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1、1、什么是永磁材料的磁性能,它包括哪些指標(biāo)?永磁材料的主要磁性能指標(biāo)是:剩磁(Jr, Br)、矯頑力(bHc)、內(nèi)稟矯頑力(jHc)、磁能積(BH)m。我們通常所說(shuō)的永磁材料的磁性能,指的就是這四項(xiàng)。永磁材料的其它磁性能指標(biāo)還有:居里溫度仃c)、可工作溫度(Tw)、剩磁及內(nèi)稟矯頑力的溫度系數(shù)(Br 9, jHc 9)、回復(fù)導(dǎo)磁率(uec.)、退磁曲線方形度(Hk/jHc)、高溫減磁性能以及磁性能的均一性等。除磁性能外,永磁材料的物理性能還包括密度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等;機(jī)械性能則包括維氏 硬度、抗壓(拉)強(qiáng)度、沖擊韌性等。此外,永磁材料的性能指標(biāo)中還有重要的一項(xiàng),就是表面狀態(tài)及其 耐腐

2、蝕性能。2、什么叫磁場(chǎng)強(qiáng)度(H) ?1820年,丹麥科學(xué)家?jiàn)W斯特(H. C. Oersted)發(fā)現(xiàn)通有電流的導(dǎo)線可以使其附近的磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而 揭示了電與磁的基本關(guān)系,誕生了電磁學(xué)。實(shí)踐表明:通有電流的無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線在其周圍所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱 與電流的大小成正比, 與離開(kāi)導(dǎo)線的距離成反比。 定義載有1安培電流的無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線在距離導(dǎo)線1/2 n米遠(yuǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1A/m( 安/米,國(guó)際單位制 SI);在CGS單位制(厘米-克-秒)中,為紀(jì)念?yuàn)W斯特對(duì)電磁學(xué)的 貢獻(xiàn),定義載有1安培電流的無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線在距離導(dǎo)線0.2厘米遠(yuǎn)處磁場(chǎng)強(qiáng)度為1Oe (奧斯特),10e=1/(4 n>103) A/m。磁場(chǎng)強(qiáng)度通

3、常用 H表示。3、什么叫磁極化強(qiáng)度(J),什么叫磁化強(qiáng)度(M),二者有何區(qū)別?現(xiàn)代磁學(xué)研究表明:一切磁現(xiàn)象都起源于電流。磁性材料也不例外,其鐵磁現(xiàn)象是起源于材料內(nèi)部原 子的核外電子運(yùn)動(dòng)形成的微電流,亦稱分子電流。這些微電流的集合效應(yīng)使得材料對(duì)外呈現(xiàn)各種各樣的宏 觀磁特性。因?yàn)槊恳粋€(gè)微電流都產(chǎn)生磁效應(yīng),所以把一個(gè)單位微電流稱為一個(gè)磁偶極子。定義在真空中每 單位外磁場(chǎng)對(duì)一個(gè)磁偶極子產(chǎn)生的最大力矩為磁偶極矩pm,每單位材料體積內(nèi)磁偶極矩的矢量和為磁極化強(qiáng)度J,其單位為T (特斯拉,在 CGS單位制中,J的單位為Gs,1T=10000Gs )。定義一個(gè)磁偶極子的磁矩為pm/,Q為真空磁導(dǎo)率,每單位材料

4、體積內(nèi)磁矩的矢量和為磁化強(qiáng)度M,其SI單位為A/m,CGS單位為Gs(高斯)。M與J的關(guān)系為:J= g0 M,在CGS單位制中,4=1,故磁極化強(qiáng)度與磁化強(qiáng)度的值相等;在 SI單位 制中,g0=4 n>0-7 H/m (亨/米)。4、 什么叫磁感應(yīng)強(qiáng)度(B),什么叫磁通密度(B),B與H, J, M之間存在什么樣的關(guān)系?理論與實(shí)踐均表明,對(duì)任何介質(zhì)施加一磁場(chǎng)H時(shí)(該磁場(chǎng)可由外部電流或外部永磁體提供,亦可由永磁體對(duì)永磁介質(zhì)本身提供,由永磁體對(duì)永磁介質(zhì)本身提供的磁場(chǎng)又稱退磁場(chǎng)-關(guān)于退磁場(chǎng)的概念,見(jiàn)9 Q),介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度并不等于H,而是表現(xiàn)為H與介質(zhì)的磁極化強(qiáng)度J之和。由于介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)

5、強(qiáng)度是由磁場(chǎng)H通過(guò)介質(zhì)的感應(yīng)而表現(xiàn)岀來(lái)的,為與H區(qū)別,稱之為介質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,記為B:B= Q H+J ( SI 單位制)(1-1 )B=H+4tJM (CGS 單位制)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位為T,CGS單位為Gs ( 1T=104Gs)。對(duì)于非鐵磁性介質(zhì)如空氣、水、銅、鋁等,其磁極化強(qiáng)度J、磁化強(qiáng)度M幾乎等于0,故在這些介質(zhì)中磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B相等。由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來(lái)表示,故磁感應(yīng)強(qiáng)度B又可定義為磁力線通量的密度,磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁通密度B在概念上可以通用。5、 什么叫剩磁(Jr , Br),為什么在永磁材料的退磁曲線上任意測(cè)量點(diǎn)的磁極化強(qiáng)度J值和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 值必然小于剩磁J

6、r和Br值?永磁材料在閉路狀態(tài)下經(jīng)外磁場(chǎng)磁化至飽和后,再撤消外磁場(chǎng)時(shí),永磁材料的磁極化強(qiáng)度J和內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不會(huì)因外磁場(chǎng)H的消失而消失,而會(huì)保持一定大小的值,該值即稱為該材料的剩余磁極化強(qiáng) 度Jr和剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br,統(tǒng)稱剩磁。剩磁Jr和Br的單位與磁極化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度單位相同。根據(jù)關(guān)系式(1-1)可知,在永磁材料的退磁曲線上,磁場(chǎng)H為0時(shí),Jr=Br,磁場(chǎng)H為負(fù)值時(shí),J與B不相等,便分成了 J-H和B-H二條曲線。從關(guān)系式(1-1)還可以看到,隨著反向磁場(chǎng)H的增大,B從最大值Br=Jr變化到0,最后為負(fù)值,對(duì)于現(xiàn)代永磁材料,B退磁曲線的變化規(guī)律往往為直線;J退磁曲線的變化規(guī)律則不同:

7、隨著反向磁場(chǎng) H的增大,B值線性減小,由于 B值的減小量總是大于或等于反向磁場(chǎng)H的增大量,故在J退磁曲線上的一定區(qū)域內(nèi)可以保持相對(duì)平直的直線,但其J值總是小于Jr。6、什么叫矯頑力(bHc),什么叫內(nèi)稟矯頑力(jHc) ?在永磁材料的退磁曲線上, 當(dāng)反向磁場(chǎng)H增大到某一值bHc時(shí),磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B為0,稱該反向 磁場(chǎng)H值為該材料的矯頑力 bHc;在反向磁場(chǎng)H= bHc時(shí),磁體對(duì)外不顯示磁通,因此矯頑力 bHc表征永 磁材料抵抗外部反向磁場(chǎng)或其它退磁效應(yīng)的能力。矯頑力bHc是磁路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參量之一。值得注意的是:矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁 Jr。因?yàn)閺模?-1)式可以看到,在H=

8、 bHc處,B=0, 則bHc =J,上面已經(jīng)說(shuō)明,在 J退磁曲線上任意點(diǎn)的磁極化強(qiáng)度值總是小于剩磁Jr,故矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁 Jr。例如:Jr =12.3kGs的磁體,其bHc不可能大于12.3kOe。換句話說(shuō),剩磁 Jr在 數(shù)值上是矯頑力bHc的理論極限。當(dāng)反向磁場(chǎng)H= bHc時(shí),雖然磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B為0,磁體對(duì)外不顯示磁通,但磁體內(nèi)部的微觀磁偶 極矩的矢量和往往并不為 0,也就是說(shuō)此時(shí)磁體的磁極化強(qiáng)度J在原來(lái)的方向往往仍保持一個(gè)較大的值。因此,bHc還不足以表征磁體的內(nèi)稟磁特性;當(dāng)反向磁場(chǎng)H增大到某一值jHc時(shí),磁體內(nèi)部的微觀磁偶極矩的矢量和為0,稱該反向磁場(chǎng) H值為該

9、材料的內(nèi)稟矯頑力 jHc。內(nèi)稟矯頑力jHc是永磁材料的一個(gè)非常重要的物理參量,對(duì)于jHc遠(yuǎn)大于bHc的磁體,當(dāng)反向磁場(chǎng)H大于bHc但小于jHc時(shí),雖然此時(shí)磁體已被退磁到磁感應(yīng)強(qiáng)度B反向的程度,但在反向磁場(chǎng) H撤消后,磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度B仍能因內(nèi)部的微觀磁偶極矩的矢量和處在原來(lái)方向而回到原來(lái)的方向。也就是說(shuō),只要反 向磁場(chǎng)H還未達(dá)到j(luò)Hc,永磁材料便尚未被完全退磁。因此,內(nèi)稟矯頑力jHc是表征永磁材料抵抗外部反向磁場(chǎng)或其它退磁效應(yīng),以保持其原始磁化狀態(tài)能力的一個(gè)主要指標(biāo)。矯頑力bHc和內(nèi)稟矯頑力jHc的單位與磁場(chǎng)強(qiáng)度單位相同。7、什么叫磁能積(BH)m ?在永磁材料的B退磁曲線上(二象限),不同的

10、點(diǎn)對(duì)應(yīng)著磁體處在不同的工作狀態(tài),B退磁曲線上的某一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Bm和Hm (橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo))分別代表磁體在該狀態(tài)下,磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)的 大小,Bm和Hm的絕對(duì)值的乘積(BmHm )代表磁體在該狀態(tài)下對(duì)外做功的能力,等同于磁體所貯存的磁能量,稱為磁能積。在 B退磁曲線上的Br點(diǎn)和bHc點(diǎn),磁體的(BmHm) =0,表示此時(shí)磁體對(duì)外做功的 能力為0,即磁能積為0 ;磁體在某一狀態(tài)下(BmHm )的值最大,表示此時(shí)磁體對(duì)外做功的能力最大,稱 為該磁體的最大磁能積,或簡(jiǎn)稱磁能積,記為(BH)max或(BH)m。因此,人們通常都希望磁路中的磁體能在其最大磁能積狀態(tài)下工作。磁能積的單位在 SI制中

11、為J/m3(焦耳/立方米),在CGS制中為MGOe(兆高奧斯特),100/4 nJ/m3=1 MGOe。8、 什么叫居里溫度 仃c),什么叫磁體的可工作溫度Tw,二者有何關(guān)系?隨著溫度的升高,由于物質(zhì)內(nèi)部基本粒子的熱振蕩加劇,磁性材料內(nèi)部的微觀磁偶極矩的排列逐步紊 亂,宏觀上表現(xiàn)為材料的磁極化強(qiáng)度J隨著溫度的升高而減小,當(dāng)溫度升高至某一值時(shí),材料的磁極化強(qiáng)度J降為0,此時(shí)磁性材料的磁特性變得同空氣等非磁性物質(zhì)一樣,將此溫度稱為該材料的居里溫度Tc。居里溫度Tc只與合金的成分有關(guān),與材料的顯微組織形貌及其分布無(wú)關(guān)。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,將該溫度稱為該磁體的可

12、工作溫度 Tw。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(duì)于同一磁體來(lái)說(shuō)是一個(gè)待定值,也就是說(shuō),同一永磁體在不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以有不同的可工作溫度 Tw。顯然,磁性材料的居里溫度 Tc代表著該材料的理論工作溫度極限。事實(shí)上,永磁材料的實(shí)際可工作Tw遠(yuǎn)低于Tc。例如,純?nèi)?Nd-Fe-B磁體的Tc為312 而其實(shí)際可工作 Tw通常不到100 °C。通過(guò) 在Nd-Fe-B合金中添加重稀土金屬以及Co、Ga等元素,可顯著提高 Nd-Fe-B磁體的Tc和可工作Tw。值得注意的是,任何永磁體的可工作Tw不僅與磁體的Tc有關(guān),還與磁體的jHc

13、等磁性能指標(biāo)、以及磁體在磁路中的工作狀態(tài)有關(guān)。9、 什么叫永磁體的回復(fù)導(dǎo)磁率 (grec.),什么叫J退磁曲線方形度(Hk/jHc),它們有何意義?當(dāng)磁體處在動(dòng)態(tài)工作條件下時(shí),外部反向磁場(chǎng)H或磁體內(nèi)部的退磁場(chǎng) Hd呈周期性變化,此時(shí)如圖 2所示的工作點(diǎn)D亦呈周期性往復(fù)變化,定義在磁體的B退磁曲線上工作點(diǎn) D往復(fù)變化的軌跡為磁體的動(dòng)態(tài) 回復(fù)線,該線的斜率為回復(fù)導(dǎo)磁率grec.。顯然,回復(fù)導(dǎo)磁率 gee.表征了磁體在動(dòng)態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性,它也是永磁體的B退磁曲線方形度,因此它是永磁體的一個(gè)重要的磁特性指標(biāo)之一。對(duì)于Nd-Fe-B燒結(jié)磁體,B退磁曲線為直線且 bHc約等于Br,其回復(fù)導(dǎo)磁率 rec.等于B退磁曲線的斜率且 gec.=1.031.10 。 gee越小,磁體在動(dòng)態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性就越好。值得注意的是,若磁體的 B退磁曲線不是直線,則磁體的回復(fù)導(dǎo)磁率gee.在不同工作點(diǎn)就有不同的值,此時(shí)如何把磁體設(shè)計(jì)在最穩(wěn)定的工作狀態(tài),就顯得非常重要。定義磁體的J退磁曲線上,J=0.9Jr時(shí)的反向磁場(chǎng)大小為 Hk,Hk/jHc可以直觀地表示磁體的 J退磁曲線 方形度。對(duì)于具有高jHc的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體,jHc遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于bHc,當(dāng)反向磁場(chǎng)大于 bHc但小于jHc時(shí), 相應(yīng)的B退磁曲線已進(jìn)入第三象限。由(1-1 )式可知,此時(shí)若磁體的 J

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