稀土永磁材料
(整理)稀土永磁材料概述
稀土永磁材料概述从广义上讲，所有能被磁场磁化、在实际应用中主要利用材料所具有的磁特性的一类材料成为磁性材料。
它包括硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致伸缩材料、磁光材料、磁泡材料和磁制冷材料等，其中用量最大的是硬磁材料和软磁材料。
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高、矫顽力高、磁滞回线面积大、技术磁化到饱和需要的磁场大。
由于软磁材料的矫顽力低，技术磁化到饱和并去掉外磁场后，它很容易退磁，而硬磁材料由于矫顽力较高，经技术磁化到饱和并去掉磁场后，它仍然长期保持很强的磁性，因此硬磁材料又称为永磁材料或恒磁材料。
古代，人们利用矿石中的天然磁铁矿打磨成所需要的形状，用来指南或吸引铁质器件，指南针是中国古代四大发明之一，对人类文明和社会进步做出过重要贡献。
近代，磁性材料的研究和应用始于工业革命之后,并在短时间内得到迅速发展.现今,对磁性材料的研究和应用无论在广度或者深度上都是以前无可比拟的,各类高性能磁性材料，尤其是稀土永磁材料的开发和应用对现代工业和高新技术产业的发展起着巨大的推动作用。
永磁材料性能要求永磁材料的主要性能是由以下几个参数决定的1.2.1最大磁能积：最大磁能积是退磁曲线上磁感应强度和磁场强度乘积的最大值。
这个值越大，说明单位体积内存储的磁能越大，材料的性能越好。
1.2.2饱和磁化强度：是永磁材料极为重要的参数。
永磁材料的饱和磁化强度越高，它标志着材料的最大磁能积和剩磁可能达到的上限值越高。
1.2.3矫顽力：铁磁体磁化到饱和后，使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向外磁场称为矫顽力。
它表征材料抵抗退磁作用的本领。
1.2.4剩磁：铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后，在磁化方向保留的剩余磁化强度或剩余磁感应强度称为剩磁。
1.2.5居里温度：强铁磁体由铁磁性和亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度或居里点。
居里温度高标志着永磁材料的使用温度也高。
稀土永磁材料的主要类型至今，稀土永磁材料已有两大类、三代产品第一大类是稀土-钻合金系（即RE-Co永磁），它又包括两代产品。
稀土永磁的原理
稀土永磁的原理稀土永磁材料，也称为稀土永磁体，是一种具有特殊磁性的材料。
它们之所以被称为稀土永磁材料，是因为它们的主要成分是稀土金属和一些过渡金属。
稀土元素是指周期表中镧系元素和钇系元素，包括镧（La）、铈（Ce）、钕（Nd）、钐（Sm）、铽（Eu）、镝（Gd）、钆（Tb）、铽（Dy）、镝（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）和钇（Y）等。
这些元素具有独特的电子结构和磁性特性，使得稀土永磁材料具有较高的剩余磁化强度和矫顽力，可以产生强大的磁场。
稀土永磁材料的磁性原理主要有两个方面：劈裂自旋模型和交换耦合模型。
劈裂自旋模型是指当稀土金属离子处于晶体场中时，由于晶体场的作用，电子轨道分裂成多个能级。
这些能级与稀土离子的自旋角动量相耦合，形成了不同的劈裂自旋状态（也称为多重态）。
而这些不同的自旋状态又可以通过外界磁场的作用进行转变。
当外界磁场施加到稀土永磁材料上时，它会导致自旋状态的跃迁，从而产生磁化强度和矫顽力。
交换耦合模型是指稀土永磁材料中，稀土金属离子之间存在着交换相互作用。
这种交换相互作用可以使得稀土金属离子的自旋有序排列，形成类似于铁磁体的磁性结构。
而这种自旋有序排列又可以通过外界磁场的作用进行调控。
当外界磁场施加到稀土永磁材料上时，它会改变稀土金属离子之间的相互作用，从而调控磁性结构，产生强大的磁场。
总的来说，稀土永磁材料的磁性原理是由稀土金属离子的电子结构和磁性相互作用决定的。
既有劈裂自旋模型的能级跃迁，又有交换耦合模型的自旋有序排列。
这些效应的综合作用使得稀土永磁材料具有特殊的磁性特性，成为目前磁性材料中的重要一类。
稀土永磁材料在实际应用中广泛用于电机、发电、电子设备、计算机等领域。
因为稀土永磁材料具有较高的磁化强度和矫顽力，可以产生强大的磁场。
此外，稀土永磁材料还具有良好的抗腐蚀性能、高温稳定性和低温稳定性，适用于各种特殊环境。
然而，稀土永磁材料也存在一些问题，比如资源紧缺、价格高昂、环境污染等。
稀土永磁材料分类
稀土永磁材料分类
稀土永磁材料是被外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保持高剩磁的材料，由稀土元素与过渡金属组成的合金构成。
根据成分的不同，可分为以下几种：
- 钕铁硼磁体：于1980年代初投入商业应用，作为稀土永磁材料，具有高磁能积，矫顽力和高能量密度，机械性能好，是世界上最强的永磁材料，因此在现代已广泛应用。
但是由于其易氧化、易腐蚀，因此要对其表面进行电镀处理。
- 钐钴磁铁：根据其成分分为SmCo5和Sm2Co17。
钐钴磁铁磁铁主要特性是高磁积、高矫顽力和优秀的温度特性，也是第一代与第二代稀土永磁。
但是因为含有稀土元素钐和钴，因此价格比较高，应用范围被价格限制，一般适合应用在高温领域。
- 铁氧体磁铁：主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19。
与其他磁性材料相比，铁氧体磁铁质地坚硬但是比较脆，磁性能低，体积较大。
但是其生产工艺简单、价格很低，耐热性好，所以也被得到广泛的应用。
- 铝镍钴磁铁：由铝，镍，钴，铁和其他微量金属元素构成的一种合金。
具有良好的可加工性，通过铸造工艺可以制成各种尺寸和形状。
具有最低的可逆温度系数，其工作温度可高达600摄氏度。
广泛用于各种仪器和其他应用中。
此外，稀土永磁材料还包括钐铁氮（SmFeN）等种类。
这些材料具有不同的性能和特点，适用于不同的应用领域。
稀土永磁的材料
第一代稀土永磁材料
ReCo5(SmCo5)
第二代稀土永磁材料
Re2TM17
第三代稀土永磁材料
Nd-Fe-B
R-Fe-B系的置换
若以R2(Fe1-xMx)14B为基
R可为Y、Nd、Pr、Gd、 Dy
Pr2Fe14C
M可为Al、Si、Cr、Mn、
矫顽力Hc相当大，磁能积(BH)max相当高 难于磁化，难于退磁 特点：宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁
实际应用中，永磁材 料工作于深度磁饱和 及充磁后磁滞回线的 第二象限退磁部分。
常用的永磁材料：
铝镍钴系 铁铬钴系 永磁合金 永磁合金
永磁铁氧 复合永磁
体
材料
稀土目前 已经探明的稀土资源量约为6588万吨。
稀土在军事、冶金工业、石油化工、玻 璃陶瓷和新材料方面有广泛的用途，被 称为“工业维生素”或“工业黄金”。
4.5.2永磁材料 （permanent magnetic material）
永磁材料，指材料被外磁场磁化以后，去 掉磁场仍保持着较强的剩磁的磁性材料。
4.5稀土永磁材料
4.5.1稀土（Re或R）
镧系【镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷 (Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、 镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、 镥(Lu)】
钪（Sc）、钇（Y）
稀土元素一般分为轻稀土和重稀土。
（铸造磁体的基材）Co、Ni、Cu、Ga、Ge
B可完全置换为C
4.5.4稀土永磁材料的应用
电-机械转换（电机、发电机、计算机VCM） 电-声转换（音响器件、电话） 磁-机械力或转矩（磁分离、磁悬浮列车） 微波器件、电子束、离子束聚焦 传感器、电信号传输、转变 医疗及生物（磁共振成像仪） 其它应用（磁性销钉、真空技术）
稀土永磁发展历程
稀土永磁发展历程稀土永磁是指利用稀土元素制造的永磁材料，具有高磁能积和高矫顽力的特点。
稀土永磁材料的发展历程可以追溯到20世纪70年代，在过去的几十年里取得了长足的发展。
20世纪70年代至80年代初，最先被发现的稀土永磁材料是钕铁硼磁体。
在当时，这种磁体具有较高的磁能积和矫顽力，被广泛应用于电动机、电声器件和计算机磁盘驱动器等领域。
然而，钕铁硼材料中稀土元素的贵价和供应困难限制了其大规模应用。
从80年代中期开始，发展出一种新的稀土永磁材料——钕铁硼—铽稀土磁体。
铽是一种较为丰富且低价的稀土元素，可以减少制造成本和稀土的依赖性。
钕铁硼—铽稀土磁体具有更高的磁能积和矫顽力，逐渐取代了传统的钕铁硼磁体，并在汽车、风力发电和家电等领域得到广泛应用。
随着科技的进步和需求的增加，人们对永磁材料的性能提出了更高要求。
于是，人们开始研发更高性能的稀土永磁材料。
1991年，日本学者开发出了镝铁硼材料，被称为世界上最高的磁能积材料。
镝铁硼材料具有极高的磁矫顽力和磁能积，广泛应用于高端电机、高性能机械和航天航空等领域。
随着稀土永磁材料的不断发展，人们开始关注永磁材料的稳定性和环境适应性。
2008年，欧盟制定了限制稀土元素的进出口政策，导致稀土永磁材料的价格大幅上涨。
为了解决这个问题，研究者开始寻找替代稀土元素的方法。
在2010年左右，研发出了磁针石型和磁铁矿型永磁材料，不再依赖稀土元素。
这些材料具有较低的成本和较好的环境适应性，满足了新能源汽车、节能家电和智能制造等领域的需求。
当前，稀土永磁材料已成为各行各业不可或缺的关键材料。
随着科技的进步，人们对永磁材料的性能需求不断提高。
未来，稀土永磁材料还将继续改良和发展，以满足社会对高性能永磁材料的需求。
总之，稀土永磁材料的发展历程可以追溯到20世纪70年代，经历了钕铁硼磁体、钕铁硼—铽稀土磁体、镝铁硼材料和替代稀土元素永磁材料等阶段。
随着需求和技术的不断变化，稀土永磁材料也在不断发展，为各行各业带来了巨大的贡献。
稀土永磁材料
稀土永磁材料
永磁材料中含有作为合金元素的稀土金属
01 定义
03 特性 05 技术参数
Байду номын сангаас
目录
02 分类 04 应用
稀土永磁材料，即永磁材料中含有作为合金元素的稀土金属。永磁材料是指把磁化后撤去外磁场而能长期保 持较强磁性。
定义
稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结， 经磁场充磁后制得的一种磁性材料。
随着科技的进步，稀土永磁材料不仅应用计算机、汽车、仪器、仪表、家用电器、石油化工、医疗保健、航 空航天等行业中的各种微特电机，以及核磁共振设备、电器件、磁分离设备、磁力机械、磁疗器械等需产生强间 隙磁场的元器件中，而且风力发电、新能源汽车、变频家电、节能电梯、节能石油抽油机等新兴领域对高端稀土 永磁材料的需求日益增长，应用市场空间巨大。
技术参数
钕铁硼永磁材料的物理性能 密度 G/cm³ 7.4-7.6 热传导系数 Kcal/m.h.℃ 7.7 居里温度 ℃ ≥312 维氏硬度 530 抗压强度 Kg/㎜2 80 抗弯强度 Kb/㎜2 24 杨氏模量 Kg/㎜2 1.7×104 电阻率.m 14×105 回复磁导率 1.05 热膨胀系数 C11 3.4×10-6 /c1-4.8×10-6
稀土永磁材料的性能与结构
稀土永磁材料的性能与结构稀土永磁材料是一类特殊的磁性材料，其以稀土元素为主要成分，具有较高的磁能积和矫顽力，被广泛应用于电动机、发电机、磁制冷、声学设备等领域。
它们的性能与结构密切相关，在下面我将详细介绍稀土永磁材料的性能及其与结构之间的关系。
首先，稀土永磁材料的性能受到其晶体结构的影响。
稀土永磁材料多为金属间化合物，其晶体结构可以分为三类：纳结构、逆磁结构和超晶格结构。
纳结构材料是最常见的一类稀土永磁材料，其具有多晶结构，晶粒间有较小的间隙，能够允许磁矩的旋转，使其具有较高的剩磁和矫顽力。
逆磁结构材料中，稀土元素的磁矩方向与其他元素的磁矩方向相反，这种结构能够减小晶格中的磁偶极作用，从而提高材料的磁软化和磁稳定性。
超晶格结构材料则是利用稀土元素和非稀土元素形成晶格交错的结构，能够通过调整不同元素的比例来改变材料的磁性能。
其次，稀土永磁材料的性能与晶体结构中的微观缺陷和磁畴的形成和排列密切相关。
稀土永磁材料中晶格中常常存在晶格扭曲、格点位移等微观缺陷，这些缺陷会影响到晶体的磁性能。
另外，磁畴是稀土永磁材料中磁矩排列有序的区域，其中磁矩之间具有较强的相互作用。
稀土永磁材料在加工过程中通常会出现磁畴的尺寸减小、磁畴的磁相互关联以及磁畴壁的移动等现象，这些变化会影响到材料的磁饱和磁化强度和矫顽力。
此外，氧化物包裹和稀土合金形成等结构工程也会对稀土永磁材料的性能产生显著影响。
稀土永磁材料常常由于氧化等原因引起的微观缺陷，导致对磁矩的影响更大。
通过掺杂适量的氧化物衍生出的包裹薄膜可以有效地减小这些缺陷对磁性能的影响。
此外，稀土合金形成也可以通过引入其他元素来改变晶体结构和磁性能，例如，通过在稀土永磁材料中引入铁、锰等不同元素形成稀土合金，可以改变材料的磁性能。
总之，稀土永磁材料的性能与结构紧密相关。
晶体结构、微观缺陷和磁畴的形成及排列方式等因素对材料的磁饱和磁化强度、矫顽力和磁稳定性等性能产生显著影响。
这些影响因素的进一步研究有助于开发出更具优异性能的稀土永磁材料，并拓展其在新能源、高效电机和磁记录等领域的应用。
稀土永磁材料课件
磨、粘结等加工成各种形状和尺寸的磁体。
03
稀土永磁材料的种类和应用
钕铁硼永磁材料
总结词
具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积等特 点，是目前应用最广泛的稀土永磁材料 。
VS
详细描述
钕铁硼永磁材料是以金属钕、铁、硼为主 要成分的永磁体，其剩磁、矫顽力和磁能 积等性能指标均优于其他稀土永磁材料。 由于其优异的磁性能和较低的生产成本， 钕铁硼永磁材料广泛应用于汽车、电子、 能源、环保等领域，如电动机、发电机、 风力发电机、传感器等。
技术创新需求
随着科技的不断进步，对稀土永磁材料性能的要求也越来越高， 需要不断进行技术创新和研发。
对未来研究和应用的建议
1 2
加强资源开发与环境保护
加大稀土资源的勘探和开发力度，同时加强环境 保护措施，降低对环境的负面影响。
降低制造成本
通过技术创新和规模化生产等方式，降低稀土永 磁材料的制造成本，促进其在更多领域的应用。
铝镍钴永磁材料
总结词
具有较高的磁性能和稳定的温度特性，但制造成本较高。
详细描述
铝镍钴永磁材料是以铝、镍、钴为主要成分的永磁体，其剩 磁和矫顽力较高，且温度稳定性较好。由于其较高的制造成 本，铝镍钴永磁材料主要用于高精度和高性能的领域，如航 空航天、医疗设备等。
铁氧体永磁材料
总结词
具有成本低廉、环保等优点，但磁性能相对较低。
能保持较高的磁化强度。
高磁能积
磁能积是衡量磁体储存磁场能量 的能力，稀土永磁材料具有高磁 能积，可以提供更大的磁场能量。
物理特性
居里点高
居里点是磁性材料失去磁性的温度点，稀土永磁材料的居里点较 高，使其在高温环境下仍能保持磁性。
热稳定性好
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Sm2Fe17Nx合金磁性
REFeN中，N不占据晶格中的特定晶位，而占 据某些间隙位置而称为间隙原子。 随着温度的升高，各 晶位上的原子热振动加剧， 迫使间隙原子溢出。
Sm2 Fe17 N x SmN Fe
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Nd－Fe－B磁体的研发趋势
1. 高（BH）m Nd－Fe－B永磁材料
2. 耐热Nd－Fe－B永磁材料
3. Nd－Fe－B永磁的防锈处理技术 4. 各向异性粉末和各向异性粘结磁体
五、 稀土铁氮永磁材料
在早期研究稀土-过渡族金属间化合物时发现了RE2Fe17， 而它具有较低的Tc和Hc，而无法成为永磁材料。
添加Cr，Si等元素能提高化合物的分解温度,提 高稳定性。