2-1稀土磁性材料

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。
M 0 M H B0
① 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。
铁磁性 m= 10-2 ~106 磁 场
磁矩的排列与磁性的关系
Gd—Gadolinium Tb—Terbium Dy—Dysprosium Ho—Holmium Er—Erbium Tm—Thulium Yb—Ytterbium Lu—lutetium Sc—Scandium Y—yttrium
2.1 磁学基础
具有强磁性的材料称为磁性材料。
② 亚铁磁性物质 如铁氧体(M2+Fe23+O4)等， 比铁磁体更常见。
磁 是一些复杂的金属化合物，场
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。
亚铁磁性 m= 10-2 ~106 磁矩的排列与磁性的关系
③ 顺磁性物质
存在未成对电子 → 永久
磁矩。La，Pr，MnAl，
稀土永磁化合物的晶体结构
CaCu5型晶体结构（ SmCo5）
Th2Ni17型和Th2Zn17型晶体结构 Sm2Co17 ）
Nd2Fe14B化合物的晶体结构
一、1：5型
CaCu5
ABAB型
六
方 晶 系
二、2：17型
Th2Ni17型
六 方 晶
系
Th2Zn17型
菱
方 晶 系
2:14:1型
四
方
晶
系
2. SmCo5合金的750℃回火效应
从1967年SmCo5问世以来，人们对SmCo5在热
态下共析分解、沉淀相、晶体缺陷、相变与显微
组织特征进行了大量的研究。是基于SmCo5矫顽
力对晶体缺陷，沉淀相和时效处理十分敏感。研 究者的研究结果和主要的论点主要集中在SmCo5 750℃回火Hc下降上。
矫顽力。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
结
论
磁化强度Ms高
决定发展前途的永磁合金的因素： 磁性能的优劣
磁晶各向异性大 居里点高
原材料资源是否丰富 价格的高低
二、稀土永磁材料晶体结构
稀土永磁材料是以稀土金属间化 合物为基础的永磁材料。稀土的 永磁性能与组成该永磁体的稀土 化合物的晶体结构密切相关。
SmCo5——1：5型 Sm2Co17——2：17型 Nd－Fe－B——2 :14:1型
2.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。
② 硬磁材料
磁化后不易退磁， 而能长期保留磁性的铁氧 体材料称为 硬磁材料，因 而也称永磁材料或恒磁材 料。磁滞回线包围面积大， (Hc≥400A/m) 矫顽力大。 硬磁材料磁滞回线
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。
FeSO4· 2O， Gd2O3 …； 7H
磁 场
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
顺磁性 m=10-6 ~10-5 磁矩的排列与磁性的关系
界温度称为居里温度(Tc)。
④ 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。
磁滞回线
根据矫顽力大小分为： 硬磁材料：Br要高；Hc要高；最大磁能积(BH)m要高；从实用角度考虑，稳 定性要高。 软磁材料：μi和μmax要高；Hc要小；Bs要高；功率损耗要低；稳定性高。
① 软磁材料
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(Hc≤100A/m) ，滞损耗低，磁滞 回线呈细长条形。 软磁材料磁滞回线
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。
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
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。
饱和磁感应强度 剩余磁感应强度
最大磁导率
初始磁导率 矫顽力 磁化曲线
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。
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。
剩磁Mr、矫顽力Hc、磁能积（BH）max 、磁各项 异性HA.
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
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< Hc<80A/m 软磁材料 80A/m< Hc <4000A/m 半硬磁材料 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（Hc） 高，技术磁化到饱和需要的磁场大。
化生产。
磁性能最高的NdFeB被称为“永磁 王”，它的磁能积约为199～400KJ/m3。 在日本实验室已经达到540KJ/m3。
钕铁硼不含贵重金属，原料易得、价
格便宜。
广泛应用于能源、交通、机械、医疗、
计算机、家电等领域。
但中国NdFeB产业仍未形成规模化经营， 产品多为中低档产品，磁能积一般较小， 因而多用于音响器材、磁化器、磁选机等 中低档领域；而日本NdFeB生产只集中于 几个大厂，其产品多为磁能积较高的产品， 多用于计算机VCM、新型电机、MRI等高 技术领域。 中国NdFeB产业只有实现规模化、产业集 团化、产品质量高性能化，才能在国际竞 争中立于不败之地，并带动稀土产业的发 展。
第一代稀土永磁体SmCo5出现，由于储量稀少的
Sm，和昂贵战略金属Co和Ni。不久，为了提高
磁能积开发了第二代Sm2Co17稀土永磁体。
Sm2Co17具有较高的磁性能和稳定性，得到了广 泛的应用。80年代Nd2Fe14B型稀土永磁体问世， 因其优异的性能和较低的价格很快在许多领域取 代了Sm2Co17型稀土永磁体，并很快实现了工业
抗磁性 m= -10-5 ~-10-6 磁矩的排列与磁性的关系 磁 场
⑤ 反铁磁性物质 FeO，FeF3，NiF3，
NiO ， MnO ， 各 种
锰盐以及部分铁氧
磁 场
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 磁矩的排列与磁性的关系
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、
磁光来自百度文库料、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，
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
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、抗磁性、铁磁性、反铁磁 性、亚铁磁性
工艺和特性上分类
1. 烧结磁体（高磁性，高密度）
2. 粘结磁体（低磁性，低密度）
3. 热压磁体（中等磁体，高密度）
4. 热变形压磁体（高磁性，高密度）
5. 热轧磁体（中高磁性，高密度）
制备方法工艺分类
1.粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体 2.还原扩散制粉或氢碎处理粉末工艺制备的烧结磁体 3.快速凝固制粉或氢碎制粉(HDDR)，粉末模压粘结工 艺制 备的粘结磁体 4.快速凝固制粉或氢碎制粉(HDDR)粉末的注射工艺植 被的注射磁体 5.快速凝固制粉或氢碎制粉(HDDR)粉末的热压法制备 的热压磁体 6.用热压磁体再进行热变形压工艺制备的各向异性热 变形压磁体 7.用传统轧钢方法制备的热轧磁体 8.将热变形压磁体磨制成粉，再采用模压或注射等方 法制备成各向异性粘结磁体
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 elements
La—lanthanum Ce—Cerium Pr—Praseodymium Nd—Neodymium Pm—Promethium Sm—Samarium Eu—Europium
2.3 稀土永磁材料性能与 晶体结构
硬磁材料也叫永磁材料，是指材料在外磁场中磁
化后，去掉外磁场仍然保持着较强的剩磁的材料。
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。
特征： 高剩磁、高矫顽力、高磁能积
一、稀土永磁材料的类型
1. 种类
RE－Co永磁（ Co 基永磁） 第一代：1：5型SmCo合金 第二代：2：17型SmCo合金 RE－Fe－B系永磁（铁基稀土永磁） 第三代：NdFeB合金 第四代：Sm-Fe-N合金