）。过渡金属（T）稀土类金属（R）系非晶态材料的制备方法气相沉积法 利用高沉积速率、低基板温度的气相沉积，通过直接由气体凝结成固体的非平衡急冷过程，制备非晶态薄膜。液相急冷法 通过轧制急冷、甩带急冷、离心急冷及激光照射后冷却等非平衡超急冷过程，从液态制取非晶态。高能粒子注入法 通过射线、离子束等照射，在晶体中导入大量缺陷，或者在气相沉积过程中同时用离子束照射导入缺陷，制取非晶态材料。旋转急冷辊非晶薄带熔融合金非晶薄带熔融合金制备非晶材料的液相急冷法 非晶软磁材料

40、的应用非晶软磁材料的应用 铁基非晶带的损耗仅为硅钢的1/3，在电力工业中应用可以显著地降低损耗，但由于成本较高，目前尚难以大量取代传统的材料现在在下列方面获得应用：高功率脉冲变压器高功率脉冲变压器防盗标签防盗标签开关电源开关电源纳米晶软磁材料纳米晶软磁材料1988年，Yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金（Finemet）。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感应强度和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗，并且是成本低廉的铁基材料。铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展。目前已经开发或正在开发研究的系统有Fe-Cu-M-Si-B（M为Nb，Ta，Mo

41、，W，Zr，Hf等）、Fe-M-C和Fe-M-V（M为Ta等耐热金属）系等纳米晶软磁材料。纳米晶与铁氧体、非晶性能对比纳米晶与铁氧体、非晶性能对比FinemetFT-1KMMnZn铁氧体Co基非晶Fe基非晶10kHz500005300900004500100kHz1600030%5300180004500饱和磁通密度BST1.350.440.531.56矫顽力HCA/m1.38.00.325.0矩磁比（Br/BS）0.600.230.500.65磁芯损耗PCkW/m335012003002200居里温度TC570150180415饱和磁致伸缩常数S10-6+2.30+27电阻率m1.110-6

42、0.201.310-61.410-6密度dSMg/m37.44.857.77.18各类软磁材料性能比较（f=1kHz)晶粒尺寸与矫顽力的关系晶粒尺寸与矫顽力的关系FeFe73.573.5CuCu1 1NbNb3 3Si Si13.513.5B B9 9非晶合金晶化过程示意图非晶合金晶化过程示意图 衡量永磁体性能的重要指标衡量永磁体性能的重要指标提高永磁体性能的途径提高永磁体性能的途径金属永磁材料金属永磁材料铁氧体永磁材料铁氧体永磁材料稀土永磁材料稀土永磁材料永磁材料衡量永磁体性能的重要指标衡量永磁体性能的重要指标对永磁体的基本要求是：一旦被磁化，其磁化将难以失去。对永磁体的基本要求是：一旦被磁

43、化，其磁化将难以失去。永磁体通常被作为静磁能源来使用，其储能为：永磁体通常被作为静磁能源来使用，其储能为：12UBHdV 永磁体B H越大，储能越大，储能U越大，越大，B H最大值用（最大值用（BH）max表示表示由于退磁场的作用，永磁体的工作点移到退磁曲线上，因由于退磁场的作用，永磁体的工作点移到退磁曲线上，因此永磁体性能的好坏可以用退磁曲线上的物理量来表示：此永磁体性能的好坏可以用退磁曲线上的物理量来表示：Br，HC，（，（BH）max最大磁能积（最大磁能积（BH）max根据可以（BH）max确定永磁体的最佳形状。BB 0BH 0H 0(BH)max提高永磁体性能的基本途径提高永磁体性能的

44、基本途径为了提高磁能积，必须想办法提高为了提高磁能积，必须想办法提高剩磁剩磁Br和矫顽力和矫顽力HC如何提高材料的剩磁如何提高材料的剩磁Br？定向结晶定向结晶塑性变形塑性变形 磁场成型磁场成型磁场处理磁场处理 使晶粒长大方向和易磁化轴方向一致使晶粒长大方向和易磁化轴方向一致形成择优取向和织构形成择优取向和织构使易磁化轴沿磁场取向使易磁化轴沿磁场取向热处理过程中析出的磁性颗粒沿磁场取向热处理过程中析出的磁性颗粒沿磁场取向如何提高材料的矫顽力如何提高材料的矫顽力HC材料的矫顽力主要是由畴壁的不可逆移动和磁畴材料的矫顽力主要是由畴壁的不可逆移动和磁畴的不可逆转动形成的。分别考虑：的不可逆转动形成的。

45、分别考虑：磁畴转动磁畴转动考虑单畴。矫顽力受到磁晶各向异性、形状各向异性和应考虑单畴。矫顽力受到磁晶各向异性、形状各向异性和应力各向异性力各向异性 的影响：的影响：()100SCSSSKHab NNMcMM+对于对于MS大的材料，最好通过形状各向异性来大的材料，最好通过形状各向异性来提高矫顽力，细长比越大越好，以增大提高矫顽力，细长比越大越好，以增大()NN对于具有高对于具有高K1和和 S的材料，应该利用磁晶各向异的材料，应该利用磁晶各向异性和应力各向异性来提高矫顽力性和应力各向异性来提高矫顽力畴壁的不可逆位移畴壁的不可逆位移钉扎点钉扎点磁畴壁磁畴壁初始消磁状态初始消磁状态畴壁被钉扎状态畴壁被

46、钉扎状态畴壁从钉扎点撕脱出畴壁从钉扎点撕脱出设法在材料中出现有效的钉扎点，形成晶格缺陷，设法在材料中出现有效的钉扎点，形成晶格缺陷，是提高材料矫顽力的有效措施。是提高材料矫顽力的有效措施。金属永磁材料金属永磁材料铝镍钴磁钢铝镍钴磁钢 当今金属永磁材料主要有两类：一类是当今金属永磁材料主要有两类：一类是AlNiCo系系（铝镍钴磁钢），另一类是（铝镍钴磁钢），另一类是Fe-Cr-Co系。系。铝镍钴磁钢是金属永磁材料中最主要、应用最广泛的一类，铝镍钴磁钢是金属永磁材料中最主要、应用最广泛的一类，主要成分为主要成分为Fe、Ni和和Al，再加入，再加入Co、Cu或或Mo、Ti等元素等元素()FeNiAl

47、铁磁性相铁磁性相 1（Fe或或FeCo）在非磁性相）在非磁性相 2中，以单磁畴微粒子中，以单磁畴微粒子的形式析出，产生形状各向异性型的形式析出，产生形状各向异性型高矫顽力高矫顽力 磁性相由磁性相由Spinodal分解分解过程产生：过程产生：但硬度高，但硬度高，难加工难加工，多以铸造磁钢形式出现，多以铸造磁钢形式出现()()12FeFeCoNiAl+或铝镍钴磁体的制备铝镍钴磁体的制备熔炼、铸锭熔炼、铸锭固溶化处理固溶化处理磁场中冷却处理磁场中冷却处理时效处理时效处理最后加工处理最后加工处理检查检查高频感应熔化高频感应熔化柱状晶铸锭柱状晶铸锭均质化处理，均质化处理，10001300，几十分钟几十分

48、钟0.1T以上以上600，10h，增大，增大 1、2间的浓度差间的浓度差Fe-Cr-Co系永磁合金系永磁合金Fe-Cr-Co系永磁合金是七十年代发展起来的，主要成系永磁合金是七十年代发展起来的，主要成分为分为Fe、Cr和和Co，通过改变组分含量、特别是，通过改变组分含量、特别是Co含量含量或添加其它元素如或添加其它元素如Ti等，可改善其永磁性能等，可改善其永磁性能 同铝镍钴合金相似，同铝镍钴合金相似，Fe-Cr-Co合金在高温区形成单一的合金在高温区形成单一的相，相，然后，通过然后，通过Spinodal分解形成分解形成1和和2相，随后的回火过程，相，随后的回火过程，加大两相成分差，从而获得高磁

49、性能加大两相成分差，从而获得高磁性能 其永磁性能类似于中等性能的其永磁性能类似于中等性能的AlNiCo永磁合金，但它可永磁合金，但它可以进行锻造，轧制，拉拔，冲压等变形加工，还可以进以进行锻造，轧制，拉拔，冲压等变形加工，还可以进行车削，钻孔，套扣等机械加工，从而制成管材、片材行车削，钻孔，套扣等机械加工，从而制成管材、片材或线材等供特殊应用，这是铸造铝镍钴、永磁铁氧体和或线材等供特殊应用，这是铸造铝镍钴、永磁铁氧体和稀土永磁合金所不可比拟的。稀土永磁合金所不可比拟的。铁氧体永磁铁氧体永磁永磁铁氧体是由铁的氧化物和锶（或钡等）化合物按一定比例永磁铁氧体是由铁的氧化物和锶（或钡等）化合物按一定比

50、例混合，经预烧、破碎、制粉、压制成型、烧结和磨加工而成混合，经预烧、破碎、制粉、压制成型、烧结和磨加工而成 其电阻率远高于金属磁性材料，其电阻率远高于金属磁性材料，特别适宜在高频和微波特别适宜在高频和微波波段应用波段应用 当前应用的永磁铁氧体主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体，当前应用的永磁铁氧体主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体，其化学式为其化学式为MO xFe2O3，其中，其中MBa，Sr，Ca或或Pb等，有等，有时又简称为时又简称为M型铁氧体。型铁氧体。永磁铁氧体的磁性能较低，但由于原材料丰富、平均售价永磁铁氧体的磁性能较低，但由于原材料丰富、平均售价和性价比和性价比 高，抗退磁性优良，工艺简单

51、成熟，不存在氧高，抗退磁性优良，工艺简单成熟，不存在氧化问题，所以是应用最广、需求量最大的磁性材料。化问题，所以是应用最广、需求量最大的磁性材料。永磁铁氧体的制备工艺永磁铁氧体的制备工艺造造粒粒BaCO3或或(SrCO3)+Fe2O3烧烧成成粗粗破破碎碎细细粉粉碎碎干干燥燥压压缩缩成成型型造造粒粒压压缩缩成成型型烧烧成成加加工工、检检查查各各向向异异性性各各向向同同性性外外磁磁场场永磁铁氧体的应用永磁铁氧体的应用其余其余（磁辊等）（磁辊等）10 电机电机（小型电动机等）（小型电动机等）50电声电声（扬声器等）（扬声器等）20测量与控制器件测量与控制器件（磁控管等）（磁控管等）20随着国内外汽车

52、、家用电器、电动工具、仪器仪表等随着国内外汽车、家用电器、电动工具、仪器仪表等工业的快速发展，永磁铁氧体的用量还将持续增加工业的快速发展，永磁铁氧体的用量还将持续增加 永磁铁氧体的应用领域和用量大致为：永磁铁氧体的应用领域和用量大致为：磁控管磁控管电机电机磁选机（磁辊）磁选机（磁辊）稀土永磁材料稀土永磁材料稀土系永磁材料是稀土元素稀土系永磁材料是稀土元素R（Sm，Nd，Pr等）与过渡金等）与过渡金属属TM（Co，Fe等）所形成的一类高性能永磁材料。等）所形成的一类高性能永磁材料。在元素周期表里，稀土元素是在元素周期表里，稀土元素是15个镧系元素的总称，它们个镧系元素的总称，它们依次是镧（依次是

53、镧（La）、铈（）、铈（Ce）、镨（）、镨（Pr）、钕（）、钕（Nd）、钷）、钷（Pm）、钐（）、钐（Sm）、铕（）、铕（Eu）、钆（）、钆（Gd）、铽（）、铽（Tb）、）、镝（镝（Dy）、钬（）、钬（Ho）、铒（）、铒（Er）、铥（）、铥（Tm）、镱（）、镱（Yb）和镥（和镥（Lu）。）。其中，排列次序位于钆之前的其中，排列次序位于钆之前的7个元素称为个元素称为轻稀土元素轻稀土元素，其，其它则称为它则称为重稀土元素重稀土元素。元 素 周 期 表Periodic Table of ElementsIAIIAIIIBIIIAIVAVAVIAVIIAOIVBVBIBVIBVIIBIIBVIII氢氢

54、氪氪氙氙氡氡氟氟氯氯氦氦氖氖氩氩锂锂钠钠钾钾铷铷铯铯钫钫铍铍镁镁钙钙锶锶钡钡镭镭钪钪钇钇钛钛锆锆铪铪钒钒铌铌钽钽铬铬钼钼钨钨锰锰锝锝铼铼铁铁钌钌锇锇铱铱铂铂金金钴钴镍镍铜铜锌锌铑铑钯钯银银镉镉锗锗锡锡铅铅镓镓铟铟铊铊铝铝钋钋锑锑铋铋汞汞溴溴砷砷硒硒碲碲碘碘砹砹硼硼碳碳硅硅氮氮磷磷氧氧硫硫镨镨铈铈镧镧钐钐钷钷钕钕铽铽钆钆铕铕镝镝镤镤钍钍锕锕钚钚镎镎铀铀锫锫锔锔镅镅锎锎镄镄锿锿镥镥铹铹锘锘铒铒钬钬镱镱铥铥钔钔LaLaAcAcLiHBeNa MgKCaRbSrCsBaFrRaScYTiZrHfVNbTaCrMoWMnTcReFeRuOsCoNiCuZnGaRhIrPdPtAgAuCdHgInTlGe

55、SnPbAsSbBiSeTeIPoBrAtKrXeRnBAlCSiNPOSFClHeNeArPrCeLaSmPmNdTbGdEuErHoDyLuYbTmPaThAcPuNpUBkCmAmFmEsCfLrNoMd314111219203738555687882139224072234173244274254375264476272829303145774678477948804981325082335183345253843585365486513614715816917210185958576261606564636867667170699190899493929796951009998103

56、102101稀土永磁分类稀土永磁分类第三代稀土磁体第三代稀土磁体(BH)max 160kJ/m3(BH)max 200240kJ/m3(BH)max 240460kJ/m3第二代稀土磁体第二代稀土磁体 第一代稀土磁体第一代稀土磁体 稀土系永磁材料稀土系永磁材料Co基基稀稀土土永永磁磁Fe基基稀稀土土永永磁磁2:17型型Sm2TM17磁体磁体1:5型型SmCo5磁体磁体R2Fe14B型型Nd-Fe-B磁体磁体 永磁材料的进化永磁材料的进化磁性能的提高有利于器件的磁性能的提高有利于器件的“轻、薄、短、小轻、薄、短、小”化化产生相同磁场的不同磁体的体积比较产生相同磁场的不同磁体的体积比较1.C钢，钢

57、，2.W钢，钢，3.Co钢，钢，4.MK钢，钢，5.Ticonal 系列磁体，系列磁体，6.SmCo5，7.(SmPr)Co5，8.Sm2Co17，9.Nd-Fe-B。1:5型型SmCo5永磁体永磁体 RCo5合金具有合金具有六角六角结构。它由两种不同的原子层所组结构。它由两种不同的原子层所组成，一层是呈六角形排列的钴原子，另一层由稀土原子成，一层是呈六角形排列的钴原子，另一层由稀土原子和钴原子以和钴原子以1:2的比例排列而成。晶格常数的比例排列而成。晶格常数a5.004，c3.971。c轴是易磁化轴轴是易磁化轴。SmCo5磁性能磁性能SmCo5化合物具有化合物具有很高的磁晶各向异性常数很高的

58、磁晶各向异性常数，K11519103kJ/m3，它的，它的MS0.89A/m，其理论磁能，其理论磁能积达积达244.9kJ/m3。做成磁体以后，做成磁体以后，SmCo5永磁体的最高磁性能已达到永磁体的最高磁性能已达到Br1.07T；bHC851.7kA/m；(BH)max227.6kJ/m3。SmCo5的的居里温度为居里温度为740 C，它可在，它可在50 C150 C的温度范围内工作，是一种较为理想的永磁体，已在的温度范围内工作，是一种较为理想的永磁体，已在现代科学技术与工业中得到广泛的应用。现代科学技术与工业中得到广泛的应用。缺点是含有较多的战略金属钴和储藏较少的稀土金属缺点是含有较多的战

59、略金属钴和储藏较少的稀土金属Sm。原材料价格昂贵原材料价格昂贵，其发展前景受到资源和价格，其发展前景受到资源和价格的限制。的限制。2:17型型Sm2TM17永磁体永磁体 R2Co17合金在高温下是稳定的合金在高温下是稳定的Th2Ni17型六角结构型六角结构，在低温，在低温下为下为Th2Zn17型的型的菱方结构菱方结构，这是在三个，这是在三个RCo5型晶胞基础上型晶胞基础上用两个钴原子去取代一个稀土原子，并在基面上经滑移而成用两个钴原子去取代一个稀土原子，并在基面上经滑移而成的。室温下结构的晶格常数为的。室温下结构的晶格常数为a8.395，c12.216。Sm2Co17磁性能Sm2Co17具有具

60、有高的内禀饱和磁化强度高的内禀饱和磁化强度 0MS1.2T，而且是，而且是易易c轴轴的，的，居里温度居里温度TC也很高，也很高，TC926 C，所以是很理想的永磁材，所以是很理想的永磁材料。料。用用Fe部分取代部分取代Sm2Co17化合物中的化合物中的Co，所形成，所形成Sm2(Co0.3Fe0.7)17合金的合金的 0MS可高达可高达1.63T，其理论最大磁能积可高到，其理论最大磁能积可高到525.4kJ/m3。虽然虽然Sm2Co17二元化合物是易二元化合物是易c轴的，但它的轴的，但它的矫顽力还是偏低矫顽力还是偏低。通过掺入其他元素的方法可以得到高性能的永磁材料，得到通过掺入其他元素的方法可

61、以得到高性能的永磁材料，得到广泛应用的是广泛应用的是Sm-Co-Cu-Fe-M系系2:17型永磁体型永磁体，即第二代，即第二代稀土永磁。稀土永磁。Nd-Fe-B磁体的相结构各类各类Nd-Fe-B磁体的主要成磁体的主要成分都是硬磁性的分都是硬磁性的Nd2Fe14B相相 以以Nd15Fe77B8烧结磁体为例：烧结磁体为例：Nd2Fe14B（称为（称为T1的铁磁性的铁磁性相）为相）为主相主相，非磁性非磁性Nd1.1Fe4B4相（称为相（称为T2相）及相）及富富Nd相相围在主相的晶粒边界围在主相的晶粒边界 Nd2Fe14B相结构Nd2Fe14B相属于四角晶体，相属于四角晶体，空间群空间群P42/mnm

62、，晶格常数，晶格常数a=0.882nm，c=1.224nm，具，具有单轴各向异性有单轴各向异性 8j2晶位上的晶位上的Fe原子处于其它原子处于其它Fe原子组成的六棱锥的顶点，其原子组成的六棱锥的顶点，其最近邻最近邻Fe原子数最多，对磁性原子数最多，对磁性有很大影响有很大影响 Nd2Fe14B相的内禀磁特性：相的内禀磁特性：Nd2Fe14B相结构决定了其内禀磁特性相结构决定了其内禀磁特性：居里温度居里温度TC 585K；室温各向异性常数室温各向异性常数K1=4.2MJ/m3，K2=0.7MJ/m3，各向异性场各向异性场 0Ha=6.7T；室温饱和磁极化强度室温饱和磁极化强度JS=1.61T。Nd

63、2Fe14B硬磁性晶粒的基本磁畴结构参数为：硬磁性晶粒的基本磁畴结构参数为：畴壁能量密度畴壁能量密度3.510-2J/m2，畴壁厚度，畴壁厚度 B 5nm，单畴粒子临界尺寸为，单畴粒子临界尺寸为d 0.3 mNd-Fe-B磁体的磁性能磁体的磁性能Nd-Fe-B磁体除了磁体除了Nd2Fe14B硬磁性、富硬磁性、富Nd相和富相和富B相相外，外，还有一些还有一些Nd氧化物氧化物和和-Fe、FeB、FeNd等等软磁性相软磁性相。Nd-Fe-B磁体的磁性主要是由硬磁性相磁体的磁性主要是由硬磁性相Nd2Fe14B决定。决定。弱磁性相及非磁性相隔离或减弱主相磁性耦合的作用，弱磁性相及非磁性相隔离或减弱主相磁

64、性耦合的作用，提高了磁体的矫顽力，但降低了饱和磁化强度和剩磁。提高了磁体的矫顽力，但降低了饱和磁化强度和剩磁。同时，由同时，由配方和制备工艺配方和制备工艺也影响永磁体的宏观磁性能：也影响永磁体的宏观磁性能：内禀内禀矫顽力矫顽力 0iHC约为约为1.22.5T；剩余磁化强度剩余磁化强度Br从从0.8T（各向同性粘结磁体）到（各向同性粘结磁体）到1.21.5T（取向烧结磁体）；（取向烧结磁体）；最大磁能积最大磁能积(BH)max的工业生产水平分别为的工业生产水平分别为80160kJ/m3（粘结磁体）及（粘结磁体）及240320kJ/m3（烧结磁体），实验室水（烧结磁体），实验室水平已达到平已达到4

65、10460kJ/m3，约为理论值的，约为理论值的80%改善磁体性能的方法改善磁体性能的方法凡是影响凡是影响Nd-Fe-B中各晶粒之间的相互作用以及中各晶粒之间的相互作用以及Nd2Fe14B晶粒晶粒中中R和和TM两种亚晶格之间的相互作用的因素都会对两种亚晶格之间的相互作用的因素都会对Nd-Fe-B磁体的性能产生影响：磁体的性能产生影响：添加元素；添加元素；改善磁粉和晶粒度；改善磁粉和晶粒度；提高定向度；提高定向度；控制含氧量；控制含氧量；添加元素添加元素（1）置换元素）置换元素其主要作用是改善主相的内禀特性，又包括两种：其主要作用是改善主相的内禀特性，又包括两种：过渡族元素过渡族元素Co置换主相

66、中的置换主相中的Fe；重稀土元素重稀土元素Dy和和Tb置换主相中的置换主相中的Nd。（2）掺杂元素）掺杂元素其主要作用是调整磁体内部的微观结构，也包括两种：其主要作用是调整磁体内部的微观结构，也包括两种：晶界改进元素晶界改进元素M1(Cu，Al，Ga，Sn，Ge，Zn)；难溶元素难溶元素M2(Nb，Mo，V，W，Cr，Zr，Ti)。改善磁粉和晶粒度改善磁粉和晶粒度o一般说来，用一般说来，用气流磨气流磨可获得粒度分布较窄的磁粉，其中以可获得粒度分布较窄的磁粉，其中以3 m的磁粉占多数，这种粒径是公认的最佳磁粉粒径。用这种磁粉制的磁粉占多数，这种粒径是公认的最佳磁粉粒径。用这种磁粉制作的作的烧结磁体的平均晶粒直径烧结磁体的平均晶粒直径细化为约细化为约6 m，粒度分布也较窄，粒度分布也较窄，位于位于最佳粒径（最佳粒径（310 m）范围内。而采用平均粒径同为范围内。而采用平均粒径同为3 m的，但粒度分布较宽的球磨磁粉制作的的烧结磁体，平均晶粒直的，但粒度分布较宽的球磨磁粉制作的的烧结磁体，平均晶粒直径为径为12 m，粒度分布也宽（，粒度分布也宽（518 m）。用这两种粒度分布）。用这两种粒度分