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1、第二章 稀土磁性材料Chapter 2 Rare Earth Magnetic Materials稀土永磁材料超磁致伸缩材料稀土磁致冷材料稀土磁泡和磁光材料English names of rare earth elementsLalanthanumCeCeriumPrPraseodymiumNdNeodymiumPmPromethiumSmSamariumEuEuropiumGdGadoliniumTbTerbiumDyDysprosiumHoHolmiumErErbiumTmThuliumYbYtterbiumLulutetiumScScandiumYyttrium2.1 磁学基础具有强磁

2、性的材料称为磁性材料。磁性材料具有能量转换，存储或改变能量状态的功能，是重要的功能材料。 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。磁性材料的分类 按化学组成分类金属磁性材料、非金属(铁氧体)磁性材料 按磁化率大小分类顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性磁化率的概念任何材料在外加磁场H的作用下都会产生一定的磁化强度M与其相应。 铁磁性物质 具有极高的磁化率，磁化易达到饱和的物质。如Fe，Co， Ni， Gd等金属及其合金称为铁磁性物质。 磁矩的排列与磁性的关系 铁磁性m= 10-2 106磁场 亚铁磁性物质磁矩的排列与磁性的关

3、系 亚铁磁性m= 10-2 106磁场 如铁氧体(M2+Fe23+O4)等，是一些复杂的金属化合物，比铁磁体更常见。它们相邻原子的磁矩反向平行，但彼此的强度不相等，具有高磁化率和居里温度。 顺磁性物质 存在未成对电子 永久磁矩。La，Pr，MnAl，FeSO47H2O， Gd2O3 ；在居里温度以上的铁磁性金属Fe, Co, Ni等。 居里温度 由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度(Tc)。顺磁性m=10-6 10-5磁场 磁矩的排列与磁性的关系 抗磁性物质 不存在未成对电子 没有永久磁矩。惰性气体，不含过渡元素的离子晶体，共价化合物和所有的有机化合物，某些金属和非金属。磁矩的

4、排列与磁性的关系 反磁性m= -10-5 -10-6磁场 反铁磁性物质 FeO，FeF3，NiF3，NiO，MnO，各种锰盐以及部分铁氧体ZnFe2O4等，它们相邻原子的磁矩反向平行，而且彼此的强度相等，没有磁性。反铁磁性m= 10-2 10-5磁场 磁矩的排列与磁性的关系 按功能分类软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、压磁材料、 泡磁材料、磁光材料、磁记录材料 2.2 稀土永磁材料一、永磁材料的技术磁参量非结构敏感参数：主要由材料的化学成分和晶体结构来决定，也称为内禀磁参量。 饱和磁化强度Ms ，居里温度Tc结构敏感参数：强烈地依赖材料的结构和微观结构，例如晶粒尺寸，晶粒取向

5、，晶体缺陷，掺杂物机械加工及热处理条件等有关。 剩磁Mr、矫顽力Hc、磁能积（BH）max1.饱和磁化强度Ms Saturation Magnetization定义：在给定的温度下，给定的材料能达到的磁化强度最大值。永磁材料的Ms越高越好，它标志着材料的最大磁能积和剩磁可能达到的上限值最高。单位名称为安每米，单位符号为A/m2.居里温度Tc铁磁性或亚铁磁性转变成顺磁性时对应的临界温度。Tc越高，永磁材料的使用温度越高，温度稳定性好。3.磁能积（BH）max Magnetic Energy Product 磁铁在空气隙中产生的磁场强度除了与磁铁体积、气隙体积有关外，主要决定于磁铁内部的磁感应强度

6、B和磁铁的退磁场H的乘积。因此BH代表永磁体的能量，称为磁能积。(BH)m称为最大磁能积。磁畴结构在外磁场的作用下，从磁中性状态到饱和状态的过程，称为磁化过程。磁畴结构在外磁场的作用下，从饱和状态返回到退磁状态的过程，称为反磁化过程。4.剩磁Br Remanence 永磁体经磁化至技术饱和，并去掉外磁场后，所保留的磁性，Mr称为剩余磁化强度，Br称为剩余磁感应强度。多晶体： Vi代表第i个晶粒的体积；i代表第i个晶粒的Ms方向与外磁场的夹角；V为样品的总体积。 单晶体： 5.矫顽力 Coercive Force铁磁体磁化到饱和以后，使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向磁场成为矫顽力。

7、用Hc表示。 Hci表示内禀矫顽力 Hcb表示磁感矫顽力矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量。在磁体使用中，Hc越高，表示温度稳定性越好。6.各向异性场HA Anisotropy field沿难磁化轴磁化到饱和所需要的磁化场称为各向异性场HA。物质中相对于一给定参照系的各不同方向上，物质具有不同的磁特性的现象。人们习惯按矫顽力Hc的高低，对磁性材料进行分类： 0.08A/m Hc80A/m 软磁材料 80A/m Hc 4000A/m 硬磁材料 硬磁材料经充磁至饱和，去掉外磁场后，仍能保留其磁性，所以又称为永磁材料或恒磁材料。硬磁材料和软磁材料的主要区别是硬磁材料的各向异性场（HA）高、矫顽力

8、（Hc）高，技术磁化到饱和需要的磁场大。选择永磁合金基本特性主要考虑因素1. 高的饱和磁化强度Ms (最大磁能积)2. 高的居里温度Tc 影响合金的使用温度3.大的磁各向异性 HA合金的磁硬化机制有利于得到高内禀矫顽力 三者缺一不可，否则不会成为实用永磁合金。铁磁体磁化到技术饱和以后，使它的磁化强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力。 磁滞回线B剩磁Hc矫顽力在较弱的磁场下易于磁化，也易于退磁的材料称为软磁材料。 磁导率大，矫顽力小(Hc100A/m)，滞损耗低，磁滞回线呈细长条形。 软磁材料磁滞回线 软磁材料主要软磁材料材料Mn-Zn、Li-Zn铁氧体、Ni-Zn、NiCuZn 铁氧体、MnFe2O4 、 NiFe2O4软磁材料应用 软磁材料适用于交变磁场，可用来制造各种发电机和电动机的定子和转子；变压器，电感器，电抗器，继电器和镇流器的铁芯；计算机磁芯；磁记录的磁头与介质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯。 磁化后不易退磁，而能长期保留磁性的铁氧体材料称为硬磁材