磁性材料基礎(chǔ)知識講座

1、一、磁性材料的定義、種類、特點和用途：一、磁性材料的定義、種類、特點和用途： 定義：可用于制造磁功能器件的強磁性材料稱為磁性材料。有硬磁、軟磁、磁薄膜、磁致伸縮材料等。其中應(yīng)用最廣的是硬磁材料和軟磁材料。硬磁材料：是指在外磁場的作用下（即充磁）會帶上磁性，外磁場消失后磁性仍然存在的一種材料。軟磁材料：是在外磁場的作用下會帶上磁性，外磁場消失后它的磁性也會跟著消失的一種材料。表現(xiàn)在性能參數(shù)上就是硬磁材料的Br和Hcj很大而且是越大越好，而軟磁材料它的磁導(dǎo)率高，Br特別是Hcj很小、一般的認為是Hcj0.8KA/m的材料為硬磁材料，一般的磁性材料中都含有Fe、Ni、Co三種元素中的一種或幾種。 磁

2、性材料的發(fā)展：磁性材料的發(fā)展： 發(fā)明年代材料名稱成分Br(Gs)Hcj(Oe) （BH）maxTc()十九世紀(jì)碳鋼CFe9000500.2750十九世紀(jì)末鎢鋼WFe100001700.3750二十世紀(jì)初鈷鋼CoFe90002600.957501940年代鋁鎳鈷5AlNiCo1300050058001950年代鋁鎳鈷8、9AlNiCoTi100002000108001965釤鈷（1：5）SmCo51000020000247001972釤鈷（2：17）SmCoFeCuZr1100020000308001940鋇鐵氧體BaFe12O194000200044651960鍶鐵氧體SrFe12O19400

3、0400044651960鉑鈷PtCo70005000125001980鉑鐵PtFe108004300204001983釹鐵硼Nd2Fe14B130001500040310不同種類磁性材料的特點鐵氧體鐵氧體：廉價品，應(yīng)用非常普遍，但性能低 鋁鎳鈷鋁鎳鈷：在指針式儀表中占主導(dǎo)地位，年產(chǎn)不到一萬噸，工作溫度在450550度內(nèi)都可以正常工作，是可工作溫度最高的一種磁體，但鎳、鈷是戰(zhàn)略物資價格非常高，而且受國際國內(nèi)的政治局勢影響大；釤鈷釤鈷：在軍用品和高檔消費品中占主導(dǎo)地位，年產(chǎn)12千噸，和鋁鎳鈷相比釤鈷的價格更高；但在一些對性能要求很高，而使用溫度也很高的地方就只能使用釤鈷，SmCo5工作溫度為25

4、0，Sm2Co17的工作溫度在350，因此它仍然會有一定的市場，否則以它的價格早就該淘汰了； 鉑鈷鉑鈷：主要在飛機“黑匣子”中應(yīng)用，產(chǎn)量很少； 釹鐵硼釹鐵硼：在電子計算機及其外圍設(shè)備中已占主導(dǎo)地位；它的磁性最強，被稱為永磁王，價格中等，在表面鍍層的保護下，穩(wěn)定性良好，也就是說它的性價比最高，綜合性能最好，它的應(yīng)用是越來越廣，在很多地方只要不受溫度限制，都有取代其它磁鋼的趨勢。 二、磁性材料的磁性能參數(shù)：磁性材料的磁性能參數(shù)： 剩磁剩磁Br:鐵磁體磁化到飽和并去掉外磁場后，在磁化方向保留的磁化強度或磁感應(yīng)強度，Mr或Br，就是在退磁曲線上磁場強度降為零時顯示的磁性能。矯頑力矯頑力：鐵磁體磁化到飽

5、和以后，使它的磁化強度或磁感應(yīng)強度降低到零所需要的反向磁場稱為矯頑力，分別記作Hcj和Hcb。磁能積磁能積BH：表示磁性材料在其退磁曲線上任意一點工作時，能向外部磁路提供的能量。永磁材料的使用一般都是利用它在磁場源或者說是磁力源在空氣隙中產(chǎn)生的磁場，而磁能積是表征它在空氣隙中產(chǎn)生磁場大小的一種參量，因此它是非常關(guān)鍵的一參數(shù)。Hg=(BHVm/Vg)1/2=(BH)mVm/Vg)1/2其中Hg指氣隙磁場，Vg指氣隙體積Vm指磁體的體積 由上式可知：氣隙磁場強度Hg和（BH）max成平方根的關(guān)系，當(dāng)氣隙體積Vg和氣隙磁場強度Hg為一定的情況下，（BH）max大時，磁體的體積Vm可縮小，這也就是現(xiàn)在

6、很多的電子產(chǎn)品能越做越小的一個原因，如手機現(xiàn)在可以越做越小，有很大的一個原因是手機上的蜂鳴器磁鋼可以做得很小，以前的收音機喇叭要那么大的一個磁鋼，你想把它做得很小本身就是不可能的一件事 磁性材料的磁性能參數(shù)（磁性材料的磁性能參數(shù)（2 2）磁體的表磁或磁通磁體的表磁或磁通：表磁是指磁體的表面磁場；磁通是指通過線圈單位面積磁力線的根數(shù)。磁體磁參數(shù)的測量一般是對規(guī)則的圓柱或方塊來進行的，對于一個已加工好的磁性器件因為它的面積已經(jīng)很難計算得非常精確，就只能是通過表磁或磁通來反映它磁性能的強弱了。這是大部分購買磁體的廠家所關(guān)心的問題，一般的，磁體沿充磁方向的厚度越厚其表磁和磁通也會相應(yīng)增高。曲線的方形度

7、曲線的方形度Hk/HcjHk/Hcj：Hk指的是J=0.9Br時相對應(yīng)的磁場，Hk/Hcj可以直觀的表示J退磁曲線方形度?；貜?fù)磁導(dǎo)率回復(fù)磁導(dǎo)率recrec:當(dāng)磁體受到一個周期的外界反磁場后，它的磁性要下降，當(dāng)外磁場消失后它也不能完全回到原來的位置而是要下降一定的值，此時磁體的工作點將在退磁曲線以下形成一個小回路，不能和退磁曲線重合，我們稱此小回路的斜率為回復(fù)磁導(dǎo)率rec。這個值一般都大于1它越接近1說明磁體的抗退磁能力越強，越有利。值得注意的是值得注意的是，若磁體的B退磁曲線不是直線，則磁體的退磁回復(fù)磁導(dǎo)率rec在不同的工作點就有不同的值，此時要把磁體設(shè)計在最穩(wěn)定的工作狀態(tài)就增加了難度，也顯得

8、非常重要。 磁性材料的磁性能參數(shù)（磁性材料的磁性能參數(shù)（3 3）磁體的居里溫度磁體的居里溫度Tc：隨著溫度的升高磁體的磁性能要降低，當(dāng)溫度升高某一值后，磁性能將消失，也就是對外不顯示磁性，稱此溫度為居里溫度。居里溫度只與合金的成分有關(guān)，與材料的顯微組織及其分布無關(guān)。磁體的工作溫度磁體的工作溫度Tw：在某一溫度下，永磁材料的磁性能指標(biāo)與室溫相比降低一規(guī)定的幅度，將該溫度稱為磁體的可工作溫度。由于磁性能的這一降低幅度需要視該磁體的應(yīng)用條件及要求而定，因此，所謂的磁體的可工作溫度Tw對于同一磁體來說是一個待定值，也就是說，同一永磁體在不同的應(yīng)用場合可以有不同的可工作溫度。一般的，我們認為磁體在該溫度

9、下保溫100個小時磁性能下降在5%之內(nèi)便認為是合適的。磁體的不可逆損失磁體的不可逆損失：磁體經(jīng)過一定的溫度和時間加熱后，它的性能要下降一定的值，稱此下降的部分為磁性不可逆損失。 三、三、NdFeB磁體的介紹：磁體的介紹： 3.1NdFeB磁體牌號及特點磁體牌號及特點1、燒結(jié)、燒結(jié)NdFeB磁體的牌號命名及特點：磁體的牌號命名及特點： 燒結(jié)NdFeB的牌號一般由字母N、H、SH、UH、EH加上數(shù)字，常見的有30、35、38、40、42、45、48、50、52等組成。數(shù)字指該牌號磁體的磁能積的大小，而字母則是該牌號磁體矯頑力種類的代號，它們的對應(yīng)關(guān)系為： 字 母NMHSHUHEHHcj值（KOe）

10、121417202530燒結(jié)燒結(jié)NdFeB磁體的牌號命名及特點磁體的牌號命名及特點(2)(2)例如：N50它表示磁體的矯頑力Hcj12，磁能積在4851MGsOe之間；40SH表示磁體的矯頑力Hcj20，磁能積在3841MGsOe之間；一般的，矯頑力越低的牌號它的磁能積可以做得越高，但它受外界的影響大易退磁，而矯頑力Hcj越高的磁體它抵抗外界磁場場的干擾越強，使用時越穩(wěn)定，但它能達到的磁能積會下降，通常以矯頑力Hcj和磁能積（BH）max之和為一定值的磁鋼稱為一個系列。 現(xiàn)在對磁鋼的發(fā)展趨勢是要求高矯頑力、中高磁能積的磁鋼，如40H，35SH等牌號的磁體，對于N52及磁能積更高的磁鋼由于矯頑力

11、較低，磁穩(wěn)定性差一些，反而用的也不是很多，而對于矯頑力很高的牌號如UH、EH由于磁能積較低且價格相對較高也只是在有特殊要求的情況下使用，用的也不是很多。 2、粘結(jié)、粘結(jié)NdFeB磁體牌號的命名及特點：磁體牌號的命名及特點： 粘結(jié)釹鐵硼的命名一般是以它的磁能積來命名的，如BN8指的是磁能積為8MGsOe、BN10指的是磁能積為10MGsOe，對于矯頑力有特別要求的產(chǎn)品一般會指明在數(shù)字后面加上一個數(shù)字以示區(qū)別，這對于不同的廠家一般會有些不同。因為粘結(jié)磁體的性能主要是由磁粉來決定的，而使用的磁粉都是買來的，且都是以MQ公司的磁粉為標(biāo)準(zhǔn)，因此對粘結(jié)NdFeB了解得較多的客戶就會直接要求用什么粉來生產(chǎn)。

12、而磁粉的命名則是以磁能積和矯頑力二項來命名的，如13-9、指的是出廠時它的磁粉測試性能，磁能積（BH）max為13MGsOe，矯頑力（Hcj）為9KOe；14-12則是指磁能積為14MGsOe，矯頑力為12KOe，以此類推。對于粘結(jié)磁體用的最普遍的是13-9和B粉也就是15-9粉，其它的也有針對不同的要求開發(fā)的不同的磁粉，如適合高溫的O粉，要求抗退磁性好的A粉和C粉以及易于充磁的高剩磁的15-7和16-7磁粉。 3、NdFeB粘結(jié)磁體的特點：粘結(jié)磁體的特點： 優(yōu)點優(yōu)點：1）勿需切、割等機械加工，因而缺陷少，強度足夠高。投入產(chǎn)出率可達99.9%，而燒結(jié)磁體最高達98.5%；2）可加工成薄壁環(huán),棒

13、,片及各種特殊形狀(磁環(huán)壁厚0.5mm)的磁體; 3）精密的尺寸公差（0.01-0.05mm），無需拋磨；4）成型過程中可與其它另件復(fù)合壓制成一體，從而降低成本；5）耐蝕性優(yōu)于燒結(jié)磁體; 6）尺寸可大可小,可選范圍大；7）磁性可根據(jù)需要調(diào)節(jié),磁能積在0.5-13MGOe范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；缺點：缺點：1）磁性能低于燒結(jié)磁體；2）比燒結(jié)磁體的熱穩(wěn)定性低。 3.2NdFeB磁體的生產(chǎn)磁體的生產(chǎn) 1、燒結(jié)、燒結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)：磁體的生產(chǎn)：燒結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)流程為：配料（釹鐵、純鐵、硼鐵有其它的元素）熔煉 制粉 成型（這中間有個取向過程） 燒結(jié) 性能測試 機加工 電鍍 充磁包裝。在燒結(jié)NdFe

14、B的生產(chǎn)過程中，它的一個重中之重的貫穿始終的問題就是防氧化。實際上，燒結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)是在做材料，它只管做到材料的性能就可以了，不用去管產(chǎn)品的尺寸精度等；而粘結(jié)NdFeB做的是產(chǎn)品，這也是他們之間很大的差別所在。 2、粘結(jié)、粘結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)：磁體的生產(chǎn)：粘結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)流程為：磁粉粒度處理 加粘結(jié)劑拌粉 壓制成型 固化 電泳 充磁包裝對于粘結(jié)磁體的生產(chǎn)，最重要的一點就是產(chǎn)品的一致性，要求非常高，其中一點就是密度要壓上去，密度如果能壓上去對于產(chǎn)品的很多方面都是很有利的，因為磁粉是買來的，大家都能得相同的磁粉，怎樣把密度做上去，怎樣把產(chǎn)品尺寸控制住就是竟?fàn)幍闹攸c了。另外對于粘

15、結(jié)磁體的生產(chǎn)，人們也越來越發(fā)現(xiàn)充磁是它的一個難點和重點，應(yīng)該花更多的時間和精力在充磁上面，因為很多的時候產(chǎn)品的性能未達到客戶的要求，只是本身的磁性能沒有完全挖掘出來。 3、注塑NdFeB磁體的生產(chǎn)注塑NdFeB磁體的生產(chǎn)流程為：磁粉粒度處理 加粘結(jié)劑拌粉 造粒 注射成型 充磁包裝它的特點是：強度高，韌性好，一致性好，可以方便的和其他的配套件注成一體，如貴司的硅鋼片磁鋼。但是它的價格較高，因為用材料中用的粘結(jié)劑較多導(dǎo)致磁鋼的密度較低，因此相同的粉生產(chǎn)的磁鋼其性能就較壓制磁鋼低，相應(yīng)的生產(chǎn)同等性能的磁鋼注塑磁鋼用的原粉的性能要較壓制磁鋼高出2個能積高，而加的PA12粉的價格也很高，且用的設(shè)備價值也很高，模具的費用也較壓制磁鋼高的較多，因此生產(chǎn)的產(chǎn)品價格也較高。在我們公司，用于造粒的設(shè)備其價值就相當(dāng)不斐。一般的，磁能積為4、5的磁鋼用的磁粉就得是磁能積為8的磁粉（13-9）粉生產(chǎn)，而性能超過5.5-6時就得用BH10的磁粉來生產(chǎn)。但在一些場合必需用注塑磁鋼才能達到。如鑲嵌件，以及強度和韌性要求較高的產(chǎn)品都只能注塑磁鋼來生產(chǎn)。3.3NdFeB磁體的應(yīng)用：磁體的應(yīng)用： 應(yīng)用都和性能和價格相聯(lián)系的，燒結(jié)磁體的性能高這是最大的特點，還有就是它比較便宜，因此能用燒結(jié)的地方一般都會盡量用燒結(jié)磁體，當(dāng)燒結(jié)受到限制時會用粘結(jié)磁體，因為它的價格高，性能低，但是它的精度高、強度優(yōu)于