高性能烧结钕铁硼磁体的成分设计
钕铁硼磁性材料
钕铁硼磁性材料钕铁硼磁性材料是一种具有极高磁能积和矫顽力的永磁材料，因其在现代工业和科技领域中具有重要应用价值而备受关注。
钕铁硼磁性材料主要由钕（Nd）、铁（Fe）和硼（B）三种元素组成，其化学式为Nd2Fe14B。
它是目前已知的最强大的永磁材料，具有极高的磁能积和矫顽力，因此在电机、传感器、磁盘驱动器、声学设备等领域有着广泛的应用。
钕铁硼磁性材料的磁性能主要取决于晶粒尺寸、晶粒取向和磁畴结构等因素。
晶粒尺寸的减小可以提高磁性能，因此制备高性能的钕铁硼磁性材料通常采用粉末冶金工艺。
在制备过程中，通过粉末冶金和烧结工艺可以控制晶粒的尺寸和取向，从而获得具有优异磁性能的钕铁硼磁性材料。
钕铁硼磁性材料具有极高的磁能积，这使得它在电机领域有着广泛的应用。
目前，钕铁硼磁性材料已经成为各种电机的主要磁性材料，如风力发电机、电动汽车驱动电机、家用电器电机等。
其高磁能积和矫顽力使得电机可以在更小的体积和重量下获得更大的输出功率，从而提高了电机的效率和性能。
除了在电机领域，钕铁硼磁性材料还在传感器、磁盘驱动器、声学设备等领域有着重要的应用。
在传感器领域，钕铁硼磁性材料可以用于制备高灵敏度的磁传感器，用于测量磁场强度和方向。
在磁盘驱动器领域，钕铁硼磁性材料可以用于制备高密度、高速度的磁盘驱动器，用于存储和读取大容量的数据。
在声学设备领域，钕铁硼磁性材料可以用于制备高性能的扬声器和耳机，用于提供清晰、高保真度的声音。
总的来说，钕铁硼磁性材料是一种具有极高磁性能的永磁材料，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，钕铁硼磁性材料的制备工艺和性能将不断得到提升，其在电机、传感器、磁盘驱动器、声学设备等领域的应用将会更加广泛。
因此，钕铁硼磁性材料在现代工业和科技领域中将发挥越来越重要的作用，对于推动相关领域的发展具有重要意义。
双合金法制备高性能烧结钕铁硼工艺研究_图文(精)
河北工业大学硕士学位论文双合金法制备高性能烧结钕铁硼工艺研究姓名:张志清申请学位级别:硕士专业:材料工程指导教师:崔春翔;田藏韬20070501双合金法制备高性能烧结钕铁硼工艺研究摘要烧结NdFeB作为第三代稀土永磁材料,自1983年被发现以来,以其高性能(理论磁能积为64MGOe 、高性价比得到迅猛发展。
我国是稀土大国,稀土资源占世界储量的80%,这是我们发展稀土永磁材料的最大优势。
然而,我国大多数企业的生产技术水平远远落后于日本和欧美,产品档次也不高,在市场竞争中处于不利的地位,因此,提高烧结NdFeB磁体的性能档次,是许多烧结NdFeB生产企业必须面对的问题。
在公司现有设备条件下,如何使烧结NdFeB磁体性能达到最高,这是本课题研究的出发点。
本课题从 NdFeB 合金铸锭的组织分析入手,采用双合金工艺,制粉采用氢爆工艺,有效控制工艺参数,以获得磁性能最佳的烧结磁体。
对 NdFeB 合金铸锭的组织分析表明, 现有的冶炼设备生产的铸锭, 在稀土含量降低时,析出大量α-Fe。
铸锭中α-Fe相的存在,不仅减少了铸锭中Nd 2 Fe14B相生成数量,还对后续的制粉、成型工序产生不良影响,特别是严重危害烧结钕铁硼磁体的性能,具体表现在磁体的剩磁、磁能积没有因合金中稀土含量的减少而提高,磁体内禀矫顽力亦受到影响。
为此,采用真空高温退火的方式消除铸锭中α-Fe。
用退火后的铸锭直接制备烧结磁体,磁体的剩磁、磁能积显著提高,但内禀矫顽力比较低。
为此,采用双合金工艺提高磁体的矫顽力。
主合金成分接近Nd 2 Fe14B相,辅合金是富钕相。
主合金经高温退火消除α-Fe。
主、辅合金经氢爆破碎后,按一定的比例进行混合后, 气流磨制粉,磁场取向成型,烧结、回火,制成烧结磁体。
通过对氢爆工艺粉末及磁体组织的分析,采用氢爆破碎,有效改善粉末的性质,提高磁体性能。
对双合金磁体的烧结、回火工艺的研究,双合金磁体的烧结温度高于传统磁体的烧结温度,确定最佳的烧结温度为 1105℃,最佳回火温度为 520℃。
烧结钕铁硼永磁材料
烧结钕铁硼永磁材料烧结钕铁硼（NdFeB）永磁材料是一种重要的稀土永磁材料，具有高磁能积、高矫顽力、良好的抗腐蚀性和优异的机械性能，被广泛应用于电机、传感器、声学器件等领域。
本文将对烧结钕铁硼永磁材料的制备工艺、性能特点及应用领域进行介绍。
烧结钕铁硼永磁材料的制备工艺主要包括原料配比、混合研磨、成型压制、烧结等步骤。
首先，将氧化铁、钕铁合金粉末和硼酸盐按一定的化学计量比混合均匀，然后进行球磨或气流粉碎，以提高粉末的活性和均匀度。
接下来，将混合粉末通过模具成型，并在一定的温度和压力下进行烧结，使其晶粒长大并形成致密的结构。
最后，通过热处理和表面处理等工艺，得到具有一定形状和性能要求的烧结钕铁硼永磁材料。
烧结钕铁硼永磁材料具有高磁能积、高矫顽力、良好的抗腐蚀性和优异的机械性能。
其中，高磁能积是指在单位体积内所储存的磁能量，是衡量永磁材料性能优劣的重要指标，烧结钕铁硼永磁材料的高磁能积使其在小型化和轻量化设备中得到广泛应用。
高矫顽力则表明材料在外加磁场作用下不易磁化和去磁化，具有良好的稳定性。
此外，烧结钕铁硼永磁材料还具有良好的抗腐蚀性和优异的机械性能，能够满足不同应用场合的要求。
烧结钕铁硼永磁材料被广泛应用于电机、传感器、声学器件等领域。
在电机领域，烧结钕铁硼永磁材料可以制成各种形状和规格的永磁体，用于直流电机、步进电机、无刷直流电机等，广泛应用于家用电器、汽车、航空航天等领域。
在传感器领域，烧结钕铁硼永磁材料可以制成微型传感器，用于测量和控制系统中，具有灵敏度高、稳定性好的特点。
在声学器件领域，烧结钕铁硼永磁材料可以制成扬声器、耳机等产品，具有高音质和高灵敏度。
总之，烧结钕铁硼永磁材料具有制备工艺简单、性能优异、应用广泛的特点，是一种重要的永磁材料。
随着科学技术的不断发展，烧结钕铁硼永磁材料在新能源、新材料等领域的应用前景将更加广阔。
钕铁硼永磁材料基本知识讲义
钕铁硼永磁材料基本知识讲义钕铁硼（NdFeB）永磁材料是一种由钕（Nd）、铁（Fe）和硼（B）三种元素组成的合金材料。
它具有非常高的磁性能，被广泛应用于电机、发电机、计算机硬盘、声音设备等领域。
本讲义将从材料组成、磁性能、工艺制备和应用等方面介绍钕铁硼永磁材料的基本知识。
一、材料组成钕铁硼合金的化学成分主要由钕、铁和硼组成，其中钕的含量一般在25%~35%，铁的含量在64%~68%，硼的含量在1%~3%左右。
此外，还可以添加一些其他元素如铁、硅、铝等，以调整合金的磁性能和耐腐蚀性能。
二、磁性能钕铁硼永磁材料具有极高的磁能积（BHmax）、饱和磁化强度（Bs）和剩余磁化强度（Br）。
磁能积是指磁体能够储存和释放的磁能量的最大值，决定了材料的磁性能。
饱和磁化强度和剩余磁化强度则分别表示了材料在饱和磁场和零磁场下的磁性能。
钕铁硼永磁材料的磁性能远高于其他传统永磁材料，是目前已知的最强的永磁材料。
三、工艺制备钕铁硼永磁材料的制备过程一般包括熔炼、粉末冶金和烧结工艺。
首先，将合金元素按一定比例在真空或氩气保护下熔炼成块状合金。
然后，将熔炼的合金冷却后破碎成颗粒状的粉末。
最后，使用压力或注射成型等方式将粉末压制成所需形状的坯体，然后在高温下进行烧结。
烧结过程中，粉末颗粒之间发生扩散反应，形成致密的晶粒结构，提高磁性能。
四、应用钕铁硼永磁材料由于其优异的磁性能，被广泛应用于许多领域。
在电机行业中，钕铁硼磁体可以大大提高电机的功率密度和效率，使得电机更小巧轻便。
在声音设备上，钕铁硼磁体可以提供更高的音质和音量。
同时它也被应用在汽车、航天、国防、仪器仪表等领域。
此外，钕铁硼永磁材料还可以用于制备磁性材料、磁性制品、磁性玩具等。
总结：钕铁硼永磁材料是一种由钕、铁和硼组成的合金材料，具有非常高的磁性能和广泛的应用前景。
它的制备过程包括熔炼、粉末冶金和烧结工艺。
钕铁硼永磁材料被广泛应用于电机、声音设备、汽车、航天、国防等领域，提高了产品的性能和效率。
高锆稀土烧结钕铁硼
高锆稀土烧结钕铁硼1.引言1.1 概述概述部分的内容是向读者介绍高锆稀土烧结钕铁硼的背景和重要性。
以下是一种概述部分的写作示例：高锆稀土烧结钕铁硼是一种现代稀土磁性材料，在电子信息技术、机械制造、能源等领域具有广泛的应用前景。
钕铁硼磁体由钕、铁和硼等元素组成，并且由高锆稀土材料进行烧结制备。
高锆稀土是指含有较高锆含量的稀土材料，具有优异的晶体结构和磁性性质，能够有效提高钕铁硼磁体的性能。
本文旨在介绍高锆稀土烧结钕铁硼的制备方法和性能研究，通过对其制备工艺和磁性能进行深入研究，提出优化的制备方案和改善磁性能的方法。
这对于提高钕铁硼磁体的磁化强度、热稳定性和耐磨性等关键性能具有重要意义。
本文将首先介绍高锆稀土烧结钕铁硼的制备方法，包括原料选取、混合磨碎、成型和烧结等工艺步骤。
然后，我们将深入研究高锆稀土烧结钕铁硼的性能，包括磁化特性、矫顽力、磁导率和热稳定性等指标的测定和分析。
通过对这些性能的研究，我们将探索高锆稀土烧结钕铁硼的潜在应用领域和优化方案。
通过本文的研究，我们希望为高锆稀土烧结钕铁硼材料的制备和应用提供有力的支持，并为相关领域的科研人员和工程师提供有价值的参考和指导。
同时，本文的研究结果也有望为稀土磁性材料的开发和应用提供新的思路和方法。
尽管高锆稀土烧结钕铁硼材料的研究还存在一些挑战和困难，但其广泛的应用前景和重要性使其值得深入研究和探索。
通过本文的研究，我们相信可以为高锆稀土烧结钕铁硼的制备和性能研究做出有益的贡献，推动稀土磁性材料的发展和应用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：在本文中，我们将按照以下结构来撰写和组织内容：1. 研究背景：介绍高锆稀土烧结钕铁硼作为一种新型稀土磁性材料的研究背景和意义。
说明高锆稀土烧结钕铁硼在磁性材料领域的重要性和应用前景。
2. 文章大纲：概述本文的组织结构和每个部分的内容。
这有助于读者了解整篇文章的逻辑结构和研究思路。
3. 材料和方法：详细介绍高锆稀土烧结钕铁硼的制备方法、烧结工艺，以及所使用的原材料和实验设备。
烧结钕铁硼磁体
添加合金元素对烧结钕铁硼磁体的影响1、合金元素的种类合金元素的添加对钕铁硼磁体的矫顽力和温度稳定性有着重要影响。
元素进入基体相中的形式为掺杂或者取代。
取代元素要取代四方相中的原子，它可以提高主相的矫顽力，但生成的软磁性相会降低磁体的最大磁能积和剩余磁通密度。
其取代的原子种类有Nd 和Fe。
Nd 的取代元素有Dy、Pr、Sm 等。
Fe取代元素有Co、Ni、Cr 等，它们会影响硬磁性相的结构、内禀磁性及磁体的宏观磁性等。
掺杂元素不取代四方相中的原子，以脱溶物的形式分布于硬磁性四方相内部，也可能在四方相晶粒边界形成新的相，从而取代以前的富Nd 相或富B 相，达到改善硬磁性晶粒的边界微结构的目的。
2、提高烧结NdFeB 永磁材料矫顽力的合金元素Dy 元素是一类重要的添加元素，它能显著提高烧结钕铁硼永磁体的矫顽力。
Nb 提高矫顽力的主要原因是Nb 抑制晶粒生长，细化晶粒，隔离晶粒耦合。
Ga 可以减少富Nd 相与T1相的湿润角，抑制T1的长大，使T1相界面缺陷密度减少，反磁化畴在界面形核困难。
Al 元素也能提高磁体的矫顽力。
3、提高NdFeB 工作温度的合金元素Co 主要存在于主相和富Nd 相中。
Co 元素有提高Tc 和降低可逆损失的作用，但Co 含量高于20at%时，会降低矫顽力。
目前耐热烧结NdFeB磁体中Co的添加量均在10at%左右。
Ga 代替Fe 将影响磁性原子的交换作用，使正交换作用增强，Tc 上升，并减少hirr，提高温度稳定性。
Ga 对提高矫顽力和降低不可逆损失优于其它20 多种元素，Ga 与Nb 或W 联合加入可改善方形度，且可获得相当低的不可逆损失。
用Nb 取代部分Fe，可改善温度稳定性。
Dy 对确保较高温度下的耐热性，是必不可少的元素。
添加Sn 能显著降低磁通不可逆损失。
Sn 主要分布在富Nd 相中，不能细化晶粒。
Sn 能少量溶于Nd2Fe14B 相中，使居里温度Tc 提高。
Si 有使居里温度提高的作用。
稀土永磁材料
稀土钕铁硼永磁材料一、钕铁硼永磁材料的牌号与性能钕铁硼是金属钕、铁、硼和其它微量金属元素构成的合金磁体，是目前磁性最强的稀土永磁，有高的磁能积和良好的矫顽力。
烧结钕铁硼永磁材料按磁极化强度矫顽力大小分为低矫顽力N、中等矫顽力M、高矫顽力H、特高矫顽力SH、超高矫顽力EH、极高矫顽力UH、以及AH等产品，共7类，其中每类产品按最大磁能积大小划分为若干牌号，表1是参照国内钕铁硼生产厂家产品标准，汇总列出的永磁材料的牌号与性能及其应用。
表1 烧结钕铁硼永磁材料的牌号与性能及其应用注：高性能钕铁硼永磁材料行业里一般指（磁能积+矫顽力）60以上的系列产品；二、高性能烧结钕铁硼磁体的成分设计与性能钕铁硼永磁材料是以金属间化合物RE2Fe14B为基础的永磁材料。
主要成分为稀土（RE）、铁（Fe）、硼（B）。
其中稀土Nd为了获得不同性能可用部分镝（Dy）、镨（Pr）、钆（Gd）、钬（Ho）、铽（Tb）等其它稀土金属替代，铁也可被钴（Co）、铝（Al）、铜（Cu）、铌（Nb）、镓（Ga）、锆（Zr）等其它金属部分替代，见表2，硼的含量较小，但却对形成四方晶体结构金属间化合物起着重要作用，使得化合物具有高饱和磁化强度，高的单轴各向异性和高的居里温度。
过去，由于国内钕铁硼企业与国外相比性能相差比较大，比较重视技术进步，把性能提高看作企业发展的关键，但是到今天，钕铁硼骨干企业基本在性能上都能做到N45、45M、42H、40SH、35UH、32EH等（有些企业甚至可以做到N50、48M、45H、38UH、35EH等），因此现在的关键是“性能稳定、产品内在品质好、交货及时、成本最低”，要达到上述几点，产品配方设计时必须优化合金成分，合理地添加某些元素（尽量减少高价格元素<Dy、Nb、Co、Tb、Ga>的添加量，并用低价元素<Cu、A1等>替代部分高价元素的合金元素配比），降低稀土钕含量, 用低成本配比的原料生产出高矫顽力、高使用温度的耐热烧结NbFeB永磁体，产品的高性能化研发和成分设计成为企业生产发展的重要一环。
钕铁硼永磁体
钕铁硼永磁体钕铁硼（NdFeB）永磁体是一种高性能磁体材料，具有极高的磁能积和矫顽力，被广泛应用于各种领域，如电机、发电机、传感器等。
本文将介绍钕铁硼永磁体的特性、制备工艺以及应用。
特性钕铁硼永磁体具有以下几个主要特性：1.高磁能积：钕铁硼永磁体具有极高的磁能积，是目前已知的最高的磁能积材料之一。
这使得钕铁硼永磁体在小型化和高性能化的电机和发电机中得到广泛应用。
2.高矫顽力：钕铁硼永磁体具有极高的矫顽力，这意味着它们在磁场中的稳定性非常好。
它们不容易磁化或退磁，可以在较高温度下长时间保持稳定的磁性能。
3.脆弱性：钕铁硼永磁体具有较高的脆性，容易出现断裂或破损。
因此，在实际的应用中，通常需要采取额外的措施来保护钕铁硼永磁体。
制备工艺钕铁硼永磁体的制备工艺主要包括以下几个步骤：1.原料混合：将钕铁硼永磁体的主要成分，如氧化铁、氧化钕、氧化镁等，按照一定的比例进行混合。
这一步骤的目的是确保成分的均匀分布。
2.压制：将混合后的原料进行压制，通常采用冷压或热压的方式。
这一步骤的目的是获得具有一定形状和密度的初压坯。
3.烧结：将初压坯在高温下进行烧结，通常采用氮气保护气氛。
烧结过程中，原料颗粒形成了致密的晶粒结构，使得材料具有较高的磁性能。
4.磁化：经过烧结的钕铁硼永磁体还需要进行磁化处理，通常采用电磁铁和直流电源进行磁化。
磁化可以提高材料的矫顽力和磁能积。
应用钕铁硼永磁体广泛应用于各个领域，特别是在电机和发电机中的应用最为突出。
以下是钕铁硼永磁体的一些主要应用：1.电动汽车：钕铁硼永磁体在电动汽车的电机中得到广泛应用。
它们具有高磁能积和高矫顽力，能够提供足够的动力输出，并且具有高效率和较小的体积。
2.风力发电机：钕铁硼永磁体被广泛应用于风力发电机中。
它们具有高矫顽力和稳定的磁性能，能够在高速旋转下保持稳定的发电能力。
3.磁共振成像（MRI）：钕铁硼永磁体在医学领域中的应用也非常重要。
它们被用作MRI设备中的磁体，能够产生强大的磁场，用于扫描人体内部的结构和组织。
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õ研究报告õ高性能烧结钕铁硼磁体的成分设计X
何叶青 熊 科+ 周寿增(北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料国家重点实验室 北京 100083)(+北京京磁技术公司 北京 100016)
摘 要 通过对Nd-Fe-B-O四相平衡的分析,定量计算了在一定工艺条件下Nd-Fe-
B
烧结磁体中的主相、富Nd相、富B相和氧化物相的体积分数以及磁体的室温剩磁和磁能积。B
r
和(BH)max分别为1.528T和451kJ/m3是有可能制作出的烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能极限。
关键词 烧结 Nd-Fe-B 成分设计
CompositionDesignofHighQualityNd-Fe-BSinteredMagnets
HeYeqing,XiongKe+,ZhouShouzengStateKeyLaboratoryforAdvancedMetalsandMaterials,SchoolofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnology,Beijing100083+BeijingJingciMagnetismTechnologyCo.,Beijing100016
ABSTRACT ThevolumefractionofNd2Fe14B,Nd90Fe4B4,Nd1.1Fe4B4andNd2O3phas-
esinsinteredNd-Fe-BmagnetsiscalculatedonbaseofthefourphasesequilibriumanalysisofNd-Fe-B,andthemagneticpropertiesarealsoevaluated.Theremanenceandmagneticproductofabout1.523Tand451kJ/m3,respectively,istheutmostmagneticpropertyofNd-Fe-Bsin-teredmagnetthatcanbepracticallyfabricated.KEYWORDS
Nd-Fe-B,sinteredmagnets,compositiondesign
1 引言从理论上讲,永磁体的剩磁(Br)和磁能积(BH)max由下式决定[1,2]: Br=Af(1-B)DJs(1a)(BH)max=B2r4Lrec(1b)式中A为正向畴的体积分数,f为取向度,B是非磁性相的体积分数,D是磁体的相对密度,Js为饱和磁极化强度,Lrec为永磁体的回复导磁率。显然,要得到高磁能积的永磁体,首先必须围绕如何提高烧结磁体的取向度、主相的体积分数以及磁体的致密度等环节
·1·1999年12月磁性材料及器件X收稿日期:1999-08-31来设计合理的合金成分和制作工艺。但为了得到具有足够高矫顽力的烧结Nd-Fe-B永磁,磁体必须含有一定比例的富Nd相。因为在烧结磁体中,富Nd相分布在主相晶粒边界周围,起着对主相晶粒的去磁耦合作用[3];另外,富Nd相在烧结过程中呈液态,对于磁体的致密化和显微组织的均匀化起着重要作用[4]。烧结Nd-Fe-B磁体中除主相(Nd2Fe14B)和富稀土相外,还有富B相(Nd1+EFe4B4)、氧化物相、气孔以及其它杂质相[5]。由于通常的烧结Nd-Fe-B磁体中含有0.1%量级(质量分数)的氧,而氧又对磁体的磁性能有着重大影响,因此完全有必要将其当成Nd-Fe-B中的一个重要的合金元素来考虑[6,7]。目前在关于Nd-Fe-B-O四元合金的磁性能与成分关系的计算方面报导甚少,本文从Nd-Fe-B-O合金四相平衡原理出发,计算并讨论了Nd-Fe-B-O四元合金的Br和(BH)max与成分的关系,为指导高性能烧结Nd-Fe-B磁体的制作提供理论依据。2 Nd-Fe-B-O四元合金的磁性能与成分的关系 设烧结磁体成分(摩尔分数)为NdxFe100-x-y-zByOz,则各组元的质量分数为
WNd=MNdx$
WFe=MFe(100-x-y-z)$
WB=MBy$
WO=MOz$
(2)
式中,$=xMNd+(100-x-y-z)MFe+yMB+zMO,MNd,MFe,MB,MO分别为Nd,Fe,B,O的原子量。设Nd-Fe-B磁体中的氧全部以Nd2O3的形式存在,并假定在烧结状态下,Nd-Fe-B-O磁体以下述四相相互平衡:T1相(Nd2Fe14B,主相),质量分数为WT1,分子量为MT1;T2相(Nd90Fe10,富Nd相),质量分数为WT2,分子量为MT2;T3相(Nd1.1Fe4B4,富B相),质量分数为WT3,分子量为MT3;T4相(Nd2O3,氧化物相),质量分数为WT4,分子量为MT4; 则有
MNdx$=2MNdMT1WT1+90MNdMT2WT2+1.1MNdMT3WT3+2MNd
MT4
WT4
MBy$=MBMT1WT1+4MB
MT3
WT3
MOz$=3MO
MT4
WT4
WT1+WT2+WT3+WT4=1
(3)
由此得出四个平衡相的质量分数WTi(i=1～4)为
WT1=-12MT2x+3(1.1MT2-90MT3)y+8(MT2-45MT4)z+1080$3(360MT1-6.9MT2-90MT3)$MT1
WT2=3(4MT1-MT3)x-3(1.1MT1-2MT3)y-(8MT1-2MT3-6.9MT4)z-20.7$3(360MT1-6.9MT2-90MT3)$MT2
WT3=3MT2x+6(45MT1-MT2)y-2(MT2-45MT4)z-270$3(360MT1-6.9MT2-90MT3)$,T3
WT4=z3$MT4
(4)
·2·JMagnMaterDevicesVol30No6设各相的密度为QTi(i=1～4),则各相的体积分数为VTi=WTiQTi¤(5)这里¤=£4i=1WTiQTi,已知MNd=144.2,MFe=55.85,MB=10.81,MO=16.0,易于得到MTi;对于特定成分的NdxFe100-x-y-zByOz磁体,(4)式中x,y,z,$都是已知值;此外,Nd2Fe14B相的室温饱和磁极化强度Js=1.60T[4],密度QT1=7.589g/cm3[3];近似地认为富Nd相的密度QT2与Nd的密度相等,即QT2=7.00g/cm3[8];已报道Nd1.1Fe4B4相的密度QT3=7.18g/cm3[9];Nd2O3的密度QT4=6.770g/cm3[8];设磁体正向畴的体积分数A=1,磁体的回复磁导率Lrec=1.03[2]。在已知Q和f的条件下,通过(1)～(5)式即可以算出NdxFe100-x-y-zByOz烧结磁体的室温剩磁和磁能积。图1 NdxFe100-x-y-zByOz烧结磁体的(a):剩磁Br、磁能积(BH)max以及(b):主相的体积分数VT1、富Nd相的体积分数VT2随Nd含量的变化情况。设x=12.5～15.0,y=6.0,z=0.1,磁体相对密度Q=0.99,取向度f=0.953 计算结果图1是按(1)～(5)式算出的设定磁体相对密度Q=0.99,取向度f=0.95时,NdxFe100-x-y-zByOz烧结磁体的Br、(BH)max以及主相的体积分数VT1、富Nd相的体积分数VT2随Nd含量的变化情况(x=12.5～25.0,y=6.0,z=0.1)。可以看到,当Nd含量为12.5时,主相的体积分数已达97.4%,富Nd相为2.0%,Br和(BH)max分别为1.466T和415.2kJ/m3。当Nd含量增加到15.0时,主相体积分数为90.16%,富Nd相体积分数为8.94%,Br
和(BH)max分别降至1.357T和355.6kJ/
m3。图2a,b,c给出了Nd13.5Fe80.5-zB6.0Oz烧结磁体的磁性能和各组成相的体积分数随氧含量的变化情况,图2d是Nd13.5Fe80.4B
6.0
O0.1
磁体的磁性能随取向度f和致密度Q的
变化情况。可以看到,随着氧含量的增加,主相和富Nd相的体积分数均下降。当氧含量为0.1时,Nd13.5Fe80.5-zB6.0Oz烧结磁体中的富Nd相体积分数为4.84%,Br和(BH)max
分别为1.421T和390.2kJ/m3。当氧含量增
加到2.0(相当于质量分数为0.5%的氧)时,主相体积分数为93.07%,富Nd相体积分数为2.29%,Br和(BH)max降至1.401T和378.9kJ/m3。对比图1a和图2a,d可以看到,在影响磁体磁性能的几个主要因素中,取向度和致密度的作用是相当显著的。例如,在其它因素固定不变的情况下,当取向度从f=0.90增加到f=0.99时,磁能积增加约71.6kJ/m3。这与文献[10]报道的Nd
13.1
Fe80.9B6.0磁体磁性能与脉冲取向磁场关系
的结果相近。
·3·1999年12月磁性材料及器件图2 Nd13.5Fe80.5-zB6.0Oz(z=0.1～2.0)烧结磁体的(a):Br、(BH)max,(b):主相和富Nd相及(c):富B相和Nd2O3相的体积分数随氧含量的变化情况,VT1,VT2,VT3,VT4分别是Nd2Fe
14
B,Nd2Fe14B,Nd90Fe10,Nd1.1Fe4B4和Nd2O3相的体积分数,(a),(b),(c)中设定磁体的取向
度和相对密度分别为f=0.95和Q=0.99;(d)为Nd13.5Fe80.4B6.0O0.1磁体的Br和(BH)max
随取向度f和相对密度Q的变化(当f和Q中的一个参数变化时,另一个参数固定为0.95)
4 高性能烧结Nd-Fe-B磁体的成分设计和磁性能极限
在高性能烧结Nd-Fe-B磁体的成分设计中,首先必须考虑到磁体中应有足够量的富Nd相以保证足够高的矫顽力。按照En-doh等人[11]的结果,在较好的制作工艺条件下,保证足够高的矫顽力所需的富Nd相体积分数至少为约2.0%。前面我们曾计算出,Nd12.5Fe81.4B6.0O0.1磁体的主相体积分数为97.4%,富Nd相为2.0%,在磁体相对密度Q=0.99,取向度f=0.95时,Br和(BH)max分别为1.466T和415.2kJ/m3。若取向度提高到0.99,则Br和(BH)max分别可达1.528T和451kJ/m3,该磁性能应当就是有可能制作出的烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能极限。 然而,在通常的工艺条件下,制作有足够高矫顽力的烧结Nd-Fe-B磁体所需的富Nd相体积分数远大于2.0%。原因之一是在通常的烧结Nd-Fe-B磁体中,富Nd相的很大一部分呈块状分布在主相晶界交汇处[5],它们对Nd-Fe-B磁体的矫顽力没有任何贡献,相反,只起着增加磁体中的非磁性相的作用。文献[7]的研究结果指出,在烧结Nd-Fe-B磁体中主相晶粒之间至少存在四类边界,其中只有被称为第四类的Nd2Fe14B晶粒边界对矫顽力有贡献。造成制作有足够高矫顽力的烧结Nd-Fe-B磁体所需的富Nd相体积分数远大于2.0%的另一个重要原因是,用通常工艺所制作的磁体中常常含有高于0.2%(质量分数)的氧[10]。设磁体中的氧全部以Nd2O3的形式存在,则每0.1%(质量分数)的氧将与0.60%(质量分数)的Nd反应生成Nd2O3。也就是说,烧结Nd-Fe-B磁体中每增加