钕铁硼材料基本知识

钕铁硼材料基本知识
主要内容:
第一章 磁物理基础 第二章 磁性材料的发展概况 第三章 钕铁硼的主要特点及应用 第四章 钕铁硼生产工艺及设备
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第一章 磁物理基础
1 物质的磁现象
磁性材料:magnetic material 钕铁硼磁铁:nd-fe-b magnet 铁氧体磁铁:ferrite magnet 牛磁棒:magnetic bar for cattle? 磁力架:magnetic separator
物质的磁性是一个历史悠久的研究领域,约在三千年前就已受到人们的注 意。中国是最早应用磁性的国家，公元前四世纪，我国制成了世界上最早的指南 针，成为中国的四大发明之一。磁学史上第一部关于磁性的专著是英国(WGilbert) 吉耳伯特的《论磁石》（1600 年），这本书介绍了那时书籍有关的磁性知识。然 而，磁性作为一门科学却到 19 世纪前半期才开始发展。
1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，拉开了磁电之间联系的 序幕；
1820 年末，法国物理学安培证明通电圆形线圈和普通的磁铁一样具有吸引 和排斥的现象。
1831 年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，并提出电磁感应定律， 从而揭示电和磁之间的内在联系；
后来，苏格兰科学家麦克斯韦，将电磁的联系建立起严密的电磁场理论。他 发展了法拉第的思想，用数学的形式总结出电场和磁场的联系，即麦克斯韦方程。
2 磁性的起源
物质的磁性起源于原子磁矩。 原子物理学告诉我们，组成物质的最小单元是原子，原子又由电子和原子核 组成。电子的排布遵循三大原则：1 洪特规则，2 泡利不相容规则，3 能量最低 原理。原子中的电子绕着原子核进行高速运转，电子运转时同时有两种运动形式， 即电子绕原子核的轨道运动和电子绕本身轴的旋转。前者叫电子轨道运动，后者 叫电子自旋。处于旋转运动状态的电子相当于电流闭合回路，必然伴随有磁矩的 发生，电子轨道和电子自旋产生的总磁矩称为原子磁矩。
3 主要磁物理参数
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3.1 磁特性参数
⑴ 剩磁(Br)：永磁材料在闭路状态下经外磁场磁化至饱和后，再撤消外磁场时， 永磁材料的内部磁感应强度 B 并不会因外磁场 H 的消失而消失，而会保持一定 大小的值，该值即称为该材料剩余磁感应强度 Br，统称剩磁。
Br=Jr=A(1-β)d/d0cosφ
A： 正向畴的体积分数 (1-β)： 主相 Nd2Fe14B 的体积分数 d/d0： 烧结磁体的实际密度和理论密度的比值 cosφ：Nd2Fe14B 晶粒 C 轴沿取向方向的取向因子(取向度) Js： Nd2Fe14B 单晶的饱和磁化强度 ⑵ 磁感应强度(B)：由于介质内部的磁场强度是由磁场 H 通过介质的感应而表现 出来的，为与 H 区别，称之为介质的磁感应强度 B=H+J， 对于非铁磁性介质如 空气、水、铜、铝等，其磁极化强度 J、磁化强度 M 几乎等于 0，故在这些介质 中磁场强度 H 与磁感应强度 B 相等。 ⑶ 磁场强度(H)：表示磁场强弱的物理量，定义载有 1 安培电流的无限长导线在 距离导线 0.2 厘米远处的磁场强度为 1Oe。 永磁材料用作磁场源和磁力源，主要利用它在气隙中产生的磁场。
Hg=(BmHm*Vm/μ0Vg)1/2 磁铁在气隙中产生的磁场强度 H 除了与 Vm 、Vg
有关外，主要取决于磁体内部的磁能积。 ⑷磁能积(BH)max：在永磁材料的 B 退磁曲线上(二象限)，不同的点对应着磁 体处在不同的工作状态，B 退磁曲线上的某一点所对应的 Bm 和 Hm（横坐标和 纵坐标）分别代表磁体在该状态下，磁体内部的磁感应强度和磁场的大小，Bm 和 Hm 的绝对值的乘积（BmHm）代表磁体在该状态下对外做功的能力，等同于 磁体所贮存的磁能量，称为磁能积。
理论最大磁能积(BH)max=1/4（μ0Js）2 人们通常都希望磁路中的磁体能
在其最大磁能积状态下工作。 ⑸矫顽力(bHc)：在永磁材料的退磁曲线上，当反向磁场 H 增大到某一值 bHc 时， 磁体的磁感应强度 B 为 0，称该反向磁场 H 值为该材料的矫顽力 bHc.
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⑹内禀矫顽力(jHc)：当反向磁场 H 增大到某一值 jHc 时，磁体内部的微观磁偶 极矩的矢量和为 0，称该反向磁场 H 值为该材料的内禀矫顽力 jHc。 ⑺ Hk:在退磁曲线中 0.9Br 所对应的内禀矫顽力的数值 方形度: Hk/jHc ⑻ 磁矩:Φ*C ⑼ 磁化率 Х=M/H 磁导率=B/H ⑽ 磁力线:处处与磁感应强度方向相切的线，磁感应强度方向与磁力线的方向 相同，其大小和磁力线的密度成正比。
3.2 温度特性参数
① 居里温度(Tc) ：当温度升高至某一值时，材料的磁极化强度 J 降为 0，此时 磁性材料的磁特性变得同空气等非磁性物质一样，将此温度称为该材料的居里温 度 Tc。居里温度 Tc 只与合金的成分有关，与材料的显微。 ② 磁体的可工作温度(Tw)组织形貌及其分布无关。
在某一温度下永磁材料的磁性能指标与室温相比降低一规定的幅度，将该温 度称为该磁体的可工作温度 Tw。由于磁性能的这一降低幅度需要视该磁体的应 用条件及要求而定，因此，所谓的磁体的可工作温度 Tw 对于同一磁体来说是一 个待定值，也就是说，同一永磁体在不同的应用场合可以有不同的可工作温度 Tw。显然，磁性材料的居里温度 Tc 代表着该材料的理论工作温度极限。事实上，
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永磁材料的实际可工作 Tw 远低于 Tc。 ③ 温度系数 剩磁温度系数 а=ΔB/ΔT (%/℃) 内禀矫顽力 β=ΔH /ΔT(%/℃) 例如：已知一产品 20℃时的剩磁为 1.207T ，内禀矫顽力为 30kOe，120℃时内 禀矫顽力为 18.7 kOe， 150℃时的剩磁为 1.063T, 求此产品在（20℃-150℃）剩 磁温度系数，（20℃-120℃）内禀矫顽力温度系数。 计算：利用剩磁温度系数公式 а=ΔB/ΔT (%/℃) а=(1.063-1.207)/1.207*(150-20)×100%=-0.092%/℃ 利用内禀顽力温度系数公式 β=ΔH /ΔT(%/℃) β=（18.7-30.0）/30*(120-20) ×100%=-0.377%/℃ 我司温度系数标准： а：-0.09-0.13%/℃ β：-0.50-0.80%/℃ ④ 其它参数 膨胀系数：/℃ 热导率：W.(m. ℃)-1 比热容:kJ.(kg. ℃) -1
3.3 其它特性参数
抗压强度：MPa 抗拉强度：MPa 密度：g/cm3 硬度：HV 电阻率：Ω.cm 杨氏模量：N.cm-3
3.4 磁滞回线
当 H 从正的最大变化到负的最大,再回到正的最大时,B-H 或 M-H 形成了一条 闭合曲线,这条闭合曲线叫磁滞回线。
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