磁性材料-第三章永磁材料幻灯片资料
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磁性材料
永磁材料
磁性材料的划分尺度是 矫顽力，硬磁材料的矫顽力 比软磁材料大得多，目前把 矫顽力为1.2~16kA/m的称为 半硬磁材料，高16kA/m的称 为永磁材料。
永磁材料的磁化曲线和退磁曲线
内禀磁性参量
优异性能的永磁材 料需要Ms越高越好。 是单各轴向各异向性异场性H单A 晶,H体A 难磁化方向磁化到饱和 时所对应的场强 指铁居磁里性温或度亚T铁c，磁它性是转 变为顺磁性时对应的温 度高,，Tc温高度材稳料定使性用才温好度才
磁性材料
-永磁材料
蒋仁辉
2012301020174源自我们熟悉的“磁”中国古代的“磁”
公元前 4 世纪战国 时期《管子》中 “ 上有 慈石者下有铜金 ”
公元前 3 世纪的 《吕氏春秋》中所写 的 “ 慈石召铁，或引之 也”
秦始皇曾用磁石建 造阿房宫的北阀门，以 阻止身带刀剑的刺客
指南针，我国古代 四大发明之一
铁镍钴永磁合金相图
图中的α、 α1 、α2相具有体 心立方结构
α1 为富铁的强磁性相，是以NiAl化合 物为基础的弱磁性或非磁性相，γ相 是以Ni为基础的面心立方结构的弱磁 性相
铝镍钴永磁合金
铝镍铁合金是在铁镍铝 合金的基础上添加钴而形成 的。铝镍铁合金的相图特征 与铁镍铝合金相似，只是各 相存在的范围和居里温度有 所不同。由于钴的加入，高 温α相转变为α1+α2的分解温 度下降，同时使γ相区和α+γ 相区向低温扩散。
Spinodal分解是一个上坡扩散过 程，α1相更富集Fe、Co,α2相更富集Al、 Ni，因此使两相的饱和磁化强度之差 （M1-M2）增大，有利于矫顽力的提高。
在磁化和反磁化的过程中，α1相 伸长粒子的磁矩转动要克服很大的阻
磁性材料ppt_图文
1.组织结构与磁性 能关系
1）性能指标：.矫顽 力Hc，剩磁Br，最大磁能 积(BH)m，居里温度Tc， 剩余磁化强度Mr。
2）硬磁材料的4大特 性：高的矫顽力，高的剩
余磁通密度和高的剩余磁
化强度，高的最大磁能积， 高的稳定性。
硬磁材料
2.硬磁材料及其应用
(1)稀土硬磁材料：这是当前最大磁能积最高的 一大类硬磁材料，为稀土族元素和铁族元素为 主要成分的金属互化物(又称金属间化合物)。 如钕铁硼稀土合金硬磁材料。
磁性橄榄球
司南
永磁材料ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二.软磁材料
软磁材料的特点是高的磁导率，低的矫顽力（一 般Hc<100A/m）和低铁芯损耗。
1.组织结构与性能关系
1）.通过提高材料的均匀性来降低 矫顽力。
2）.通过降低磁各向异性来提高磁 导率，降低铁芯损耗。
软磁材料——铁粉芯
2.软磁材料及其工程应用
软磁材料大概分类为：纯铁和碳钢，镍-铁合金，磁性陶瓷 材料，非晶态合金，纳米晶软磁材料。
3)常用软磁磁芯
磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁 材料。由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5～5 微米），又被 非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用 于较高频率； 另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有 低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现 象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉 芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、 它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。
总的来说有两大方面的应用：
1.强电流器件的应用，一般在准静态或低频，大电流下使用； 如电磁铁，功率变压器，电机等的铁芯。
磁性材料——研究生课程PPT课件
e：涡流损耗系数；a：磁滞损耗系数；c是不依赖于f的常数，
来自由磁后效或频散引起的损耗。
*总损耗W既决定于材料，也决定于交变磁场的f和Bm, 因此 讨论W指标时，应注明f和Bm。 ①涡流损耗
*涡流是在迅速变化的磁场中的导体内部产生的感生电流，
因其流线呈闭合漩涡状而得名。f越高，涡流越大。
*涡流不能象导线中的电流那样输送出去，仅使磁芯发 热造成能量损耗。 *一个周期内材料的涡流损耗
*Ni：75％~83%范围时，具有最佳的综合磁性能，但这一范围 时BS较低。 *应用：可用作在弱磁场下具有很高的铁芯材料和磁屏蔽材 料；也可用作要求低剩磁和恒磁导率的脉冲变压器材料；还可 用作各种磁致伸缩合金、热磁合金、矩磁合金等。
2.1.4其它软磁合金 ①铁铝合金
*优点：价格低；通过调解铝的含量，可以获得满足不同要求的
单位磁场强度在磁体中感生的磁化强度。 ⑤磁导率：μ=B/H
单位磁场强度在磁体中感生的磁感应强度。
1.2磁性参量
①初始磁导率：
i
1
B lim H H 0
0
②最大磁导率：
max
1
0
(B H
) max
③饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所
对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。
④剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回
*电工纯铁存在时效现象
原因：高温时铁固溶体内溶解有较多的碳或氮，产品快速 冷却到室温时，溶解度减小，Fe3C或Fe4N由固溶体中以细
微弥散形式析出，从而HC增加，i降低。
消除方法：保温后，采用缓慢冷却到100-300℃的退火措施， 这样在650-300℃之间Fe3C有足够的时间析出、长大为对磁 性能影响不大的大颗粒夹杂物。
来自由磁后效或频散引起的损耗。
*总损耗W既决定于材料，也决定于交变磁场的f和Bm, 因此 讨论W指标时，应注明f和Bm。 ①涡流损耗
*涡流是在迅速变化的磁场中的导体内部产生的感生电流，
因其流线呈闭合漩涡状而得名。f越高，涡流越大。
*涡流不能象导线中的电流那样输送出去，仅使磁芯发 热造成能量损耗。 *一个周期内材料的涡流损耗
*Ni：75％~83%范围时，具有最佳的综合磁性能，但这一范围 时BS较低。 *应用：可用作在弱磁场下具有很高的铁芯材料和磁屏蔽材 料；也可用作要求低剩磁和恒磁导率的脉冲变压器材料；还可 用作各种磁致伸缩合金、热磁合金、矩磁合金等。
2.1.4其它软磁合金 ①铁铝合金
*优点：价格低；通过调解铝的含量，可以获得满足不同要求的
单位磁场强度在磁体中感生的磁化强度。 ⑤磁导率：μ=B/H
单位磁场强度在磁体中感生的磁感应强度。
1.2磁性参量
①初始磁导率：
i
1
B lim H H 0
0
②最大磁导率：
max
1
0
(B H
) max
③饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所
对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。
④剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回
*电工纯铁存在时效现象
原因：高温时铁固溶体内溶解有较多的碳或氮，产品快速 冷却到室温时，溶解度减小，Fe3C或Fe4N由固溶体中以细
微弥散形式析出，从而HC增加，i降低。
消除方法：保温后，采用缓慢冷却到100-300℃的退火措施， 这样在650-300℃之间Fe3C有足够的时间析出、长大为对磁 性能影响不大的大颗粒夹杂物。
磁性材料幻灯片资料
分子磁矩
轨道磁矩 ——电子绕核的轨道运动 自旋磁矩 ——电子本身自旋
分子圆电流和磁矩 I
Pm
B0
无外磁场
有外磁场
B B0
分 无外磁场作用时，由
子 于分子的热运动，分
磁 矩
子磁矩取向各不相同, 整个介质不显磁性。
B
B0
在外磁场作用下分
子磁矩产生的磁场方向
和外磁场方向一致，顺
磁质磁化结果，使介质
内部磁场增强。
第一章 磁性材料 第一讲 概述
一、磁场中的磁介质 磁介质——能与磁场产生相互作用的物质。 磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化。 不同磁介质磁化后对原外磁场的存在不同的影响
BBoB
磁介质中的 总磁感强度
真空中的 磁感强度
介质磁化后的 附加磁感强度
从实用的观点，根据磁化率χ（＝M/H）大小与符号，
反铁磁性结构的铁磁性）。 Χm>0 ，大小为1 ～103
典型代表为铁氧体。 1
mTp OTc源自T前三种为弱磁性，后两种为强磁性，具有此二性的 材料叫磁性材料，按其被应用的性能，磁性材料可分为 软磁、永磁、旋磁、矩磁、亚磁五类）
5、超顺磁性
铁磁性材料做成微晶或非晶时将具有超顺磁性。 大的微晶颗粒内部就会出现多畴结构，这种多畴结构 可以有效降低静磁场能量。当尺寸再小（数十纳米到 几个微米），微晶将成为单畴，此时多畴结构能量反 而高。当尺寸再小，微晶仍为单畴，但磁化方向在热 扰动下将会发生发转，从而失去铁磁性。在磁场的作 用下的这些磁畴将沿着磁场方向排列，很像顺磁材料， 但其磁导率极大，称为超顺磁材料。
可分为五种：
1
1、抗磁性 对于电子壳层被填满的物
d
质，其磁矩为零。在外磁场作
磁性材料的认识与应用(PPT)
磁畴结构
磁性材料内部自发形成的、具有一定磁化特性的区域。不同的磁畴具有不同的 磁矩方向和大小，导致宏观上表现出不同的磁性。
磁导率与磁阻
磁导率
描述磁性材料在磁场中磁感应强度与磁场强度的比值，是衡量材料导磁性能的重 要参数。
磁阻
由于磁性材料的磁畴结构、晶格畸变等因素导致的磁感应强度在材料内部传播时 的衰减，表现为磁阻抗。
磁性材料的发展趋势
高性能磁性材料
随着技术的进步，对磁性材料性能的要求越来越高，高性能磁性材料的研究和开发成为 未来的发展趋势。
环保型磁性材料
随着环保意识的提高，环保型磁性材料的研发和应用越来越受到重视，如可回收利用的 磁性材料等。
磁性材料的应用前景
电子行业
磁性材料在电子行业中应用广泛，如电 子元器件、传感器、电机等，随着电子 行业的快速发展，磁性材料的应用前景 十分广阔。
交通工业
磁性材料在交通工业中主要用于轨道交通、汽车制造等领 域，如磁悬浮列车、磁力轴承等。磁性材料具有高磁导率 、高磁感应强度等特点，能够提供稳定的磁场环境，确保 交通工具的安全性和稳定性。
磁性材料在交通工业中还应用于传感器、执行器等新兴领 域，为交通工业的发展提供了新的机遇。
医疗领域
磁性材料在医疗领域中主要用于磁共 振成像、磁疗等新兴领域。磁性材料 能够产生稳定的磁场环境，有助于提 高医疗设备的诊断准确性和治疗效果。
磁性材料的分类
软磁材料
矫顽力低，磁导率高，饱和磁感 应强度大，易于磁化和去磁，适
用于制造变压器、电机等。
硬磁材料
矫顽力高，剩磁和矫顽力均大 ，适用于制造永磁体，如扬声 器、耳机等。
矩磁材料
具有矩形磁滞回线，常用于计 算机存储器等。
磁性材料内部自发形成的、具有一定磁化特性的区域。不同的磁畴具有不同的 磁矩方向和大小，导致宏观上表现出不同的磁性。
磁导率与磁阻
磁导率
描述磁性材料在磁场中磁感应强度与磁场强度的比值，是衡量材料导磁性能的重 要参数。
磁阻
由于磁性材料的磁畴结构、晶格畸变等因素导致的磁感应强度在材料内部传播时 的衰减，表现为磁阻抗。
磁性材料的发展趋势
高性能磁性材料
随着技术的进步，对磁性材料性能的要求越来越高，高性能磁性材料的研究和开发成为 未来的发展趋势。
环保型磁性材料
随着环保意识的提高，环保型磁性材料的研发和应用越来越受到重视，如可回收利用的 磁性材料等。
磁性材料的应用前景
电子行业
磁性材料在电子行业中应用广泛，如电 子元器件、传感器、电机等，随着电子 行业的快速发展，磁性材料的应用前景 十分广阔。
交通工业
磁性材料在交通工业中主要用于轨道交通、汽车制造等领 域，如磁悬浮列车、磁力轴承等。磁性材料具有高磁导率 、高磁感应强度等特点，能够提供稳定的磁场环境，确保 交通工具的安全性和稳定性。
磁性材料在交通工业中还应用于传感器、执行器等新兴领 域，为交通工业的发展提供了新的机遇。
医疗领域
磁性材料在医疗领域中主要用于磁共 振成像、磁疗等新兴领域。磁性材料 能够产生稳定的磁场环境，有助于提 高医疗设备的诊断准确性和治疗效果。
磁性材料的分类
软磁材料
矫顽力低，磁导率高，饱和磁感 应强度大，易于磁化和去磁，适
用于制造变压器、电机等。
硬磁材料
矫顽力高，剩磁和矫顽力均大 ，适用于制造永磁体，如扬声 器、耳机等。
矩磁材料
具有矩形磁滞回线，常用于计 算机存储器等。
磁性材料PPT教学课件
(3).磁畴在磁化前后的分布 变化
自主学习：
• 磁记录
•地球磁场留下的记录
温故知新
小说的三要素： •故事情节 •人物形象 •人物所处的具体环境 （自然、社会）
猎狐
沈石溪
有关狐狸的成语
狐狸，性多 疑，遇见敌 人时肛门放 出臭气，乘 机逃跑。皮 可做衣服。
狐假虎威 狐死首丘 狐朋狗友 兔死狐悲
整体感知
•寻找每次戈文亮欲杀母狐时 的紧要关头，体会作者如何 制造悬念和意外，使情节一 波三折，惊心动魄。
情节篇
对于结局的表述，在表现父 亲有手法上欲扬先抑，使整 个结局似乎在意料之外，又 在情理之中。
人物篇
•回顾第一部分，戈文亮留给我们的 印象是…… •在第三部分，戈文亮的形象是怎样的？ •他为什么要复仇？ •他复仇的目的是什么？
•初读课文， 积累新词。
•找出小说最 精彩，最打 动你的地方。
sŭn chōng dòng lán
隼舂
恫岚
quán duì yùn lèi
鬈碓 愠 酹
měng shàn shà圄 姹紫嫣红
步履蹒跚 揶揄(yéyú）
初涉文本
•读第一部分，假如你是导演，你 将如何拍摄故事的开端？ •主人公是谁？身份如何？为何要 夜半出门？为什么要猎狐？他和 狐狸之间有什么恩怨？
主题篇
讨论：从情节、人物、冲突中选择 最容易分析文本主题的角度。给本 文写一个题记或者尾记。
*所有的矛盾都在“爱”的力量中悄 然化解！
*在人与人之间，人与自然之间都 需要我们尊重生命，充满爱心地活 着。
磁性材料
磁化与退磁
1.概念
磁化： 物体获得磁性的过程 退磁： 物体失去磁性的过程
退磁方式：高温、剧烈震动或逐渐 减弱的交变磁场作用
自主学习：
• 磁记录
•地球磁场留下的记录
温故知新
小说的三要素： •故事情节 •人物形象 •人物所处的具体环境 （自然、社会）
猎狐
沈石溪
有关狐狸的成语
狐狸，性多 疑，遇见敌 人时肛门放 出臭气，乘 机逃跑。皮 可做衣服。
狐假虎威 狐死首丘 狐朋狗友 兔死狐悲
整体感知
•寻找每次戈文亮欲杀母狐时 的紧要关头，体会作者如何 制造悬念和意外，使情节一 波三折，惊心动魄。
情节篇
对于结局的表述，在表现父 亲有手法上欲扬先抑，使整 个结局似乎在意料之外，又 在情理之中。
人物篇
•回顾第一部分，戈文亮留给我们的 印象是…… •在第三部分，戈文亮的形象是怎样的？ •他为什么要复仇？ •他复仇的目的是什么？
•初读课文， 积累新词。
•找出小说最 精彩，最打 动你的地方。
sŭn chōng dòng lán
隼舂
恫岚
quán duì yùn lèi
鬈碓 愠 酹
měng shàn shà圄 姹紫嫣红
步履蹒跚 揶揄(yéyú）
初涉文本
•读第一部分，假如你是导演，你 将如何拍摄故事的开端？ •主人公是谁？身份如何？为何要 夜半出门？为什么要猎狐？他和 狐狸之间有什么恩怨？
主题篇
讨论：从情节、人物、冲突中选择 最容易分析文本主题的角度。给本 文写一个题记或者尾记。
*所有的矛盾都在“爱”的力量中悄 然化解！
*在人与人之间，人与自然之间都 需要我们尊重生命，充满爱心地活 着。
磁性材料
磁化与退磁
1.概念
磁化： 物体获得磁性的过程 退磁： 物体失去磁性的过程
退磁方式：高温、剧烈震动或逐渐 减弱的交变磁场作用
磁性材料基础知识-ppt课件
求其轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小.
Idl
r
dB
B
o
R
p B
x
*
x
I
dB 0
4π
Idl r2
解: 根据对称性分析
毕奥—萨伐尔定律的应用2
Idl
sin R
R
o
r
x
dB
*p x
r2 R
B0I
4π
r 2 x2
sindl
l r2
dB x
dB 0
4π
Idl r2
dB xdsBin4 π 0Isri2 n dl
0I dl
2πR l
I B
dl
oR
l
l 设 l 与 I 成右螺旋
关系
3.3 安培环路定理-应用
求载流螺绕环内的磁场 （已知 n N I）
1） 对称性分析；环内 B 线为同心圆，环外 B 为零.
2 ）选 回路(顺时针圆周) .
lB d Bl 2 0π NR I B 0 NI
2π R
d
令L2πRB0NIL
内部交流报告
磁性材料基础知识
提纲
1 磁性材料的发展简史
2 磁学基本常识
磁性来源 磁学基本概念 磁性材料分类
3 电磁学主要定律-恒稳/交变磁场
4 磁性材料性能分析
5 磁性材料应用实例
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
一、磁性材料发展简史（续）
• 1946年 Bioembergen发现NMR效应 • 1948年 Neel建立亜铁磁理论
(优质文档)磁性材料PPT演示课件
硬磁材料
永磁材料种类
铝镍钴系硬磁合金 硬磁铁氧体材料 稀土永磁材料
可加工的永磁合金 永磁材料用途：硬磁材料主要用来储藏和供给 磁能，作为磁场源。硬磁材料在电子工业中广 泛用于各种电声器件、在微波技术的磁控管中 . 29 亦有应用
永磁材料的退磁曲线和磁能曲线
.
30
可加工的永磁合金
在淬火态具有可塑性，可以进行各种机械加 工。合金的矫顽力是通过塑性变形和时效 (回火)硬化后得到的 四个主要系列
湿法，如电镀和化学镀 干法，如溅射法、真空蒸镀法及离子喷镀法
. 5
其他磁性材料
超磁致伸缩材料
磁致伸缩现象：铁磁性材料在磁场中被磁化时，沿外磁 场方向其尺寸会发生微小变化 一般材料的磁致伸缩系数：30～60×10-6 超磁致伸缩效应：（1～2）×10-3 超磁致伸缩材料与压电陶瓷的性能比较
铝镍钴系硬磁合金
按成分分类：铝镍型，铝镍钴型，铝镍钴钛型三种 铝镍钴型合金具有高的剩余磁感应强度 铝镍钴钛型则以高矫顽力为主要特征 铸造铝镍钴系合金从织构角度可划分为各向同性合 金，磁场取向合金和定向结晶合金三种 逐渐被永磁铁氧体和稀土永磁合金被取代。但在对 永磁体稳定性具有高要求的许多应用中，铝镍钴系 永磁合金往往是最佳的选择。 铝镍钴合金广泛用于电机器件上，如发电机，电动 机继电器和磁电机；电子行业中的扬声器，行波管， . 33 电话耳机和受话器等
. 3
磁记录材料
磁记录材料
磁头材料
磁头的基本结构 基本功能：写入、读出 磁头材料得到基本性能要求：高的磁导率、高的饱和 磁感应强度、高的电阻率和耐磨性 常用的磁头铁芯材料：合金、铁氧体、非晶态合金、 薄膜磁头材料
. 4
磁记录材料
磁性材料ppt课件
磁性是自然科学史上最古老的现象之一
磁性材料是最早被人类认识和利用的功能材料，伴随了人类 文明的发展。 人类对于磁性材料的最初认识源于天然磁石。 公元前三世纪《管子》：“上有慈石者，下有铜金。” 《吕氏春秋》九卷精通篇：“慈招铁，或引之也。”
磁铁矿(Fe3O4) 或磁赤铁矿(γ-Fe2O3)
指南针——磁性材料的最早应用
物质磁性:
物质放入磁场中会表现出不同的磁学特性，称为物质的磁性。
4. 材料磁性的分类及应用
（1） 物质磁性的分类
按物质在磁场中的表现：磁化率的正负、大小及其与温度 的关系来进行分类， 在晶状固体里，共发现了五种主要类型的磁结构物质，它 们的形成机理和宏观特征各不相同，对它们的成功解释形成 了今天的磁性物理学核心内容。 70 年代以后——非晶材料和纳米材料——新的磁性类型，
➢
W. Gilbert 《De Magnete》磁石，最早的著作
➢18世纪 奥斯特 电流产生磁场
➢
法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流
➢
安培定律 构成电磁学的基础, 开创现代电气工业
➢1907年 P. Weiss的磁畴和分子场假说
➢1928年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源
➢1931年 Bitter在显微镜下直接观察到磁畴
基本特征是存在一个磁性转变温度，在此点磁化率温度关系 出现峰值。
文献中也绘成磁化率倒数和温度关系的：
1磁
化 率
表
现
复
杂
Tp
TC
T (K )
铁磁性 T p TC
低温下表现为反铁磁性的物质，超过磁性转变温度
（一般称作Neel温度）后变为顺磁性的，其磁化率温度
关系服从居里-外斯定律： = C
第三章(磁性材料)ppt课件
磁感应强度 /T，不小于 B10 B25 B50 1.71 B100 1.80
不大于 96 72 48 32
1.40 1.50 1.62
B5、B10、B25、B50和B100分别表示H 为500、1000、2500、5000和10000A/m时
的磁感应强度值。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
2、影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
电工用纯铁的磁性
磁性 等级 普级 高级 特级 超级 牌号 DT3, DT4, DT5, DT6 DT3A, DT4A, DT5A, DT6A DT4E, DT6E DT4C, DT6C Hc /A· m1
m /10-3H· m-1
不小于 7.50 8.75 11.30 15.00 B5
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
二、软磁材料的基本性能要求
贮能高：要求单位体积贮存的磁能量高。
磁性参量的要求：高的Bs或Br。 灵敏度高：要求在弱磁场中对信号有高灵敏性。
B Br Bs
磁性参量的要求：高的i和m。
效率高：要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗 和涡流损耗。
-Hc O
磁各向异性减小
磁致伸缩效应降低 脆性增大，加工性能差
综合考虑： Si% ≤ 4%
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
3、高斯织构硅钢片
结构特点：
易磁化方向[100]与轧制方向平行 55 [110] 难磁化方向[111]与轧制方向成55角 横向 中等磁化方向[110]与轧制方向成90角 高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿[100](轧制方向)磁性能最佳。
第三章(磁性材 料)
第三章 磁性材料
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（3）稀土永磁材料：以稀土族元素和铁族元素为主要成分的合 金间化合物，包括SmCo5系、Sm2Co17系以及Nd-Fe-B系。 特点20：20/8磁/6 能积高，应用领域广泛。
*发展史：
1880年左右：碳钢，紧接着又发现钨钢、钴钢等金属永磁材料； 1931年以来：Al-Ni-Fe系磁钢(MK钢)和Al-Ni-Co系磁钢，后者占
第三章 永磁材料
定义：被外加磁场磁化以后，除去外磁场，仍能保留
较强磁性的一类材料。 *基本要求：
（1）Br要高；（2）Hc要高；（3）(BH)max要高； （4）材料稳定性要高。 *种类：
（1）金属永磁材料：Al-Ni-Co系和Fe-Cr-Co系永磁合金； （2）铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要组元的复合氧化物强磁 材料；特点：电阻率高，适合高频和微波领域应用；
注：(BH)max是评价永磁体强度的最主要指标。 稀土永磁体－(BH)max～450KJ/m3；普通磁钢－(BH)max～8KJ/m3
*在矩形磁滞回线中，理论值： (BH )max(0M 4S)2
*上式成立的条件：
（1）剩余磁化强度Mr=MS
（2）内禀矫顽力
HM/2
MC
Sห้องสมุดไป่ตู้
2020/8/6
4、稳定性 *受到温度、外磁场、冲击、振动等外界因素影响时， 有关磁性能在长时间使用过程中保持不变的能力。
反向磁场必须大于大多数畴壁出现不可逆位移的临界磁场， 而临界磁场的大小则依赖于各种因素对畴壁移动的阻滞。
方法：增加对畴壁不可逆位移产生阻滞的因素提高临界 磁场
2020/8/6
（2）反磁化开始时材料内不存在反磁化核
方法：可通过阻止反磁化核的出现提高HC
传统磁性材料：适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状(最 好是片状掺杂)和弥散度(使掺杂尺寸和畴壁宽度相近)；选 择高磁晶各向异性的材料；增加材料中内应力的起伏；选
*永磁体由于磁路中存在空隙，因此处于开路应用状态。
此时工作点在退磁场作用下由Br点移到D点，所以剩磁
应该等于B 2020/8/6
d
（表观剩磁）。
2、矫顽力HC
* 两 种 定 义 ： H B C
H M C
B0(MH) *第二象限中，H<0，所以B-H退磁
曲线将位于0M-H退磁曲线下方
MHCBHC
*当B=0时， BHCMM r H 0B CBr
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3.1 衡量永磁材料的重要指标
*如果撤去外加磁场，在磁铁两个磁极之间的空隙中便 产生恒定磁场（气隙磁场），对外界提供有用的磁能。
*撤去外加磁场后，在退磁场作用下，永磁体将工作在
磁滞回线的第二象限。所以永磁材料性能的好坏，应该
用退磁曲线上的有关物理量来表征。剩磁Br，矫顽力 HC，最大磁能积(BH)max等。 1、剩磁Br
* H B C 的最高值不可能超过材料的剩磁值。
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3、最大磁能积(BH)max *若永磁体的尺寸比取(BH)max的形状，则能保证永磁体 单位体积的磁场能为最大。
注：不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。
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*可根据(BH)max确定各种永磁体的最佳形状。(BH)max越 高的永磁体，产生同样的磁场所需的体积越小；在相同 体积下，（(B）H)max越高的永磁体获得的磁场越强。
*变化率： Z100%
Z Z~Br,Bd,或 HC
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3.2 提高永磁体性能的途径
*(BH)max是表征永磁体性能的最主要指标。为使其尽可能大， 要求Br和HC要高。
3.2.1 如何提高材料的剩磁Br *要求MS高，同时矩形比Br／BS应接近于1。 提高Br／BS的基本途径：
1、定向结晶 控制铸件的冷却条件不同的晶粒结构
据主导地位一直到60年代； 20世纪30年代：铁氧体永磁材料，材料便宜，工艺简单，磁性能
居中；同时Fe-Cr-Co永磁合金问世，改善了Al-NiCo机械性能差的缺点； 20世纪60年代：Sm-Co系稀土永磁材料；
20世纪80年代：Nd-Fe-B系稀土永磁材料；(BH)max～460KJ/m3， 称为“磁王”； 近年来：纳米双相永磁材料，RE(稀土元素)-Fe-N系永磁体。
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3.2.2 如何提高HC
*形成HC的原因：畴壁的不可逆移动和不可逆畴转 *决定HC大小的因素：各种因素(磁各向异性、掺杂、晶界 等)对上述行为的阻滞作用的大小。
1、磁畴的不可逆转动
*某些永磁材料：铁磁性微细颗粒(单畴)＋非磁性或弱磁性基体 *磁晶各向异性：磁晶各向异性＋形状各向异性＋应力各向异性
择S大的材料。
新发展的永磁合金如Nd-Fe-B，强烈的畴壁钉扎效应可提高HC 晶体中各种点缺陷、位错、晶界、堆垛层错、相界等都是 畴壁钉扎点的重要来源。反向磁场必须超过钉扎场，畴壁 才移动。钉扎中心HC
•N和N分别为沿短轴和长轴所对应的退磁因子 •a，202b0，/8/6 c是和晶体结构颗粒取向分布有关的系数。
*若材料MS较高，最好通过第二项来提高HC 方法：增加颗粒细长比 （N－N）增加
*若K1，S高，应主要考虑第1、3项
当颗粒取向完全一致时，a=2，c=1 当颗粒取向完全混乱时，a=0.64(立方晶体)，a=0.96(单轴 晶体)，c=0.48 所以颗粒易磁化方向完全平行排列时，永磁性好
*快冷时沿热流相反的方向会生长出柱状晶，柱状晶晶粒长大方向 往往就是它的易磁化方向。
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2、塑性变形 *多晶体材料拔丝、轧扳、挤压、压缩等塑性变形晶粒转动 晶粒的晶体学方位会发生一定程度的定向排列，即择优 取向、织构等可诱导磁各向异性 3、磁场成型 *加工成型时，施加外磁场，使易磁化轴沿磁场方向取向， 经高温烧结及回火以后，可得较高的Br。 4、磁场处理 *外部磁场中热处理，可控制磁性颗粒的析出形态，沿外场 方向呈细长状生长，使磁矩沿磁场方向择优取向。
2、畴壁的不可逆位移
*永磁材料的反磁化过程如果由畴壁的不可逆位移所控制， 有两种情况：
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（1）反磁化时材料内部存在着磁化在反方向的磁畴 晶体缺陷、杂质、晶界等的存在，在这些区域由于内应力 或内退磁场的作用。磁化矢量很难改变方向。当晶体磁化 到饱和时，这些区域的磁化仍沿着相反的方向。
在反磁化时，它们构成反磁化核，在反磁场作用下长大成 反磁化畴，为畴壁位移做了准备。
*发展史：
1880年左右：碳钢，紧接着又发现钨钢、钴钢等金属永磁材料； 1931年以来：Al-Ni-Fe系磁钢(MK钢)和Al-Ni-Co系磁钢，后者占
第三章 永磁材料
定义：被外加磁场磁化以后，除去外磁场，仍能保留
较强磁性的一类材料。 *基本要求：
（1）Br要高；（2）Hc要高；（3）(BH)max要高； （4）材料稳定性要高。 *种类：
（1）金属永磁材料：Al-Ni-Co系和Fe-Cr-Co系永磁合金； （2）铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要组元的复合氧化物强磁 材料；特点：电阻率高，适合高频和微波领域应用；
注：(BH)max是评价永磁体强度的最主要指标。 稀土永磁体－(BH)max～450KJ/m3；普通磁钢－(BH)max～8KJ/m3
*在矩形磁滞回线中，理论值： (BH )max(0M 4S)2
*上式成立的条件：
（1）剩余磁化强度Mr=MS
（2）内禀矫顽力
HM/2
MC
Sห้องสมุดไป่ตู้
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4、稳定性 *受到温度、外磁场、冲击、振动等外界因素影响时， 有关磁性能在长时间使用过程中保持不变的能力。
反向磁场必须大于大多数畴壁出现不可逆位移的临界磁场， 而临界磁场的大小则依赖于各种因素对畴壁移动的阻滞。
方法：增加对畴壁不可逆位移产生阻滞的因素提高临界 磁场
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（2）反磁化开始时材料内不存在反磁化核
方法：可通过阻止反磁化核的出现提高HC
传统磁性材料：适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状(最 好是片状掺杂)和弥散度(使掺杂尺寸和畴壁宽度相近)；选 择高磁晶各向异性的材料；增加材料中内应力的起伏；选
*永磁体由于磁路中存在空隙，因此处于开路应用状态。
此时工作点在退磁场作用下由Br点移到D点，所以剩磁
应该等于B 2020/8/6
d
（表观剩磁）。
2、矫顽力HC
* 两 种 定 义 ： H B C
H M C
B0(MH) *第二象限中，H<0，所以B-H退磁
曲线将位于0M-H退磁曲线下方
MHCBHC
*当B=0时， BHCMM r H 0B CBr
2020/8/6
3.1 衡量永磁材料的重要指标
*如果撤去外加磁场，在磁铁两个磁极之间的空隙中便 产生恒定磁场（气隙磁场），对外界提供有用的磁能。
*撤去外加磁场后，在退磁场作用下，永磁体将工作在
磁滞回线的第二象限。所以永磁材料性能的好坏，应该
用退磁曲线上的有关物理量来表征。剩磁Br，矫顽力 HC，最大磁能积(BH)max等。 1、剩磁Br
* H B C 的最高值不可能超过材料的剩磁值。
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3、最大磁能积(BH)max *若永磁体的尺寸比取(BH)max的形状，则能保证永磁体 单位体积的磁场能为最大。
注：不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。
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*可根据(BH)max确定各种永磁体的最佳形状。(BH)max越 高的永磁体，产生同样的磁场所需的体积越小；在相同 体积下，（(B）H)max越高的永磁体获得的磁场越强。
*变化率： Z100%
Z Z~Br,Bd,或 HC
2020/8/6
3.2 提高永磁体性能的途径
*(BH)max是表征永磁体性能的最主要指标。为使其尽可能大， 要求Br和HC要高。
3.2.1 如何提高材料的剩磁Br *要求MS高，同时矩形比Br／BS应接近于1。 提高Br／BS的基本途径：
1、定向结晶 控制铸件的冷却条件不同的晶粒结构
据主导地位一直到60年代； 20世纪30年代：铁氧体永磁材料，材料便宜，工艺简单，磁性能
居中；同时Fe-Cr-Co永磁合金问世，改善了Al-NiCo机械性能差的缺点； 20世纪60年代：Sm-Co系稀土永磁材料；
20世纪80年代：Nd-Fe-B系稀土永磁材料；(BH)max～460KJ/m3， 称为“磁王”； 近年来：纳米双相永磁材料，RE(稀土元素)-Fe-N系永磁体。
2020/8/6
3.2.2 如何提高HC
*形成HC的原因：畴壁的不可逆移动和不可逆畴转 *决定HC大小的因素：各种因素(磁各向异性、掺杂、晶界 等)对上述行为的阻滞作用的大小。
1、磁畴的不可逆转动
*某些永磁材料：铁磁性微细颗粒(单畴)＋非磁性或弱磁性基体 *磁晶各向异性：磁晶各向异性＋形状各向异性＋应力各向异性
择S大的材料。
新发展的永磁合金如Nd-Fe-B，强烈的畴壁钉扎效应可提高HC 晶体中各种点缺陷、位错、晶界、堆垛层错、相界等都是 畴壁钉扎点的重要来源。反向磁场必须超过钉扎场，畴壁 才移动。钉扎中心HC
•N和N分别为沿短轴和长轴所对应的退磁因子 •a，202b0，/8/6 c是和晶体结构颗粒取向分布有关的系数。
*若材料MS较高，最好通过第二项来提高HC 方法：增加颗粒细长比 （N－N）增加
*若K1，S高，应主要考虑第1、3项
当颗粒取向完全一致时，a=2，c=1 当颗粒取向完全混乱时，a=0.64(立方晶体)，a=0.96(单轴 晶体)，c=0.48 所以颗粒易磁化方向完全平行排列时，永磁性好
*快冷时沿热流相反的方向会生长出柱状晶，柱状晶晶粒长大方向 往往就是它的易磁化方向。
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2、塑性变形 *多晶体材料拔丝、轧扳、挤压、压缩等塑性变形晶粒转动 晶粒的晶体学方位会发生一定程度的定向排列，即择优 取向、织构等可诱导磁各向异性 3、磁场成型 *加工成型时，施加外磁场，使易磁化轴沿磁场方向取向， 经高温烧结及回火以后，可得较高的Br。 4、磁场处理 *外部磁场中热处理，可控制磁性颗粒的析出形态，沿外场 方向呈细长状生长，使磁矩沿磁场方向择优取向。
2、畴壁的不可逆位移
*永磁材料的反磁化过程如果由畴壁的不可逆位移所控制， 有两种情况：
2020/8/6
（1）反磁化时材料内部存在着磁化在反方向的磁畴 晶体缺陷、杂质、晶界等的存在，在这些区域由于内应力 或内退磁场的作用。磁化矢量很难改变方向。当晶体磁化 到饱和时，这些区域的磁化仍沿着相反的方向。
在反磁化时，它们构成反磁化核，在反磁场作用下长大成 反磁化畴，为畴壁位移做了准备。