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永磁材料技术磁参量

永磁材料的技术磁参量可分为非结构敏感参量（即内禀磁参量）如饱和磁化强度M_s、居里温度T_c等，和结构敏感参量如剩磁  M_r或B_r、H_cb、(BH)_m等。前者主要有材料的化学成分和晶体结构来决定；后者除了与内禀参量有关外，还与晶粒尺寸、晶粒取向、晶体缺陷、参杂物等因素有关。

 3.1饱和磁化强度Ｍ_s

 饱和磁化强度M_s是用此材料极为重要的磁参量。用此材料均要求M_s强度越高越好。饱和磁化强度决定于组成材料的磁性原子数、原子磁矩和温度。

 3.2居里温度T_c

 强铁磁体有铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称此为居里温度或居里点T_c。T_c是磁性材料的重要参数，T_c高的材料的工作温度可提高，也有利于提高磁性材料的温度稳定性。

 3.3各向异性场H_A

对于单晶体，热退磁状态下的原子磁矩均沿易磁化方向排列。对于立方晶体，则可能沿多个方向分布，也就会出现易磁化方向和难磁化方向，沿难磁化轴时铁磁体磁化到饱和所需要的磁化场称为各向异性H_A场。H_A是用此材料的重要参量，是内禀磁特性，是娇顽力的极限值。

 3.4剩磁B_r

 铁磁体磁化到饱和并去掉磁场后，在磁化方向保留的M_r或B_r简称为剩磁。M_r称为剩余磁化强度，B_r称为剩余磁感应强度。M_r是由Ｍ_s到M_r的反磁化过程来决定的。

　　剩磁是组织敏感参量，它对晶体取向和畴结构十分敏感。为了获得高剩磁，首先应该选用高Ｍ_s的材料，并常采取获得晶体结构和磁结构的办法来提高剩磁。

3.5矫顽力H_c

 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娇顽力，分别记作H_ci和H_cb，前者又称为内禀娇顽力，后者称为感应娇顽力。娇顽力与体磁体由M_r到M=0的反磁化过程的难易度有关。由此可知，娇顽力越大的磁体，其反磁化能力越强，也就意味着它更稳定。

 3.6磁能积(BH) _m

 永磁材料用作磁场源或磁力源，主要是利用它在空气隙中产生的磁场。磁能积(BH) _m主要取决于磁铁内部的Bm、Hm的乘积，同时它与Ms还有加工工艺有密切联系。磁能积越强，在空气隙中产生的磁场就会越大，最次要求永磁体的磁能积越大越好。

 3.7永磁体的稳定性

 永磁体一般用作磁场源，在一定气隙内提供恒定的磁场。对于精密仪器仪表和磁性器件，要求在工作环境下，在外界条件变化时，仍能提供稳定的磁场，如果磁场不稳定，就要影响仪器仪表的精度和可靠性。

 永磁体的稳定性，一般用其磁参量的变化量来描述。引起此性能变化的外界条件有温度、时间、电磁场、机械运动（震动与冲击）、射线、化学作用等。相应的有温度稳定性、时间稳定性、电磁场稳定性、震动与冲击稳定性、射线稳定性、化学稳定性等。

永磁体在不同工作条件下，对稳定性的要求也不同。比如在航天技术上使用，即要求震动与冲击稳定性，还要求射线稳定性、温度稳定性、时间稳定性。

Nd－Fe－B烧结磁体的矫力（bHc）与哪些因素有关？

    我们已经知道，Nd－Fe－B烧结磁体的矫顽力bHc的大小既不可能大于剩磁Br的绝对值，也不可能大于内禀矫顽力jHc，所以对于内禀矫顽力jHc较高的磁体，bHc主要取决于剩磁Br；而对于内禀矫顽力jHc较低的磁体，bHc主要取决于jHc。由于Nd－Fe－B烧结磁体的内禀矫顽力jHc的温度系数较大，随温度的升高，jHc降低的很快，因此通常在高温下使用的磁体需要有较高的内禀矫顽力jHc才行。

46、Nd－Fe－B烧结磁体的退磁曲线方形度（μrec,Hk/Hc）与哪些因素有关？

我们在13Q中曾经谈到，磁体的宏观磁极化强度J是磁体内部磁畴磁极化强度的矢量和，一切宏观磁行为都与磁体的磁畴结构有关。理论与实践均表明：在Nd－Fe－B烧结磁体退磁过程中，磁极化强度J的变化完全取决于磁体内部形成反向磁畴的情况。若在退磁过程中各个主相晶体内部的反向磁畴不是同时形成、反向磁畴又容易生成的话，J退磁曲线的方形度Hk/jHc就会很差。从磁体的显微结构来看，磁体的主相晶粒越细小，尺寸分布越均匀、取向度越高、晶粒与晶粒之间的弥散磁场就越小，这样每个晶粒内部形成反向磁畴的难度就越大，几率就越小，J退磁曲线方形度Hk/jHc就越好。因此，Nd－Fe－B烧结磁体的退磁曲线是一个纯组织敏感参量，它主要决定于磁体的主相取向度、晶粒度极其均匀性。

在Nd－Fe－B烧结磁体的B退磁曲线和J退磁曲线上，任意一点都应满足（1-1）式。因此，J退磁曲线的方形度Hk/jHc与B退磁曲线的方形度是相互关联的。影响J退磁曲线的方形度Hk/jHc的因素，都影响B退磁曲线的方形度μrec。

Nd－Fe－B烧结磁体的剩磁（Jr,Br），磁体积(BH)m与哪些因素有关？

永磁体的剩磁和磁能积由下式决定：

            Br＝Aƒ（1-β）DJs

           (BH)m=Br²/(4μrec)                    (2-1)

式中A为正向磁畴的体积分数，它与磁体内部的软磁性相氧含量、气孔及其分布等因素有关；ƒ为取向度，β为非磁相的体积分数，D是磁体的相对密度，Js是饱和磁极化强度，μrec为永磁体的回复导磁率。

从（2-1）式可以看出，Nd－Fe－B烧结磁体的剩磁Br是一个非显微组织敏感参量，与磁体内部的晶粒大小、富Nd相等显微组织的分布无关；而磁能积则不仅与剩磁Br有关，还与B的退磁曲线的方形度μrec有关，因而磁能积是一个显微组织敏感参量（参见19Q、21Q）。显然，要得到高磁能积的永磁体，首先必须围绕如何提高烧结磁体的取向度、主相体积分数以及磁体的致密度等环节来设计合理的合金成分和制作工艺。

44、Nd－Fe－B烧结磁体的内禀矫顽力（jHc）与哪些因素有关？

Nd－Fe－B烧结磁体的内禀矫顽力（jHc）由下式决定：

          jHc＝αH_α-bJ_s            (2-2)

式中H_α为主相的各向异性场，Js为饱和磁极化强度，该二项只与材料的成分有关；系数α取决与磁体内部的组织缺陷、富Nd的形貌和分布；系数b取决于主相晶粒的大小、形状及其分布。因此磁体的内禀矫顽力jHc是一个组织敏感参量。

1）              添加能提高主相各向异性场Hα的合金元素，如：Dy、Tb、 Pr、 Ga等。

2）              添加能改善富Nd相与主相边界润湿性的元素，减少主相晶料的边界缺陷，改善富Nd相的分布状态，如Al、Ga等。

3）              添加能减少或消除磁体中软磁相（α－Fe、富B相、Nd₂Fe₁₇相、Laves相等）的元素如Nb、V、Mo、Ti等。

此外，还可以从制作工艺方面作如下考虑：

ａ）控制制作过程中的氧含量，以提高富Nd相的流动性，减少磁体的微观缺陷；

ｂ）控制熔炼过程，以提高合金的均匀性，尤其是富Nd相的形貌、尺寸的均匀性。

ｃ）控制制粉过程，以提高粉末的及其成分的均匀性。

ｄ）控制烧结过程，控制晶粒尺寸的大小及富Nd相分布的均匀性。

ｅ）控制回火过程，以消除磁体内部的微观缺陷及有害相。

   由此可见，由于磁体的内禀矫顽力jHc是一个组织敏感参量，影响内禀矫顽力jHc的因素涉及成分及整个过 程，因此对Nd－Fe－B烧结磁体内禀矫顽力jHc的控制是一个典型的多因素、复杂的工程问题。精确控制Nd－Fe－B烧结磁体内禀矫顽力jHc的难度远远大于对剩磁Br的控制难度，所以通常的Nd－Fe－B烧结磁体制造厂家只保证磁体内禀矫顽力jHc的下限。另外，由于通常的Nd－Fe－B烧结磁体的内禀矫顽力jHc往往大于剩磁Br的绝对值，故内禀矫顽力jHc的波动对磁体的工作点影响很小，所以通常只要规定磁体内禀矫顽力jHc的下限值，即可以满足磁体的一般使用要求。

什么叫富钕相，它有何意义？

    除主相Nd₂Fe₁₄B外，Nd－Fe－B磁体中的另一重要的相就是富Nd相。富Nd相的成分和结构都非常的复杂：Nd含量可以从55％到95％以上，其晶体结构可以是fcc(面心立方)、dhcd（双六方）或非晶态。其结构和成分随磁体合金的成分、工艺而变化。例如，铸锭中的富Nd相的成分、结构和烧结态磁体是不同的；而烧结态磁体中的富Nd相的成分、结构与回火态磁体又不同。富Nd相的存在是大块Nd－Fe－B磁体具有高矫顽力的重要原因，永磁材料工作者的重要任务之一就是认识、了解和控制富Nd相。

    若磁体中只存在主相Nd₂Fe₁₄B  ， 磁体在反磁化过程中，内部畴壁很容易移动，在宏观上表现为磁体很容易被磁化或反磁化，Nd－Fe－B的矫顽力就很低；若主相Nd₂Fe₁₄B晶粒周围被非磁相的富Nd相包围，则磁体在磁化过程或反磁化过程中，磁体内部的畴壁移动便只限于一个晶粒内进行，在宏观上表现为磁体较难被磁化或反磁化，Nd－Fe－B磁体的矫顽力就较高。

Nd－Fe－B磁体中的氧主要富集在富Nd相内，起者破坏富Nd相对主相的隔离作用，因此氧对Nd－Fe－B磁体的矫顽力的影响很大。此外，氧对富Nd相在烧结后冷却时的共晶行为以及富Nd相与主相之间的边界特征产生重要的影响。

什么是永磁材料？

可用于制造磁功能器件的强磁性材料称为磁性材料。

磁性材料包括：硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致收缩材料、磁性薄膜、磁性微粉、磁性液体、磁致冷材料、以及磁蓄冷材料等。其中用量最大、用途最广的是硬磁材料和软磁材料。

硬磁材料与软磁材料的区别在于硬磁材料的各向异性场(H_A)高，矫顽力(H_c)高，这就意味着软磁材料很容易退磁，而硬磁材料可以长期保存很强的磁性，因此硬磁材料又成为永磁材料。

永磁材料的主要磁性能指标是那些？

永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁（Jr,Br）、矫顽力（bHc）、内禀矫顽力（jHc）、磁能积（BH）m。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度（Tc）、可工作温度（Tw）、剩磁及内禀矫顽力的温度系数（α、β）、回复导磁率（μrec）退磁曲线方形度（Hk/jHc）、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。

什么叫NdFeB永磁体，它分几大类？

Nd－Fe－B永磁体是1982年发现的迄今为止磁性能最强的永磁材料。其主要化学成分Nd(钕)、Fe(铁)、B(硼)，其主相晶胞在晶体学上为四方结构，分子式为Nd₂Fe₁₄B（简称：2：14：1）。除主相Nd₂Fe₁₄B外，Nd－Fe－B永磁体中还含有少量的富Nd相，富B相等其它相。其中主相和富Nd相是决定Nd－Fe－B磁体永磁特性的最重要的二个相。今天，Nd－Fe－B永磁体已广泛应用于计算机、医学器械、通讯器件、电子器件、磁力机械等领域。

Nd－Fe－B磁体分为烧结和粘结二大类。通常的Nd－Fe－B烧结磁体是粉末冶金方法制造的各向异性致密磁体；而通常的Nd－Fe－B粘结磁体是用激冷的方法获得微晶粉末，每个粉末内含有多个Nd－Fe－B微晶晶粒，再用聚合物或其它粘结剂将粉末粘成大块磁体，因而通常的Nd－Fe－B粘结磁体是非常致密的各向同性磁体。因此，通常的Nd－Fe－B烧结磁体的磁性能远高于Nd－Fe－B粘结磁体，但Nd－Fe－B粘结磁体有着许多Nd－Fe－B烧结磁体不可替代的优点：可以用压结、注射等成型方法制作尺寸小、形状复杂、几何精度高的永磁体，并容易实现大规模自动化生产；另外，Nd－Fe－B粘结磁体，还便于任意方向充磁，能方便制作多极乃至无数极的整体磁体，而这对于Nd－Fe－B烧结磁体来说是通常很难实现；由于Nd－Fe－B粘结磁体中主相Nd₂Fe₁₄B呈微晶状态，因此它还具有比烧结磁体耐蚀性好等优点。

什么叫Nd2Fe14B主相？

主相Nd₂Fe₁₄B是Nd－Fe－B永磁体中唯一具有单轴各方向异性的硬磁性相，其体积分数占磁体中各相的90％以上，因而称为主相。其晶体结构如图3所示：晶体常数a＝0.882nm,c=1.224nm,c轴为易磁化轴，每个但胞含有4个分子的68个原子。Nd₂Fe₁₄B的内禀性是：居里温度Tc＝585K，室温各向异性常数K1=4.2MJ/m₃,各项异性场_μ0H_α＝7.3T,室温磁饱和强化强度Js＝1.61T。Nd₂Fe₁₄B的基本磁畴结构参数为：畴壁能密度γ＝30MJ/m³,畴壁厚度δ＝5.2nm,单畴粒子临界尺寸Dc＝0.26μm。

若磁体的成分中添加了合金元素，主相的晶体结构不会发生改变，但其内禀磁性会发生改变，添加合金元素的目的是改善磁体的内禀矫顽力或其他特性。值得注意的是：在磁体中加入任何合金元素都会降低Nd₂Fe₁₄B的饱和磁极化强度Js