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1、磁性材料磁学解释名词：关于铉铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种：剩磁Br单位为 特斯拉T和高斯Gs IT：剩磁将一个磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤；磁感 矫顽力Hcb单位是奥斯特Oe或安/米：磁体在反向充磁时,使磁感应强度降为零所需反 向磁场：内禀矫顽力Hcj单位为奥斯特Oe或安/米：使磁体的磁化强度降为零所需施加 的反向磁场强度,剩磁Br单位为特斯拉T和高斯Gs 1T=1OOOOGs剩磁将一个磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤消外磁场,此时磁体表现的磁感 应强度我们称之为剩磁.它表示磁体所能提供的最大的磁通值.从退磁曲线上可见,它对应于 气隙为零时的情况,故在实际磁路中没有多少实

2、际的用处.铉铁硼的剩磁一般是11500高斯以 上.磁感矫顽力Hcb单位是奥斯特Oe或安/米A/m lA/m=79. 60e磁体在反向充磁时,使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力Hcbo 但此时磁体的磁化强度并不为零,只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消.对 外磁感应强度表现为零此时假设撤消外磁场,磁体仍具有一定的磁性能.蚀铁硼的矫顽力一般 是lOOOOOe以上.内禀矫顽力Hcj单位为奥斯特Oe或安/米A/m使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度,我们称之为内禀矫顽力.内禀矫顽力 是衡量磁体抗退磁水平的一个物理量,是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力.在磁体使

3、 用中,磁体矫顽力越高,温度稳定性越好.磁能积BH max 单位为兆高-奥MGOe或焦/米3 J/m3退磁曲线上任何一点的B和H的乘积既BH我们称为磁能积,而BXH的最大值称之为最大 磁能积,为退磁曲线上的D点.磁能积是恒量磁体所储存能最大小的重要参数之一.在磁体使 用时对应于一定能量的磁体,要求磁体的体积尽可能小.各向同性磁体：任何方向磁性能都相同的磁体.各向同性磁体可以任意方向多极充磁.粘 结铉铁硼是各向同性磁体.各向异性磁体：不同方向上磁性能会有不同：且存在一个方向,在该方向取向时所得磁 性能最高的磁体.烧结钗铁硼永磁体是各向异性磁体.烧结钗铁硼只能平面轴向多极充磁,粘结被铁硼可以 任意

4、方向多极充磁.在回转体物体中存在两种方向：轴向和径向.轴向移动就是沿着回转体长度方向的运动 轴向位移、轴向串动.径向位移是指物体向半径方向的位移.取向方向：各向异性的磁体能获得最正确磁性能的方向称为磁体的取向方向.也称作取向 轴,易磁化轴磁滞回线：铁磁材料在经过充磁、退磁、反向充磁、再退磁周期性变 化时,所获得的关于磁感应强度横坐标相对于磁场强度纵坐标变化的闭合曲线.退磁曲线即B-H曲线：磁滞回线中,位于第二象限中的局部我们称之为退磁曲线.也 即我们所说的B-H的曲线.如下列图：退磁曲线的膝点：磁体退磁曲线上发生突变、明显 发生弯曲的点.室温时退磁曲线呈直线的磁体,在温度升高到一定程度时都会出

5、现膝点.如果 磁体的工作点在膝点以下,磁体在动态磁路中工作时会产生不可逆损失.负载线：连接工作点和退磁曲线坐标原点的一条直线见上图.磁化强度：指材 料内部单位体积的磁矩矢量和,用M表示,单位是安/米A/m o磁感应强度：磁感应强度B的定义是：B二uOH+M,其中H和M分别是磁化强度和磁场 强度,而口0是真空导磁率.磁感应强度乂称为磁通密度,即单位面积内的磁通量.单位是特 斯拉T o CGS单位制中的单位为高斯Gauss磁通：给定面积内的总磁感应强度.当磁感应强度B均匀分布于磁体外表A时,磁通中 的一般算式为中=bxa磁通的SI单位是麦克斯韦漏磁通：磁体回路中未能通过工作气隙而被泄漏的那局部磁通

6、.磁场强度：指空间某处磁场的大小,用H表示,它的单位是安/米A/m o相对磁导率：媒介磁导率相对于真空磁导率的比值,即ur= u/uoo在CGS单位制中, Po=lo另外,空气的磁导率在实际使用中往往值取为1.磁导：磁通中与磁动势F的比值,类似于电路中的电导.是反映材料导磁水平的一个物 理量.磁导系数,Pc :即为导磁率,磁感应强度Bd与其磁化强度的比率,即Pc = Bd/Hdo 也即我们所说的负载线或磁体的工作点.导磁率可用来衡量磁性材料被磁化的容易程度,或 者说是材料对外部磁场的灵敏程度.磁导系数可用来估计各种条件下的磁通值.在磁路中,近 似有：Bd/Hd = lm/Lg,其中Im是磁体的

7、长度；Lg是相对应磁体气隙的长度.因此Pc是磁路 设计中的一个重要的物理量.居里温度：对于所有的磁性材料来说,并不是在任何温度下都具有磁性.一般地,磁性 材料具有一个临界温度Tc,在这个温度以上,由于高温下原子的剧烈热运动,原子磁矩的排 列由有序变成无序.在此温度以下,原子磁矩一致排列,产生自发磁化,材料呈铁磁性.磁路：磁通流经的回路称为磁路.永磁体和磁扼、气隙、极靴等构成闭合磁路.气隙：磁回路中磁导率为1的间隙局部,一般为空气间隙,但是也可为其它介质.磁辄：放置在磁体回路或两磁极中央、引导磁力线通过以减少磁通损失的高磁导率材料, 一般为软磁铁、纯铁或低碳钢.极靴：放置在磁极处的用来约束磁束的

8、分布及改变其流向的铁磁性材料.涡流：当磁场发生变化时,传导电流之中所产生的环形电流称之为涡流.涡流能产生反 向磁场.涡流对于转动速度或者其它大多数磁路设计都是有害的,故涡流应尽量降低到最小.磁饱和度：任何可导磁材料在一定条件下都可到达饱和的状态.铁磁材料在将其磁化时 会到达饱和.钢铁的磁饱和度为16000到20000高斯.稳定性：是衡量磁体抗退磁水平的物理量：影响磁体稳定性的因素有温度或外磁场等.可 逆温度系数：一个衡量由温度变化引起的磁性能可逆变化的物理量.永磁材料的分类磁性材料主要有二大类：第一是永磁材料也叫硬磁：材料本身就具有保存磁力的特点第二是软磁也叫电磁铁：需要外界通电才能产生磁力我

9、们平是说的磁铁,一般都是指永磁材料永磁材料也有二大分类：第一大类是:合金永磁材料包括稀土永磁材料钗铁硼Nd2Fel4B、杉钻SmC.、钛竦钻 NdNiCO第二大类是：铁氧体永磁材料Ferrite按生产【：艺不同分为：烧结铁氧体Sintered Ferrite、粘结铁氧体橡胶磁Rubber Magnet、注塑铁氧体,这三种工艺依据磁晶的取 向不同又各分为等方性和异方性磁体.这些就是目前市面上的主要永磁材料,还有一些因生产工艺原或本钱原因,不能大范围应 用而淘汰,如Cu-Ni-Fe 铜镶铁、Fe-Co-Mo 铁钻钳、Fe-Co-V 铁钻机、MnBi 镐铉、 AlMnC 钻猛碳1、稀土永磁材料钛铁硼

10、Nd2Fel4B:按生产工艺不同分为以下三种1、烧结钛铁硼Sintered NdFeB 一一烧结铉铁硼永磁体经过气流磨制粉后烧结而 成,矫顽力值很高,且拥有极高的磁性能,其最大磁能积BHmax高过铁氧体Ferrite 10倍 以上.其本身的机械性能亦相当之好,可以切割加工不同的形状和钻孔.高性能产品的最高工 作温度可达200摄氏度.由于它的物质含量容易导致锈蚀,所以根据不同要求必须对外表进行 不同的涂层处理.如镀Zn,Ni,Au, Epoxy等.非常坚硬和脆、有高抗退磁性、高本钱/性能比 例、不适用于高工作温度；2、粘结钛铁硼Bonded NdFeB 一一粘结钗铁硼是将铉铁硼粉末与树脂、塑胶或

11、低 焰点金狷等粘结剂均匀混合,然后用压缩、挤压成型等方法制成的复合型铉铁硼永磁体.产品一次成形,无需二次加匚、可直接做成各种复杂的形状.粘结钛铁硼的务个方向都有磁性,可 以加工成铉铁硼压缩模具.精密度高、磁性能极佳、耐腐蚀性好、温度稳定性好.(3) 、注塑钛铁硼一一有极高之精确度、容易制成各向异性形状复杂的薄壁环或薄磁体2. 烧结铁氧体(Sintered Ferrite)的主要原料包括BaFel2021和SrFel2021,依据磁 晶的取向不同分为等方性和异方性磁体.由于其低廉的价格和适中的磁性能而成为目前应用最 为广泛的一种磁体.铁氧体磁铁是通过陶瓷工艺法制造而成,质地也比较坚硬,也属脆性材

12、料, 由于铁氧体磁铁有很好的耐温性及价格低廉,己成为应用最为广泛的永磁体.3. 橡胶磁(Rubber Magnet)是铁氧体磁材系列中的一种,由粘结铁氧体料粉与合成橡 胶复合经挤出成型、压延成型、注射成型等工艺而制成的具有柔软性、弹性及可扭曲的磁体. 可加工成条状、卷状、片状及各种复杂形状.橡胶磁体由磁粉(SrO6Fe2O3)、聚乙烯(CPE) 和其它添加剂(EBSO、DOP)等组成,通过挤出、压延制造而成.橡胶磁材可以是同性的或异 性的,它由铁氧体磁粉、CPE和某些微量元素制成,可弯、可捻、可卷.它无需更多机械加工 即可使用,也可以按所需尺寸修整形状,橡胶磁也可以根据客户要求其PVC,背胶,

13、上UV汕等. 它的磁能积在0.60至1.50 MGOe之间.橡胶磁材的应用领域：冰箱、讯息告示架、将物件 固定于金属体以用作广告等的紧固件,用于玩具、教学仪器、开关和感应器的磁片.主要应 用于微特电机、电冰箱、消毒柜、厨柜、玩具、文具、广告等行业.4. 铝裸钻(AlNiC.)是最早开发出来的一种永磁材料,是由铝、镣、钻、铁和其它微量 金属元素构成的一种合金.根据生产工艺不同分为烧结铝镣钻(Sintered AlNiCo)和铸造铝 镣钻(Cast AlNiCo) o产品形状多为圆形和方形.铸造工艺可以加工生产成不同的尺寸和形 状：与铸造工艺相比,烧结产品局限于小的尺寸,其生产出来的毛坯尺寸公差比

14、铸造产品毛坯 要好,磁性能要略低于铸造产品,但可加工性要好.在永磁材料中,铸造铝镣钻永磁有着最低 可逆温度系数,工作温度可高达600摄氏度以上.铝铤钻永磁产品广泛应用于各种仪器仪表和 其他应用领域.5. 铛钻(SmCo)依据成份的不同分为SmlC5和Sm2C17,分别为第一代和笫二代稀土永 磁材料.由于其原材料十分稀缺,价格昂贵而使其开展受到限制.修钻(SmCo)作为第二代稀 土永磁体,不但有着较高的磁能积(14-28MG0e)和可靠的矫顽力,而且在稀土永磁系列中表 现出良好的温度特性.与钛铁硼相比,杉钻更适合工作在高温环境中.磁铁的历史：随着社会的开展,磁铁的应用也越来越广泛,从高科技产品到

15、最简单的包装磁,目前应用 最为广泛的还是被铁硼强磁和铁氧体磁铁.从永磁材料的开展历史来看,十九世纪末使用的磁钢,磁能积(BH) max缺乏IMGOe,而 目前批量生产的Nd-Fe-B永磁材料,磁能积己达50MG0e以上.这一个世纪以来,材料的剩磁 Br提升要归功于矫顽力He的提升.而矫顽力的提升,主要得益于对其本质的熟悉和高磁晶各 向异性化合物的发现,以及制备技术的进步.二十世纪初,人们主要使用碳钢、钙钢、铭钢和 钻钢作永磁材料.二十世纪三十年代末,AlNiCo永磁材料开发成功,才使永磁材料的大规模 应用成为可能.五十年代,制铁氧体的出现,既降低了永磁体本钱,又将永磁材料的应用范围 拓宽到高频

16、领域.到六十年代,稀土钻永磁的出现,那么为永磁体的应用开辟了一个新时代.1967 年,美国Dayton大学的,用粉末粘结法成功地制成SmCo5永磁体,标志着稀土永磁时代的到 来.迄今为止,稀十永磁己经历第一代SmCo5,第二代沉淀硬化型Sm2Col7,开展到第三代 Nd-Fe-B永磁材料.此外,在历史上被用作永磁材料的还有Cu-Ni-Fe、Fe-Co-Mo. Fe-Co-V、 MnBi.AlMnC合金等.这些合金由于性能不高、本钱不低,在大多数场合己很少采用.而AlNiCo. FeCrCo. PtC.等合金在一些特殊场合还得到应用.目前Ba、Sr铁氧体仍然是用量最大的永磁 材料,但其许多应用正

17、在逐渐被Nd-Fe-B类材料取代.并且,当前稀土类永磁材料的产值己大 大超过铁氧体永磁材料,稀土永磁材料的生产己开展成一大产业磁力大小排列为在磁铁体积相同的情况下：铉铁硼、异方性铁氧体、彩钻、钛锲钻、 同性铁氧体.主要应用：电机：直流电机,无刷电机,伺服电机等发电机：风力发电机等电声产品：扬声器,麦克风电子产品：磁头,传感器传动：同步传动器,磁滞传动器,涡流传动器.拉力产品：门吸,磁性挂钩,工业领域：磁选机,磁力表座,磁性工作台,永磁起重器 其他应用：玩具,冰箱贴：核 磁共振.第一章磁性材料简介第-节、磁性参数1.1、磁参数名称：恒磁：Br. He. Hcj. BHmax. Tc. Tw. D

18、. Hk. Hd. Bd.Bra %/t, HejB %/C.解样见附件 软磁：Bs.Br.He. U .L.Q.Z,1.2、磁参数来源：H:磁感应强度nC e ip b = J / BcoS9 ds= / f Bds=Bnds在闭合l“l路中,单位血积通过的磁力线强度密度Br:到余磁述应强度H：磁场强度di di diI 甲应 / Hcose 无=丁无在闭合问路中,单位长度电流产生的磁场.Heb:矫顽力一 在退磁曲线上.反向磁场H增大到某值酸感应强度B为0时.称此时的反 向磁场H-Heb为矫顽力.表示对抗外部反向磁场的水平.Hcj:内禀矫顽力在退磁的线上.当反向磁场增加到磁体内部的微观磁偶极

19、矩的矢用和等 零时,这时的反向破场H-Hcj表示对抗外部反向碰场的水平.BHmax:皴能积表示到磁Br与矫顽力Heb的综合性能.1.3、单位制及换算SIA制国际单位制CGS制礴位单位制Br高斯(Gs)HebHej奥斯特(Oe)BH(max) 兆高奥(MGOe)T或mT待或毫特A/M安培侏KJ/1I?焦尔/米 3单位换算:10Gs=TOe _ 14tt8M(K)e=K.I/nPTGs=10 4TkA_ J kAMOe 4nM(K)e=l/8 KJ/in3 0订(10 Wb/cm2 )PP第二肖、磁性材料的制作工艺2.L铁制体类：2.1.】、铁氧体水磁粉制作：原材料：SrCo3, BaC, Fc/

20、?及 CaCo3.dtt l:(Ae2()3. SiO?)等.Sr 系:SrFeBa 系:BaFe工艺流程：配料混合球磨一-侦烧结一粉碎 球磨_ 烘丁一制粉检测SrFe: Hcb较高,BH偏高.温度税定性较好.牯结磁多采用SrFe.BaFe:磁性略低于SrFe.但价格更廉价.磁记录多采用该系材料.2.1.2s铁氧体软慰的制作：原材 料：MnO. ZnO, NiQ足.3CaCQ, CuO等化合物.配 方：35%Feq,35%Mn(), l()%Ni()配方设计：需兼顾 Bs. Br, He. f. jj |J LQ.Z工艺流程：配料混合球磨(一次)一-烘干一预烧 一/碎再球磨(二次)*烘干造粒成型 烧结r Mn-Zn功率可达KW.频率达500KHz (软磁铁氧体/1 N-Zn 宽带频铁氧体类,Sr系(BH)max为2.54.5lGOe, Hcb偏高,温度稳定性较好,粘站磁多采用SrFe.Ba系(BH)max为卜2.5MGOe,破性略低于SrFe,但价格更I恒破铁氧体偏宜,磁纪录,橡胶磁、塑料破多采用该系材料.德、蚀铁氧体配方本钱34元/Kgr磁粉46元/Kg住价I磁体83