稀土磁性材料
稀土磁性材料
稀土磁性材料
稀土磁性材料是一类具有特殊磁性能的材料，由稀土元素和过渡金属元素组成。
这类材料因其独特的磁性能在磁记录、电子器件、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。
本文将对稀土磁性材料的基本特性、制备方法、应用领域等方面进行介绍。
首先，稀土磁性材料具有较高的磁化强度和磁导率，以及较低的磁滞回线和矫
顽力，这使得它们在电磁设备、磁记录材料等领域具有重要的应用。
同时，稀土磁性材料还具有较高的磁饱和感应强度和磁能积，这使得它们在微型电机、传感器等领域具有广泛的应用前景。
其次，稀土磁性材料的制备方法主要包括溶液法、固相反应法、溶胶-凝胶法等。
其中，溶液法是将金属离子在溶剂中形成溶液，通过化学反应得到所需的化合物；固相反应法是将原料中的金属氧化物或金属碳酸盐与还原剂在高温下反应得到所需的化合物；溶胶-凝胶法是将金属离子在溶剂中形成溶胶，通过凝胶化和热处
理得到所需的化合物。
这些制备方法可以有效地控制材料的微观结构和磁性能，从而满足不同领域的应用需求。
此外，稀土磁性材料在磁记录、电磁设备、医疗设备等领域具有广泛的应用。
在磁记录领域，稀土磁性材料可以用于制备高密度、高稳定性的磁记录介质，满足信息存储的需求；在电磁设备领域，稀土磁性材料可以用于制备高效、节能的电机、变压器等设备，提高能源利用率；在医疗设备领域，稀土磁性材料可以用于制备磁共振成像、磁疗等设备，提高医疗诊断和治疗的水平。
综上所述，稀土磁性材料具有独特的磁性能和广泛的应用前景，其制备方法多样，应用领域广泛。
随着科学技术的不断发展，相信稀土磁性材料将在更多领域展现其重要价值，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
稀土材料在磁性材料中的应用研究
稀土材料在磁性材料中的应用研究稀土材料作为一类重要的功能材料，广泛应用于磁性材料中，为其提供了独特的磁性能和物理特性。
本文将探讨稀土材料在磁性材料中的应用研究，从稀土材料的特性、磁性材料的性能以及应用案例等方面进行讨论。
一、稀土材料的特性稀土元素是指镧系元素，包括镧（La）、铈（Ce）、钕（Nd）、铽（Tb）、钆（Gd）、铒（Er）等。
稀土材料具有较高的磁矩、良好的磁特性以及丰富的能级结构，这些特性使得稀土材料在磁性材料中有独特的应用价值。
稀土材料的稀有性使其取名为稀土。
稀土材料的最主要特性之一是其具有较高的磁矩。
稀土元素的电子结构决定了其具有较高的磁性，使得其能够在磁场中具有较强的磁化能力。
此外，稀土材料还具有优异的化学稳定性、电学特性以及良好的导磁性和磁各向异性，这些特性有助于稀土材料在磁性材料中展现出优异的性能。
二、磁性材料的性能磁性材料广泛应用于电子信息、磁记录、医疗检测等领域。
磁性材料的性能主要包括饱和磁化强度、剩余磁化强度、气隙磁化强度和磁化曲线等方面。
稀土材料的应用与其提供的磁矩有关，磁矩越大，磁性材料的性能就越好。
稀土材料在磁性材料中具有的一项重要应用是提高磁性材料的磁化强度。
稀土材料的高磁矩使得磁性材料能在外部磁场的作用下迅速达到饱和磁化，从而提高了磁性材料的磁化强度。
这种提高磁化强度的能力使得稀土材料在声音传播、电动机和变压器等设备中得到广泛应用。
三、应用案例1. 磁存储稀土材料在磁存储中发挥了重要作用。
磁存储材料是用于存储和读取信息的材料，其磁性能决定了存储器的性能。
稀土材料以其高磁矩和优异的磁导性能，使得磁存储器具有更高的存储密度和更低的磁场浓度，从而提高了磁存储器的稳定性和性能。
2. 磁共振成像磁共振成像（MRI）是一种常见的医学影像技术，用于检测人体内部的病理变化。
稀土材料作为MRI对比剂被广泛应用。
稀土材料在外部磁场的作用下可以产生强磁性信号，从而提高MRI的分辨率和对比度，帮助医生更准确地诊断病情。
稀土材料的磁性和自旋特性
稀土材料的磁性和自旋特性引言稀土元素是指周期表中第57-71号元素，也被称为稀土金属。
稀土材料具有独特的物理、化学以及磁性和自旋特性，因此在材料科学和工程领域具有重要地位。
本文将介绍稀土材料的磁性和自旋特性的基本概念、应用以及未来发展方向。
磁性特性稀土材料具有丰富的磁性特性，其中最常见的是铁磁性和反铁磁性。
铁磁性是指材料在外加磁场下能够被磁化并且保持磁化的性质，而反铁磁性是指材料在外加磁场下不被磁化，但具有自发磁化的性质。
稀土材料中的铁磁性主要来源于4f电子的自旋磁矩，而反铁磁性则主要源于电子的轨道和自旋耦合。
稀土材料的磁性特性对于许多应用具有重要意义。
例如，稀土磁体是目前最强最常用的永磁材料，广泛应用于电机、发电机、磁存储器等领域。
稀土材料的磁性特性也对于磁共振成像、磁性材料的设计和合成等方面有着重要的影响。
自旋特性自旋是量子力学中描述粒子自旋角动量的概念。
稀土材料的自旋特性主要表现为自旋量子数的取值和相互作用。
稀土元素具有一种或多种未成对电子，这些未成对电子的自旋量子数可以产生多种不同的自旋态。
这些自旋态对于稀土材料的物理性质和化学反应起到重要的作用。
稀土材料的自旋特性在磁学、光学和电子学等领域具有广泛的应用。
例如，在磁共振成像中，磁性共振信号的产生和解释主要依赖于材料的自旋特性。
在光学领域，稀土材料被广泛应用于激光器和荧光材料等方面。
此外，稀土材料的自旋特性还与其导电性、热导性和光学性质等密切相关。
稀土材料的应用稀土材料在许多领域都有重要的应用。
除了上述提到的永磁材料和磁共振成像外，稀土材料还广泛应用于以下领域：磁性材料稀土铁磁材料因其具有较高的磁滞回线和良好的磁导率而被广泛应用于电机和发电机等设备中。
磁性材料的设计和合成是稀土材料研究的重要方向之一，旨在提高材料的磁性能和稳定性。
光学材料稀土材料的自旋特性使其在光学领域具有独特的应用。
稀土离子具有丰富的能级结构，可以发射出特定波长的荧光，因此被广泛应用于激光器、荧光材料和光纤通信等方面。
稀土材料的磁性质研究
稀土材料的磁性质研究引言稀土材料是一类具有特殊性质的磁性材料，在磁学领域具有广泛的应用。
稀土材料的磁性质研究对于深入了解其结构和性能具有重要意义。
本文将对稀土材料的磁性质研究进行探讨，包括稀土材料的基本特性、磁性的产生机制以及磁性质的研究方法。
稀土材料的基本特性稀土材料是由一系列稀土元素组成的合金，在周期表中位于镧系元素之后的一组元素。
稀土元素具有丰富的电子结构和特殊的磁性质，使得稀土材料在磁学领域具有独特的性能。
稀土材料的基本特性包括以下几个方面： 1. 稀土材料具有较大的磁矩：由于稀土元素的特殊电子结构，稀土材料的磁矩比一般的磁性材料要大。
这使得稀土材料在电磁领域具有更强的磁化能力和更高的磁导率。
2. 稀土材料具有较高的磁滞回线：磁滞回线是指材料在磁化过程中的磁化和去磁化过程之间的差异。
稀土材料由于其特殊的结构，具有较高的磁滞回线，这使得稀土材料在磁性传感器和磁记录领域有着重要的应用。
3. 稀土材料具有较高的磁共振频率：磁共振频率是指材料在外加磁场作用下的共振频率。
稀土材料由于其特殊的结构和电子配置，具有较高的磁共振频率，使得稀土材料在核磁共振成像等领域具有重要的应用。
稀土材料磁性的产生机制稀土材料的磁性是由其特殊的电子结构和磁矩相互作用而产生的。
稀土元素的电子结构具有特殊的规律，使得稀土材料具有较大的磁矩。
稀土材料的磁性主要通过以下几种机制产生： 1. 自旋磁矩：稀土材料中的电子自旋与核自旋相互作用，形成了自旋磁矩。
自旋磁矩是稀土材料磁性的主要来源。
2. 轨道磁矩：稀土材料中的电子在外加磁场作用下，轨道运动状态发生改变，形成了轨道磁矩。
轨道磁矩与自旋磁矩相互作用，共同确定了稀土材料的磁性质。
3. 交换相互作用：稀土材料中的磁矩之间通过交换相互作用相互影响，形成了磁性。
交换相互作用是稀土材料磁性的重要机制之一。
稀土材料磁性质的研究方法稀土材料磁性质的研究方法主要包括实验方法和理论方法两大类。
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
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稀土永磁已成为最具有我国资源特色,且在稀 土领域中发展最快、所占比重最大的产业。
1985 ~ 2010年间全球各类商品磁体产值V （$x108）的变化
100
稀土永磁产业格局的发展趋势
全球制造业向发展中国家重心 转移
80
60
稀土永磁材料发
40
展格局的趋势
20
0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Ferrite Alnico SmCo NdFeB
15% 15%
10% 30%
VCM MRI 永磁电机 电声器件 其它
20% 17%
4%
1% 5%
35%
VCM
MRI
大型电机 电声器件
磁选
小型电机 其它
21
根据相关行业数据，我国的钕铁硼产品主要集 中在电声、磁选、小型电机等低端领域；而 世界领先企业如日本的产品主要集中在音圈 电机VCM、核磁共振成像MRI和汽车动力转 向装置EPS等高端领域
中国
欧美磁材行业 战略转移
日本稀土永磁 产业的收缩和
转移
2000年稀土磁体（NdFeB+SmCo）的产值首次超过了铁氧体的，此趋 势将与日俱增。换言之，稀土磁体在21世纪将唱主角
中国烧结钕铁硼行业状况评价
❖ 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。
③ 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
❖ 二、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，晶体缺陷，掺 杂物机械加工及热处理条件等有关。
产量统计
从产量上看，中国已超过世界总产量的83％，日本占16％，欧美 不到1％；从产值上来说，中国占59％，日本占到39％，欧美2％。
2009年全球NdFeB磁体产量分布图
2009年全球NdFeB磁体产值分布图来自钕铁硼产品的应用领域比较
钕铁硼产品的应用领域-世界
钕铁硼产品的应用领域-中国
30%
18%
中国大约100家NdFeB磁体生 产厂家，主要分布在北京、 天津、山西、浙江和赣州、 包头等地。
包头 北京-天津
山西
2009年产量达到57000吨, 位于世界首位。
中科三环是中国目前最大的生产商——2009年 年产量达到6700吨。
安泰科技目前生产线能力可达年产量2500吨。
浙江
赣州
全球烧结钕铁硼生产量一览表
70000 60000 50000
美 国（t）
欧 洲（t）
日 本（t）
140
中 国（t）
120
合 计（t）
中国占的比例（%）
100
合计增长率（%） 80
40000
60
40 30000
20
20000
0
-20 10000
-40
0
-60
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
和矫顽力，能量密度高， 性价比高，具有良好的机 械特性。
实验室的宠物， 更是工业化的新 兴产业，当今世 界早已掀起了
❖ 缺点：居里温度低，温度 特性差，易于粉化腐蚀。 （通过表面涂层处理解决）
“Nd-Fe-B热”。
永磁材料的应用
主要是利用磁体在气隙产生足够强的磁 场，利用磁极与磁极的相互作用，磁场对带 电物体或粒子或载电流导体的相互作用来做 功，或实现能量，信息的转换。
剩磁Mr、矫顽力Hc、磁能积（BH）max
1.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/m
2.居里温度Tc
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。
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。用Hc表示。 Hci表示内禀矫顽力 Hcb表示磁感矫顽力
❖ 稀土永磁材料的制备：熔炼、浇铸机械合 金化等
❖ 熔炼技术： 真空感应熔炼法 （最常用）
真空电弧熔炼法（多用于实验室研究） 真空热还原扩散法（近年来得到发展）
❖ 合金化或控制合金的结晶组织或制粉：
浇铸/机械合金化/熔体快淬法/气体雾化法/高频震荡 雾化法
❖ 优点：具有极高的磁能积
被称为“磁王” 的钕铁硼不仅是
❖ 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）
四、中国稀土永磁材料的发展状况
中国烧结钕铁硼磁体生产厂家
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。
三、稀土永磁材料
❖ 稀土永磁材料是稀土金属元素（4f） 与过渡族金属（3d）所形成的金属间 化合物为基体的永磁材料。
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
稀土磁性材料 Rare Earth Magnetic Materials
1.磁性材料的分类 2.永磁材料的技术磁参量 3.稀土永磁材料 4.中国稀土永磁材料的发展状况
一、磁性材料的分类
① 按化学组成分类
金属磁性材料、非金属(铁氧体)磁性 材料
② 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