磁性材料硬磁材料學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1磁性材料磁性材料(c xn ci lio) 硬磁材料硬磁材料第一頁，共75頁。第二節(jié)第二節(jié) 永磁材料永磁材料(cilio)(cilio)發(fā)展歷程發(fā)展歷程第三節(jié)第三節(jié) 金屬金屬(jnsh)(jnsh)基基永磁材料永磁材料第四節(jié)第四節(jié) 鐵氧體基永磁材鐵氧體基永磁材料料(cilio)(cilio)第一節(jié)第一節(jié) 永磁材料重要指永磁材料重要指標(biāo)標(biāo)第五節(jié)第五節(jié) 稀土基永磁材料稀土基永磁材料第1頁/共75頁第二頁，共75頁。第一節(jié)第一節(jié) 永磁材料的重要永磁材料的重要(zhngyo)指標(biāo)指標(biāo)Major indexes of permanent-magnet materials第2頁/共75頁第三頁，共

2、75頁。永磁材料是指被外加磁場磁化以后，除去外磁場，仍永磁材料是指被外加磁場磁化以后，除去外磁場，仍能保留較強(qiáng)磁性的一類材料能保留較強(qiáng)磁性的一類材料永磁體被磁化到飽和以后，如果撤去外加磁場，在磁永磁體被磁化到飽和以后，如果撤去外加磁場，在磁鐵兩個磁極之間的空隙中便產(chǎn)生鐵兩個磁極之間的空隙中便產(chǎn)生恒定磁場恒定磁場，從而對，從而對外外界提供有用的磁能界提供有用的磁能，簡而言之：，簡而言之：永磁體為一個能儲能永磁體為一個能儲能的的“器件器件”儲存儲存(chcn)的靜磁的靜磁能能U：1UB HdV2 永永磁磁體體- -第3頁/共75頁第四頁，共75頁。此外，永磁體本身此外，永磁體本身(bnshn)將受

3、到一退磁場作用，其方向和原來外將受到一退磁場作用，其方向和原來外加磁化場的方向相反，因此永磁體的工作點將從剩磁點加磁化場的方向相反，因此永磁體的工作點將從剩磁點Br移到磁滯移到磁滯回線的第二象限，即退磁曲線上的某一點（如圖回線的第二象限，即退磁曲線上的某一點（如圖D點）點） 衡量永磁材料性能衡量永磁材料性能的好壞，應(yīng)為退磁曲線的好壞，應(yīng)為退磁曲線上的有關(guān)物理量，如剩上的有關(guān)物理量，如剩磁磁Br、矯頑力、矯頑力HC、最、最大磁能積大磁能積(BH)max及這及這些參量些參量(cnling)的穩(wěn)的穩(wěn)定性決定定性決定第4頁/共75頁第五頁，共75頁。1、剩磁、剩磁(shngc)Br2、表觀剩磁、表觀剩

4、磁Bd：由于永：由于永磁體處于開路應(yīng)用狀態(tài)，磁體處于開路應(yīng)用狀態(tài)，因此永磁體的實際因此永磁體的實際(shj)工作點在退磁場作用下由工作點在退磁場作用下由Br點移到點移到D點，其對應(yīng)的點，其對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 0HNMB=HM =-=-d0d1B =H1N d0dB1P =1HN 開路開路磁導(dǎo)磁導(dǎo)率率開路磁導(dǎo)率開路磁導(dǎo)率OP線的斜率線的斜率P值也為一個由永磁體形狀決定值也為一個由永磁體形狀決定的量，同退磁因子的量，同退磁因子N一樣一樣第5頁/共75頁第六頁，共75頁。3、提高、提高(t go)永磁體的剩磁永磁體的剩磁Br的有效途徑：的有效途徑：提高提高M(jìn)S改變永磁材料的成分改變永磁材料的

5、成分現(xiàn)狀：很難大幅度的現(xiàn)狀：很難大幅度的提高提高提高矩形比提高矩形比Br/BS總則：單軸磁各向異性總則：單軸磁各向異性定向結(jié)晶定向結(jié)晶塑性變形塑性變形磁場成型磁場成型磁場處理磁場處理第6頁/共75頁第七頁，共75頁。定向定向(dn xin)結(jié)晶結(jié)晶設(shè)法控制鑄件設(shè)法控制鑄件(zhjin)的冷卻條件，可以得到的冷卻條件，可以得到不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)（如右不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)（如右圖示）圖示）一般來說，快冷時沿?zé)嵋话銇碚f，快冷時沿?zé)崃飨喾吹姆较驎L出流相反的方向會生長出柱狀晶，緩冷時形成等柱狀晶，緩冷時形成等軸晶軸晶若控制熱流若控制熱流(rli)向某一方向流動，則可以獲得沿該方向相反方向凝向某一方向流動，則可

6、以獲得沿該方向相反方向凝固的柱狀晶；固的柱狀晶；實例：實例：AlNiCo永磁體永磁體第7頁/共75頁第八頁，共75頁。塑性變形塑性變形加工纖維組織會因為拉拔加工纖維組織會因為拉拔、軋制、壓縮、軋制、壓縮(y su)等塑等塑性變形方式不同而呈現(xiàn)出性變形方式不同而呈現(xiàn)出各種各樣的類型，因此在各種各樣的類型，因此在磁性材料加工工廠中，這磁性材料加工工廠中，這也屬于重要的生產(chǎn)技術(shù)之也屬于重要的生產(chǎn)技術(shù)之一一磁場磁場(cchng)成型成型在永磁體加工成型過程中，通過在永磁體加工成型過程中，通過施加外磁場，誘導(dǎo)磁各向異性，施加外磁場，誘導(dǎo)磁各向異性，由此可以顯著改善永磁體的矩形由此可以顯著改善永磁體的矩形

7、比特性，采用比特性，采用(ciyng)這種方法這種方法的永磁材料系統(tǒng)主要有鋇鐵氧體的永磁材料系統(tǒng)主要有鋇鐵氧體和鍶鐵氧體等和鍶鐵氧體等第8頁/共75頁第九頁，共75頁。HMBBHCMHC磁感矯頑力磁感矯頑力BHC：在：在BH磁滯回線上，使磁滯回線上，使B0的磁場強(qiáng)度的磁場強(qiáng)度(cchng qingd);內(nèi)稟矯頑力內(nèi)稟矯頑力MHC：在：在MH磁滯回線上，使磁滯回線上，使M0的磁場強(qiáng)度的磁場強(qiáng)度(cchng qingd);通常情況下，通常情況下，當(dāng)當(dāng)B0時，時，HBHCM Mr，即，即0 BHC BrMCBCHH 1、兩種矯頑力的定義、兩種矯頑力的定義(dngy)：第9頁/共75頁第十頁，共75頁

8、。2、提高、提高(t go)永磁體的矯頑力永磁體的矯頑力HC的有效途徑：的有效途徑：原則：永磁材料原則：永磁材料(cilio)的矯頑力的大小主要由各種因素（如磁各向異的矯頑力的大小主要由各種因素（如磁各向異性、摻雜、晶界等）對反磁化過程的疇壁不可逆位移或磁疇不可逆轉(zhuǎn)動性、摻雜、晶界等）對反磁化過程的疇壁不可逆位移或磁疇不可逆轉(zhuǎn)動的阻滯作用的大小來決定，阻滯作用越大，矯頑力越大的阻滯作用的大小來決定，阻滯作用越大，矯頑力越大i、磁疇的不可逆轉(zhuǎn)動、磁疇的不可逆轉(zhuǎn)動 Sc/SSSKHabc NNMMM 100第10頁/共75頁第十一頁，共75頁。室溫室溫(sh wn)條件下，單疇顆粒計算的最大矯頑力

9、條件下，單疇顆粒計算的最大矯頑力第11頁/共75頁第十二頁，共75頁。ii、疇壁的不可逆位移、疇壁的不可逆位移(wiy)反磁化過程由疇壁的不可逆位移所控制，則一般有兩種情況反磁化過程由疇壁的不可逆位移所控制，則一般有兩種情況(qngkung)（1）反磁化時材料內(nèi)部存在著磁化在反方向的磁疇；）反磁化時材料內(nèi)部存在著磁化在反方向的磁疇；（2）不存在這種反向疇）不存在這種反向疇對于情況（對于情況（1）：磁性材料制備過程中不可避免要出現(xiàn)各種晶格缺陷）：磁性材料制備過程中不可避免要出現(xiàn)各種晶格缺陷、雜質(zhì)、晶界等，這些部分在反磁化時將構(gòu)成反磁化核，它們將進(jìn)一、雜質(zhì)、晶界等，這些部分在反磁化時將構(gòu)成反磁化核

10、，它們將進(jìn)一步長大位反磁化疇，該情況下，獲得高矯頑力的關(guān)鍵在于反向步長大位反磁化疇，該情況下，獲得高矯頑力的關(guān)鍵在于反向(fn xin)磁場必須大于大多數(shù)疇壁出現(xiàn)不可逆位移的臨界磁場，而臨界磁場必須大于大多數(shù)疇壁出現(xiàn)不可逆位移的臨界磁場，而臨界磁場的大小則依賴于各種因素對疇壁位移的阻滯磁場的大小則依賴于各種因素對疇壁位移的阻滯第12頁/共75頁第十三頁，共75頁。對于情況對于情況(qngkung)（2）：如果材料制備時基本上不存在缺陷，則永磁材）：如果材料制備時基本上不存在缺陷，則永磁材料在反磁化開始時，根本就不存在反磁化核，那么千方百計地阻止反磁化核料在反磁化開始時，根本就不存在反磁化核，那

11、么千方百計地阻止反磁化核出現(xiàn)就是提高矯頑力的重要途徑，出現(xiàn)就是提高矯頑力的重要途徑，從這個角度來看，我們希望晶體中的缺陷越少越好從這個角度來看，我們希望晶體中的缺陷越少越好傳統(tǒng)永磁材料：對疇壁不可逆位移的阻滯因素主要傳統(tǒng)永磁材料：對疇壁不可逆位移的阻滯因素主要(zhyo)有內(nèi)應(yīng)有內(nèi)應(yīng)力起伏、顆粒狀或片狀摻雜以及晶界等力起伏、顆粒狀或片狀摻雜以及晶界等新型稀土永磁材料：強(qiáng)烈地疇壁釘扎效應(yīng)是造成高矯頑力的重要原新型稀土永磁材料：強(qiáng)烈地疇壁釘扎效應(yīng)是造成高矯頑力的重要原因之一因之一第13頁/共75頁第十四頁，共75頁。它是永磁材料兩磁極之間的空隙中所能提供它是永磁材料兩磁極之間的空隙中所能提供(tg

12、ng)磁能的量度，數(shù)值上等磁能的量度，數(shù)值上等于退磁曲線上各點所對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度乘積中的最大值于退磁曲線上各點所對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度乘積中的最大值當(dāng)永磁材料的工作點位于退磁曲線上具有當(dāng)永磁材料的工作點位于退磁曲線上具有(BH)max的那一點時，為了提供的那一點時，為了提供(tgng)相同的磁能所需要的永磁材料體積將最小相同的磁能所需要的永磁材料體積將最小最大磁能積所對應(yīng)點應(yīng)該與永磁體的形狀有關(guān)最大磁能積所對應(yīng)點應(yīng)該與永磁體的形狀有關(guān)，即與開路，即與開路(kil)磁導(dǎo)率的斜率大小有關(guān)；磁導(dǎo)率的斜率大小有關(guān)；最大磁能積最大磁能積(BH)max的理論值為的理論值為0MS2/4足夠高的

13、內(nèi)稟矯頑力和盡可能高的飽和磁化強(qiáng)足夠高的內(nèi)稟矯頑力和盡可能高的飽和磁化強(qiáng)度度MS是使是使(BH)max接近理論值的必要條件接近理論值的必要條件第14頁/共75頁第十五頁，共75頁。指永磁體的有關(guān)磁性能在長時間使用過程中或受到溫度指永磁體的有關(guān)磁性能在長時間使用過程中或受到溫度、外磁場、沖擊、振動等外界因素影響時保持不變的能、外磁場、沖擊、振動等外界因素影響時保持不變的能力力Z100%Z 第15頁/共75頁第十六頁，共75頁。第二節(jié)第二節(jié) 永磁材料永磁材料(cilio)的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程Developing course of permanent-magnet materials第16頁/共7

14、5頁第十七頁，共75頁。3d金屬金屬(jnsh)永永磁發(fā)展期磁發(fā)展期 4f金屬金屬(jnsh)永磁發(fā)展永磁發(fā)展期期 第17頁/共75頁第十八頁，共75頁。第三節(jié)第三節(jié) 金屬金屬(jnsh)基永基永磁材料磁材料Metal-based permanent-magnet materials第18頁/共75頁第十九頁，共75頁。金屬基永磁材料的發(fā)展基本上可分為金屬基永磁材料的發(fā)展基本上可分為(fn wi)三個階段：三個階段： 1、1931年以前，主要是淬火硬化型磁鋼（淬火馬氏體鋼）年以前，主要是淬火硬化型磁鋼（淬火馬氏體鋼），其矯頑力主要起源于馬氏體相變（原始奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏，其矯頑力主要起源于馬

15、氏體相變（原始奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織），但磁性能較差；體組織），但磁性能較差； 2、1931年以后，發(fā)明了年以后，發(fā)明了FeAlNi合金，逐漸過渡到合金，逐漸過渡到AlNiCo； 3、70年代以后發(fā)明的一些時效硬化型和有序硬化型永磁合年代以后發(fā)明的一些時效硬化型和有序硬化型永磁合金，如金，如Fe-Cr-Co、Cu-Ni-Fe、Fe-Pt、Fe-Co-V、Mn-Al-C等，優(yōu)等，優(yōu)勢勢(yush)在于可加工性較好以及適合于特殊場合使用在于可加工性較好以及適合于特殊場合使用第19頁/共75頁第二十頁，共75頁。1、Al-Fe-Ni相圖相圖(xin t)分分析：析： 相：富鐵的強(qiáng)磁性相；相：富鐵

16、的強(qiáng)磁性相；相：相：NiAl化合物為基的體心化合物為基的體心立方固溶體，呈弱磁性或非磁立方固溶體，呈弱磁性或非磁性；性； 相：以相：以Ni為基的面心立方固為基的面心立方固溶體，呈弱磁性；溶體，呈弱磁性；工業(yè)上生產(chǎn)的工業(yè)上生產(chǎn)的FeNiAl永磁合金永磁合金是從鐵角伸向是從鐵角伸向NiAl化合物的虛化合物的虛線上并位于線上并位于(wiy) 相的相的兩相區(qū)內(nèi)兩相區(qū)內(nèi)第20頁/共75頁第二十一頁，共75頁。AlNiCo相圖相圖(xin t)和和AlNiFe相圖相圖(xin t)之之間的差異：間的差異： 兩相圖基本上相似，但各相存在的溫度兩相圖基本上相似，但各相存在的溫度(wnd)范圍和居里溫度范圍和居

17、里溫度(wnd)有所不同，由于有所不同，由于Co的影響，高溫的影響，高溫相轉(zhuǎn)變?yōu)橄噢D(zhuǎn)變?yōu)橄嗟姆纸庀嗟姆纸鉁囟葴囟?wnd)將下降，同時還將使將下降，同時還將使相區(qū)和相區(qū)和 相區(qū)向低溫擴(kuò)展相區(qū)向低溫擴(kuò)展 相的主要成分相的主要成分(chng fn)是是Fe和和Co，只含少，只含少量量Cu、Al、Ti等；等；相主要有相主要有Ni、Al、Ti組成組成第21頁/共75頁第二十二頁，共75頁。2、影響、影響Al-Ni-Co合金磁性能的主要合金磁性能的主要(zhyo)因素：因素： 縱觀鑄造鋁鎳鈷合金幾十年來的發(fā)展歷史，可以了解到其磁縱觀鑄造鋁鎳鈷合金幾十年來的發(fā)展歷史，可以了解到其磁性能得到不斷提高的主要原

18、因大致有以下三個方面：性能得到不斷提高的主要原因大致有以下三個方面： 改變合金成分，主要是調(diào)整含鈷量和相應(yīng)添加少量有益元素改變合金成分，主要是調(diào)整含鈷量和相應(yīng)添加少量有益元素，如鈷、銅、鈮等；，如鈷、銅、鈮等； 尋求最佳熱處理工藝，主要是磁場冷卻或等溫磁場熱處理的尋求最佳熱處理工藝，主要是磁場冷卻或等溫磁場熱處理的應(yīng)用；應(yīng)用； 控制結(jié)晶方向控制結(jié)晶方向(fngxing)，制造柱狀晶合金。，制造柱狀晶合金。第22頁/共75頁第二十三頁，共75頁。a、成分、成分(chng fn)的影的影響響 對磁性有害的元素：對磁性有害的元素：C、P、S、Mn等；等； FeNiAl合金中，若合金中，若Ni、Al含

19、量增加，導(dǎo)致合金的含量增加，導(dǎo)致合金的Br下降，下降，最佳配方最佳配方27.5Ni、14Al的合金具有最大的的合金具有最大的(BH)max值（缺值（缺點：制備這種合金的臨界點：制備這種合金的臨界(ln ji)冷卻速率較高冷卻速率較高15 C/s）；）； FeNiAl合金的最佳合金的最佳Al含量可選擇含量可選擇1214，在此基礎(chǔ)上，在此基礎(chǔ)上，增大含鎳量，可提高增大含鎳量，可提高Hc和和(BH)max值（調(diào)節(jié)值（調(diào)節(jié)Al/Ni配比可改變配比可改變合金磁性能）；合金磁性能）；添加添加24的的Cu對對FeNiAl和和AlNiCo合金都有利（提高合金都有利（提高HC、保證重復(fù)性）；、保證重復(fù)性）；第2

20、3頁/共75頁第二十四頁，共75頁。在在FeNiAl合金中添加合金中添加Co可提高飽和磁化強(qiáng)度和距離溫度，還可降低可提高飽和磁化強(qiáng)度和距離溫度，還可降低(jingd)臨界臨界冷卻速率；冷卻速率；AlNiCo合金中，合金中，Ti的添加量的添加量(18%)隨合金含鈷量的增大而增大，（與隨合金含鈷量的增大而增大，（與Co共同作共同作用，使合金中用，使合金中相微細(xì)顆粒尺寸比發(fā)生變化；相微細(xì)顆粒尺寸比發(fā)生變化；AlNiCoAlNiCo合金的矯合金的矯頑力主要來自均勻頑力主要來自均勻彌散分布在弱磁性彌散分布在弱磁性基體相（基體相（相）中相）中的的 相顆粒相顆粒(kl)(kl)的的形狀各向異性）形狀各向異性

21、）第24頁/共75頁第二十五頁，共75頁。 在在AlNiCo合金合金(hjn)中，中，Nb的添加（的添加（0.32）對矯頑力的）對矯頑力的影響和影響和Ti相同，且不會明顯地導(dǎo)致相同，且不會明顯地導(dǎo)致Br下降，還可以改善合金下降，還可以改善合金(hjn)的加工性能；的加工性能；Si、Zr等加入有利于降低臨界冷卻速率；等加入有利于降低臨界冷卻速率；Ce、La、Sm、Se等加入有利于改善研溶性。等加入有利于改善研溶性。第25頁/共75頁第二十六頁，共75頁。b、熱處理的影響、熱處理的影響(yngxing)固溶處理：重新加熱固溶處理：重新加熱(ji r)到高溫，消除對磁性有害相到高溫，消除對磁性有害相

22、 （相）相）磁場冷卻磁場冷卻(lngqu)或等溫磁場處理或等溫磁場處理：回火：一般多為多級回火處理以提高回火：一般多為多級回火處理以提高HC和和(BH)max第26頁/共75頁第二十七頁，共75頁。c、定向、定向(dn xin)結(jié)晶結(jié)晶理論分析：理論分析：AlNiCo合金的組織是合金的組織是相，相， 其中其中相的易磁化方向為相的易磁化方向為，如果合金中絕大多數(shù)晶粒的，如果合金中絕大多數(shù)晶粒的方向都能整齊地沿一個方向排列，方向都能整齊地沿一個方向排列，則剩磁則剩磁Br可大大提高；可大大提高；實際情況：因合金實際情況：因合金方向有最好的熱方向有最好的熱傳導(dǎo)性能，因而采用特殊的鑄造方法，傳導(dǎo)性能，因

23、而采用特殊的鑄造方法，如高溫如高溫(gown)鑄型法等，可使合金沿鑄型法等，可使合金沿方向形成柱狀晶材料方向形成柱狀晶材料第27頁/共75頁第二十八頁，共75頁。 Note：柱狀晶的形成和鋁鎳鈷臺金中鋁、鈦、硫、碳等含量有著密切的聯(lián)系：柱狀晶的形成和鋁鎳鈷臺金中鋁、鈦、硫、碳等含量有著密切的聯(lián)系(linx)對于含鋁量為對于含鋁量為7.08.5的鋁鎳鈷合金，如果其含的鋁鎳鈷合金，如果其含Ti量大于量大于0.5，就可破，就可破壞柱狀晶的形成。因此，在含鈷量較高的合金中，一般情況下很難得到柱狀晶，但壞柱狀晶的形成。因此，在含鈷量較高的合金中，一般情況下很難得到柱狀晶，但是，如果加入少量的硫是，如果加

24、入少量的硫 (0.150.30)或或 硫和碳硫和碳 (0.20.3)則可制得較為滿意的則可制得較為滿意的柱狀晶。柱狀晶。第28頁/共75頁第二十九頁，共75頁。第29頁/共75頁第三十頁，共75頁。指機(jī)械性能較好，允許通過沖壓、軋制、車削等手段加指機(jī)械性能較好，允許通過沖壓、軋制、車削等手段加工成各種帶、片、板、線同時又具有較高磁性能的永磁工成各種帶、片、板、線同時又具有較高磁性能的永磁合金合金1、Fe-Cr-Co永磁合金：發(fā)明永磁合金：發(fā)明(fmng)思路與思路與AlNiCo相類似相類似 獲得各向異性獲得各向異性Fe-Cr-Co永磁合金的主要途徑永磁合金的主要途徑(tjng)有：磁場熱處有：

25、磁場熱處理（含理（含Co量較高）和形變時效處理（含量較高）和形變時效處理（含Co量較低）量較低） 矯頑力的起源與矯頑力的起源與AlNiCo相似相似來自來自相（鐵磁相）的形狀各向相（鐵磁相）的形狀各向異性；異性； Fe-Cr-Co合金的基本成分范圍為：合金的基本成分范圍為：2033、325Co，余為，余為Fe，常添加，常添加V、Ti、Mo、Zr、Nb、Si等元素以改善磁性能等元素以改善磁性能第30頁/共75頁第三十一頁，共75頁。主流方向：降低含鈷量、保證合金有足夠好的磁性能，如主流方向：降低含鈷量、保證合金有足夠好的磁性能，如32Cr-4%Co-0.5%Ti-Fe合金，其磁性能基本上與含鈷量為

26、合金，其磁性能基本上與含鈷量為24的的AlNiCo永磁合金的性永磁合金的性能相差無幾能相差無幾(xing ch w j)（缺點：該合金在磁場中冷卻速率僅為（缺點：該合金在磁場中冷卻速率僅為0.40.9C/h）2、Pt-Co (Pt-Fe) 永磁合金永磁合金(hjn)：特點：高溫相特點：高溫相面心立方無序結(jié)構(gòu)，低溫相面心立方無序結(jié)構(gòu)，低溫相面心四方有序結(jié)構(gòu)面心四方有序結(jié)構(gòu) 無序有序轉(zhuǎn)變無序有序轉(zhuǎn)變很高的磁晶各向異性，易磁化方向從很高的磁晶各向異性，易磁化方向從轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到方向上方向上 性能性能(xngnng)非常好的永磁材料，近幾年發(fā)展特別迅速非常好的永磁材料，近幾年發(fā)展特別迅速第31頁/共75頁第

27、三十二頁，共75頁。第四節(jié)第四節(jié) 鐵氧體基永磁材料鐵氧體基永磁材料(cilio)Ferrite-based permanent-magnet materials第32頁/共75頁第三十三頁，共75頁。發(fā)展發(fā)展(fzhn)現(xiàn)狀：現(xiàn)狀：磁性能較稀土永磁合金以及磁性能較稀土永磁合金以及AlNiCo等金屬基合金等金屬基合金差；差；原材料豐富且價格較低，工藝簡便成熟、抗退磁性原材料豐富且價格較低，工藝簡便成熟、抗退磁性能優(yōu)良能優(yōu)良(yuling)，故仍是產(chǎn)量最大的永磁材料（但，故仍是產(chǎn)量最大的永磁材料（但產(chǎn)值已被稀土永磁合金超過）；產(chǎn)值已被稀土永磁合金超過）；典型代表：典型代表：BaFe12O19、Sr

28、Fe12O19第33頁/共75頁第三十四頁，共75頁。配料與混料配料與混料高溫?zé)Y(jié)成形高溫?zé)Y(jié)成形破碎破碎干燥干燥造粒造粒整粒整粒壓縮成型壓縮成型外部磁場外部磁場壓縮成型壓縮成型高溫?zé)Y(jié)成形高溫?zé)Y(jié)成形加工、檢測、出廠加工、檢測、出廠各向同性各向同性( xin tn xn)磁磁體體 各向異性各向異性( xin y xn)磁磁體體 工藝過程要點：一料、二燒、三成型工藝過程要點：一料、二燒、三成型第34頁/共75頁第三十五頁，共75頁。 一料（以一料（以BaFe12O19為例說明為例說明(shumng)）：）： 理論上來說，理論上來說，BaO : Fe2O3=1 : 6，但實際生產(chǎn)中，要得到，但實

29、際生產(chǎn)中，要得到具有最佳永磁性能的鋇鐵氧體，一般具有最佳永磁性能的鋇鐵氧體，一般(ybn)采用過鐵配方，即采用過鐵配方，即BaO : Fe2O3 1 : 6（5.0-5.9），具體比例與原料的純度有關(guān)，），具體比例與原料的純度有關(guān)，若原料純度越高，可選擇的配比越高；若原料純度越高，可選擇的配比越高； 基本配方確定以后，為了改善磁性能，還要添加少量高嶺基本配方確定以后，為了改善磁性能，還要添加少量高嶺土以及土以及La2O3等來提高矯頑力；若希望剩磁高一些，也可以添等來提高矯頑力；若希望剩磁高一些，也可以添加加Bi2O3、PbO等低熔點化合物等低熔點化合物第35頁/共75頁第三十六頁，共75頁。

30、二燒（以二燒（以BaFe12O19為例說明為例說明(shumng)）：）： 燒結(jié)溫度與保溫時間對磁性能也是影響很大的，如燒結(jié)溫度高，則剩燒結(jié)溫度與保溫時間對磁性能也是影響很大的，如燒結(jié)溫度高，則剩磁高，矯頑力低；反之燒結(jié)溫度低，則矯頑力高，剩磁低；燒結(jié)溫度過高磁高，矯頑力低；反之燒結(jié)溫度低，則矯頑力高，剩磁低；燒結(jié)溫度過高與過低都會導(dǎo)致與過低都會導(dǎo)致(dozh)磁性能下降磁性能下降 三成型三成型(chngxng)（以（以BaFe12O19為例說明為例說明）：）： 原則：為了提高剩磁原則：為了提高剩磁Br，成型時必須使一個個單疇顆粒的易磁，成型時必須使一個個單疇顆粒的易磁化方向沿著一定方向排列起

31、來；化方向沿著一定方向排列起來； 通常采用磁場取向成型法，也就是在成型時附加一直流強(qiáng)通常采用磁場取向成型法，也就是在成型時附加一直流強(qiáng)磁場使磁矩沿磁場方向排列；獲得的產(chǎn)品為各向異性永磁體磁場使磁矩沿磁場方向排列；獲得的產(chǎn)品為各向異性永磁體第36頁/共75頁第三十七頁，共75頁。類類別別特特點點磁性能磁性能主要用途主要用途Br (T)BHC(kA/m)(BH)max(kJ/m3)鋇鋇鐵鐵氧氧體體各向同性各向同性0.210.221271317.27.6兒童玩具、微型電機(jī)兒童玩具、微型電機(jī)各向異性高各向異性高HC0.360.37 22323923.925.5電子灶、磁控管電子電子灶、磁控管電子各向異

32、性高各向異性高Br0.400.4313517527.931.8揚(yáng)聲器、拾音器、汽車電機(jī)揚(yáng)聲器、拾音器、汽車電機(jī)鍶鍶鐵鐵氧氧體體各向異性高各向異性高HC0.350.4023926323.927.9汽車電機(jī)、磁控管汽車電機(jī)、磁控管各向異性高各向異性高Br0.410.4515115930.235.8磁選機(jī)、耳機(jī)、拾音器、大型磁選機(jī)、耳機(jī)、拾音器、大型揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器干壓磁場成型干壓磁場成型0.330.3721525519.925.5小型揚(yáng)聲器、汽車電機(jī)小型揚(yáng)聲器、汽車電機(jī)第37頁/共75頁第三十八頁，共75頁。第五節(jié)第五節(jié) 稀土基永磁材料稀土基永磁材料(cilio)Rare-Earth-based pe

33、rmanent-magnet materials第38頁/共75頁第三十九頁，共75頁。稀土基永磁材料：由稀土元素稀土基永磁材料：由稀土元素RE(Sm、Nd、Pr等等)與過渡與過渡金屬金屬TM（Fe、Co等）所形成的一類高性能永磁材料等）所形成的一類高性能永磁材料RE-Co系系1-5型型SmCo5磁體磁體(ct)2-17型型Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17磁磁體體(ct)RE-Fe系系(BH)max 160kJ/m3 ，第一，第一代稀土磁體代稀土磁體(BH)max 200 240 kJ/m3 第二代稀土磁體第二代稀土磁體(BH)max 240 460 kJ/m3 第三代稀土磁體第三代稀土磁

34、體稀土基永磁材料稀土基永磁材料第39頁/共75頁第四十頁，共75頁。稀土永磁體發(fā)展稀土永磁體發(fā)展(fzhn)歷程：歷程：二戰(zhàn)后，稀土元素分離技術(shù)和低溫技術(shù)迅速發(fā)展，人們對稀土元素的二戰(zhàn)后，稀土元素分離技術(shù)和低溫技術(shù)迅速發(fā)展，人們對稀土元素的低溫磁性進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)稀土金屬在低溫下具有低溫磁性進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)稀土金屬在低溫下具有(jyu)很強(qiáng)很強(qiáng)的磁性，但其居里溫度均低于室溫（未滿電子殼層為的磁性，但其居里溫度均低于室溫（未滿電子殼層為4f層）；層）；而而Fe、Co、Ni等過渡族金屬在具有等過渡族金屬在具有(jyu)很高的居里溫度且磁性很很高的居里溫度且磁性很強(qiáng)；強(qiáng)；若二者結(jié)合形成稀

35、土若二者結(jié)合形成稀土-過渡族合金的話，其磁性能可能很可觀過渡族合金的話，其磁性能可能很可觀第40頁/共75頁第四十一頁，共75頁。第一代稀土永磁合金：第一代稀土永磁合金：RCo5的研究和開發(fā)首先的研究和開發(fā)首先(shuxin)于上世于上世紀(jì)紀(jì)50年代取得重大突破：年代取得重大突破：1959年，年，GdCo5合金被報道具有較強(qiáng)的磁合金被報道具有較強(qiáng)的磁晶各向異性；晶各向異性；1966年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)YCo5的磁晶各向異性常熟高達(dá)的磁晶各向異性常熟高達(dá)5.7107 erg/cm3；1967年，制成了第一批年，制成了第一批YCo5和和SmCo5永磁體；目前實驗永磁體；目前實驗室可以制成室可以制成(BH)

36、max高達(dá)高達(dá)228 kJ/m3的永磁體；（缺點：飽和磁化的永磁體；（缺點：飽和磁化強(qiáng)度并不高）強(qiáng)度并不高） 第二代稀土永磁合金：第二代稀土永磁合金：1979年以后，年以后，R2Co17被開發(fā)出來，其工被開發(fā)出來，其工業(yè)產(chǎn)品的業(yè)產(chǎn)品的(BH)max可達(dá)可達(dá)240kJ/m3，而實驗室可制成，而實驗室可制成(BH)max高達(dá)高達(dá)297kJ/m3的高性能永磁合金的高性能永磁合金第41頁/共75頁第四十二頁，共75頁。第三代稀土永磁合金：第三代稀土永磁合金：1983年，日本宣布用傳統(tǒng)的粉末燒結(jié)工藝制成了年，日本宣布用傳統(tǒng)的粉末燒結(jié)工藝制成了(BH)max高達(dá)高達(dá)303kJ/m3的高性能的高性能Nd-F

37、e-B永磁合金，這一成就震驚了全世界；其出現(xiàn)至少有永磁合金，這一成就震驚了全世界；其出現(xiàn)至少有兩方面的重要意義：一、用稀土兩方面的重要意義：一、用稀土Nd取代稀土鈷永磁合金常用的取代稀土鈷永磁合金常用的Sm，自然界中，自然界中Nd的含量為的含量為Sm的的510倍，不僅可以確保將來對原料增長倍，不僅可以確保將來對原料增長(zngzhng)的需要，還可降的需要，還可降低成本；二、該合金中不含戰(zhàn)略物質(zhì)鈷；目前實驗室研究表明其最大磁能積已超低成本；二、該合金中不含戰(zhàn)略物質(zhì)鈷；目前實驗室研究表明其最大磁能積已超過過560 kJ/m3，且由于發(fā)展歷史很短，預(yù)計改進(jìn)的潛力仍很大，且由于發(fā)展歷史很短，預(yù)計改進(jìn)

38、的潛力仍很大第42頁/共75頁第四十三頁，共75頁。稀土金屬和稀土金屬和3d過渡過渡(gud)族金屬之間能組族金屬之間能組成多種比例的金屬間化合成多種比例的金屬間化合物。目前已經(jīng)確認(rèn)，從物。目前已經(jīng)確認(rèn)，從RTM2到到RTM5之間存在之間存在的金屬間化合物有的金屬間化合物有(5n+4) / (n+2)的關(guān)系式，即的關(guān)系式，即n=0時，為時，為RTM2，而，而n=1時時，為，為RTM3，n=2時，為時，為R2TM7，.當(dāng)當(dāng)n=時時，為，為RTM5RT-M金屬間化合物的磁金屬間化合物的磁矩來源于矩來源于4f 電子磁矩和電子磁矩和3d電子磁矩的耦合。根電子磁矩的耦合。根據(jù)據(jù)Hond法則法則(fz)，

39、輕稀，輕稀土金屬間化合物為鐵磁土金屬間化合物為鐵磁性耦合，能獲得高飽和性耦合，能獲得高飽和磁化強(qiáng)度；而重稀土金磁化強(qiáng)度；而重稀土金屬間化合物呈亞鐵磁性屬間化合物呈亞鐵磁性耦合，飽和磁化強(qiáng)度低耦合，飽和磁化強(qiáng)度低Note：只有：只有3d過渡族金屬是過渡族金屬是Mn、Fe、Co、Ni的的RT-M金屬間化合物金屬間化合物具有磁矩具有磁矩第43頁/共75頁第四十四頁，共75頁。第44頁/共75頁第四十五頁，共75頁。第45頁/共75頁第四十六頁，共75頁。Sm和和Co可形成可形成一系列金屬間化一系列金屬間化合物，其中合物，其中(qzhng)以以SmCo5和和Sm2Co17的飽和的飽和磁化強(qiáng)度和距離磁化

40、強(qiáng)度和距離溫度為最高；其溫度為最高；其他稀土他稀土-鈷金屬鈷金屬間化合物相圖與間化合物相圖與此相似此相似第46頁/共75頁第四十七頁，共75頁。RE-T金屬金屬(jnsh)間化合物的居里溫度（間化合物的居里溫度（a）和飽和磁化強(qiáng)度（）和飽和磁化強(qiáng)度（b）第47頁/共75頁第四十八頁，共75頁。SmCo5合金具有合金具有(jyu)CaCu5型晶體結(jié)構(gòu)（六角結(jié)構(gòu)）型晶體結(jié)構(gòu)（六角結(jié)構(gòu)）正是正是(zhn sh)這種低對稱性的六角結(jié)構(gòu)使這種低對稱性的六角結(jié)構(gòu)使SmCo5化合物呈較高的化合物呈較高的單軸磁晶各向異性（其中單軸磁晶各向異性（其中c軸為易磁化軸）軸為易磁化軸）-有利于提高矯頑力有利于提高矯頑

41、力第48頁/共75頁第四十九頁，共75頁。 SmCo5永磁合金用燒結(jié)法制造，工藝流程為熔煉永磁合金用燒結(jié)法制造，工藝流程為熔煉破碎破碎磁場成型磁場成型(chngxng)燒結(jié)燒結(jié)熱處理熱處理加工加工充磁；由于充磁；由于SmCo5容易氧化，所以熔煉容易氧化，所以熔煉、破碎、燒結(jié)、熱處理等工序都要在、破碎、燒結(jié)、熱處理等工序都要在Ar氣等惰性氣體中進(jìn)行氣等惰性氣體中進(jìn)行SmCo5化合物的磁性能：化合物的磁性能：很高的磁晶各向異性常數(shù)很高的磁晶各向異性常數(shù)K1=1519103kJ/m3（來源于其六角（來源于其六角(li jio)晶體結(jié)構(gòu)和稀土元素的高磁晶各向異性）；晶體結(jié)構(gòu)和稀土元素的高磁晶各向異性）

42、；高居里溫度（來源于高居里溫度（來源于4f和和3d電子的強(qiáng)耦合作用）；電子的強(qiáng)耦合作用）；較高的最大磁能積（較高的最大磁能積（200kJ/3左右）左右）第49頁/共75頁第五十頁，共75頁。 化學(xué)計量成分的偏離和熱處理對化學(xué)計量成分的偏離和熱處理對SmCo5永磁合金的矯頑力和永磁性能影響很永磁合金的矯頑力和永磁性能影響很大（詳見書大（詳見書P144），）， 其原因在于其原因在于SmCo5的富的富Co側(cè)存在磁晶各向異性比側(cè)存在磁晶各向異性比SmCo5小一個數(shù)量級的小一個數(shù)量級的Sm2Co17化合物，若有化合物，若有Sm2Co17相析出的話，矯頑力將減小。因此生產(chǎn)相析出的話，矯頑力將減小。因此生產(chǎn)

43、SmCo5合合金通常用偏富金通常用偏富Sm的成分，避免生成的成分，避免生成Sm2Co17。 同時富同時富Sm的的SmCo5合金燒結(jié)性也好，容易得到高密度，燒結(jié)時如果合金燒結(jié)性也好，容易得到高密度，燒結(jié)時如果Sm被氧化被氧化，晶界附件生成，晶界附件生成Sm2O3，導(dǎo)致，導(dǎo)致Sm2Co17析出，所以析出，所以(suy)應(yīng)注意燒結(jié)氣氛，應(yīng)注意燒結(jié)氣氛， 另外熱處理在另外熱處理在750C附近時會發(fā)生附近時會發(fā)生SmCo5Sm2Co7+Sm2Co17的相變，矯頑的相變，矯頑力明顯降低，因此在該溫度附近要求快冷力明顯降低，因此在該溫度附近要求快冷第50頁/共75頁第五十一頁，共75頁。 稀土金屬中稀土金屬

44、中Sm的資源少，因此的資源少，因此(ync)開發(fā)了用開發(fā)了用Pr、Ce、富、富Ce混混合稀土等取代一部分合稀土等取代一部分Sm的的RCo5永磁永磁第51頁/共75頁第五十二頁，共75頁。Sm2Co17合金在高溫下是穩(wěn)定的合金在高溫下是穩(wěn)定的Th2Ni17型六角型六角(li jio)結(jié)構(gòu)，在低結(jié)構(gòu)，在低溫下為溫下為Th2Zn17型的菱方型結(jié)構(gòu)（較為復(fù)雜）型的菱方型結(jié)構(gòu)（較為復(fù)雜）第52頁/共75頁第五十三頁，共75頁。 在在Sm-Co系金屬間化合物中，系金屬間化合物中，Sm2Co17的飽和磁化強(qiáng)度的飽和磁化強(qiáng)度MS和居里溫度和居里溫度TC均比均比SmCo5更高，有希望開發(fā)磁性能更高的永磁材料更高

45、，有希望開發(fā)磁性能更高的永磁材料(cilio)，同時若用，同時若用Fe取代取代Co可使合金的可使合金的MS和和(BH)max進(jìn)一步提高；進(jìn)一步提高； 缺點：缺點：Sm2Co17合金的磁晶各向異性不夠大，難以獲得高矯頑力，很難合金的磁晶各向異性不夠大，難以獲得高矯頑力，很難成為實用的永磁材料成為實用的永磁材料(cilio)解解 決決 途途 徑徑 一一在三元在三元Sm2(Co1-xFex)17合金系基礎(chǔ)上，通過添加合金系基礎(chǔ)上，通過添加Mn、Cr其他其他元素來提高矯頑力和最大磁能積（詳見書元素來提高矯頑力和最大磁能積（詳見書P145）該類合金仍為單相，溫度穩(wěn)定性差，工藝不易掌握，重復(fù)性該類合金仍為

46、單相，溫度穩(wěn)定性差，工藝不易掌握，重復(fù)性差差第53頁/共75頁第五十四頁，共75頁。解解 決決 途途 徑徑 二二 在在Sm2Co17中中加入加入Cu，可分解成富，可分解成富Cu的的Sm(Co,Cu)5和和Cu含量少的含量少的Sm2(Co,Cu)17兩相；為了提高飽和磁化強(qiáng)度兩相；為了提高飽和磁化強(qiáng)度，可，可加入加入Fe，但過量則使矯頑力降低，因此，但過量則使矯頑力降低，因此Fe含量控制含量控制在在5%以下，如果再加入以下，如果再加入Ti、Zr、Hf等元素等元素，不僅能使矯，不僅能使矯頑力大大提高，還能使頑力大大提高，還能使Fe含量提高含量提高1倍以上倍以上Sm-Co-Cu系系Sm-Co-Cu-

47、Fe系系Sm-Co-Cu-Fe-M系（系（M=Zr、Ti、Hf、Ni等）等）第54頁/共75頁第五十五頁，共75頁。 Sm2Co17型永磁合金型永磁合金(hjn)的磁能積達(dá)的磁能積達(dá)240kJ/m3，它的居里溫度高，它的居里溫度高達(dá)達(dá)850 C ，剩磁可逆溫度系數(shù)為，剩磁可逆溫度系數(shù)為-0.036/C左右，不可逆損失也很左右，不可逆損失也很小，到小，到150 C仍低于仍低于2，在磁溫度穩(wěn)定性上可與鋁鎳鈷合金，在磁溫度穩(wěn)定性上可與鋁鎳鈷合金(hjn)相相媲美。媲美。Sm(Co,Cu,Fe,M)x永磁合金的顯永磁合金的顯微結(jié)構(gòu)模型微結(jié)構(gòu)模型組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)=主相主相Sm2(Co,Cu,Fe,M)1

48、7 (50nm) +邊界邊界(binji)相相Sm(Co,Cu,Fe,M)5 (10nm)-胞狀結(jié)構(gòu)胞狀結(jié)構(gòu)由于由于1:5相和相和2:17相的疇壁能不同，在磁化相的疇壁能不同，在磁化或反磁化時，或反磁化時，2:17相中的疇壁被相中的疇壁被1:5相釘扎相釘扎，從而獲得高矯頑力（釘扎機(jī)制），從而獲得高矯頑力（釘扎機(jī)制）Sm2Co17合金矯頑力不依賴于晶粒大小，合金矯頑力不依賴于晶粒大小，而取決于微細(xì)的兩相組織結(jié)構(gòu)而取決于微細(xì)的兩相組織結(jié)構(gòu)第55頁/共75頁第五十六頁，共75頁。研發(fā)背景：研發(fā)背景：正當(dāng)稀土鈷永磁合金發(fā)展之際，隨之而來的資源供應(yīng)問題卻使其難正當(dāng)稀土鈷永磁合金發(fā)展之際，隨之而來的資源供

49、應(yīng)問題卻使其難以作為工業(yè)材料大量使用，尋找具有優(yōu)異磁性能的稀土鐵（以作為工業(yè)材料大量使用，尋找具有優(yōu)異磁性能的稀土鐵（RE-Fe）永磁合金一直是人們夢寐以求的愿望）永磁合金一直是人們夢寐以求的愿望(yunwng)；為獲得大的磁晶各向異性，合金結(jié)構(gòu)必須為六方結(jié)構(gòu)，但除為獲得大的磁晶各向異性，合金結(jié)構(gòu)必須為六方結(jié)構(gòu)，但除RE2Fe17以外，其他以外，其他RE-Fe的化合物都不是六方結(jié)構(gòu)，而的化合物都不是六方結(jié)構(gòu)，而RE2Fe17的居里溫度又太低，且難以抑制的居里溫度又太低，且難以抑制-Fe相的析出；相的析出；因此必須尋找因此必須尋找RE-Fe二元系的亞穩(wěn)定磁性相或二元系的亞穩(wěn)定磁性相或RE-Fe-

50、X三元系的穩(wěn)三元系的穩(wěn)定磁性相定磁性相第56頁/共75頁第五十七頁，共75頁。1、Nd-Fe-B磁體磁體(ct)的制備的制備粘結(jié)粘結(jié)(zhn ji)Nd-Fe-B磁體磁體燒結(jié)燒結(jié)(shoji)Nd-Fe-B磁體磁體磁粉的制備磁粉的制備磁體的制備磁體的制備熔體快淬法熔體快淬法HDDR法法氣體噴霧法氣體噴霧法機(jī)械合金化法機(jī)械合金化法合金熔煉合金熔煉粗破碎粗破碎細(xì)破碎細(xì)破碎熔煉甩帶熔煉甩帶氫爆氫爆氣流磨氣流磨第57頁/共75頁第五十八頁，共75頁。第58頁/共75頁第五十九頁，共75頁。2、Nd2Fe14B相的晶體結(jié)構(gòu)和基本相的晶體結(jié)構(gòu)和基本(jbn)磁特磁特性性四方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)四方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)

51、a = 0.882 nm，c = 1.224 nm；每個單胞包含每個單胞包含4個個Nd2Fe14B，共，共68個原子，其中個原子，其中6種種Fe晶位晶位，2種稀土晶位和種稀土晶位和1種種B晶位；晶位；沿沿c軸有軸有6層不同的原子面，第一、四層是含層不同的原子面，第一、四層是含Nd、Fe、B原子原子的面，其余各層只有的面，其余各層只有Fe原子；原子；Fe原子層面不平行于原子層面不平行于c面，稍微有些傾斜，而且被含面，稍微有些傾斜，而且被含Nd、Fe和和B的原子的面隔開成為位相錯開一半再轉(zhuǎn)的原子的面隔開成為位相錯開一半再轉(zhuǎn)90的上下的上下(shngxi)兩部分；兩部分；B原子占據(jù)原子占據(jù)6個個Fe

52、原子構(gòu)成的三角柱體的中心位置原子構(gòu)成的三角柱體的中心位置第59頁/共75頁第六十頁，共75頁。A、居里、居里(j l)溫度溫度TC較低較低總則：總則：Nd2Fe14B相的居里溫度由不同晶位上的相的居里溫度由不同晶位上的Fe-Fe、Fe-Nd和和Nd-Nd原子原子(yunz)對間的交換作用確定對間的交換作用確定Nd-Nd(Fe)原子對原子對Nd原子的原子的4f態(tài)電子半徑態(tài)電子半徑較小較小0.03nm（與（與Nd-Nd或或Nd-Fe原子間距相比原子間距相比），故原子之間的交換），故原子之間的交換作用極弱，可忽略不計作用極弱，可忽略不計Fe-Fe原子對原子對Fe原子的原子的3d電子半徑為電子半徑為0

53、.125nm，若，若Fe-Fe原子間距大于原子間距大于0.25nm時，存在時，存在正的交換作用，相反若小于正的交換作用，相反若小于0.25nm，則存在負(fù)的交換作用；則存在負(fù)的交換作用；在在Nd2Fe14B相中，相中，F(xiàn)e-Fe原子對間距原子對間距為為0.2390.282nm，即存在正和負(fù)的，即存在正和負(fù)的交換作用，其相互抵消一部分交換作用，其相互抵消一部分第60頁/共75頁第六十一頁，共75頁。B、各向異性、各向異性( xin y xn)很強(qiáng)很強(qiáng)總則：總則：Nd2Fe14B相在室溫下具有單軸各向異性相在室溫下具有單軸各向異性( xin y xn)，c軸為軸為易磁化軸，很強(qiáng)的磁晶各向異性易磁化軸

54、，很強(qiáng)的磁晶各向異性( xin y xn)主要?dú)w因于晶體結(jié)構(gòu)的主要?dú)w因于晶體結(jié)構(gòu)的不對稱性分布不對稱性分布分析：（分析：（1）各向異性來源于）各向異性來源于4g晶位上的晶位上的Nd原子和原子和k1晶位上的晶位上的Fe原子原子；（2）4g晶位上的晶位上的Nd所受晶體場不對稱，使所受晶體場不對稱，使4f電子云的形狀也發(fā)生不電子云的形狀也發(fā)生不對稱變化；對稱變化；（3）k1晶位所在晶位所在(suzi)平面上方有平面上方有6個最近鄰個最近鄰Fe原子，下方只有一原子，下方只有一個最近鄰個最近鄰Fe原子，平面上有原子，平面上有2個個Fe原子（晶體場也不對稱）；原子（晶體場也不對稱）；（4）3d的的Fe原子

55、和原子和4f的的Nd原子的各向異性具有相同的方向原子的各向異性具有相同的方向第61頁/共75頁第六十二頁，共75頁。C、飽和、飽和(boh)磁化強(qiáng)度很高磁化強(qiáng)度很高總則：總則：Nd2Fe14B晶粒的飽和磁化強(qiáng)度主要是由晶粒的飽和磁化強(qiáng)度主要是由Fe原子磁矩決定，原子磁矩決定， Nd原子是輕原子是輕稀土原子，其磁矩與稀土原子，其磁矩與Fe原子磁矩平行取向，屬于鐵磁性耦合，對飽和磁化強(qiáng)度原子磁矩平行取向，屬于鐵磁性耦合，對飽和磁化強(qiáng)度也有一定也有一定(ydng)的貢獻(xiàn)；的貢獻(xiàn)；Note：Nd2Fe14B相中，不同晶位的相中，不同晶位的Fe原子磁矩不同，這與不同晶位原子磁矩不同，這與不同晶位Fe原原

56、子所處的局域環(huán)境子所處的局域環(huán)境(hunjng)有關(guān)。從總體上看有關(guān)。從總體上看8j2晶位上的晶位上的Fe原子磁矩最原子磁矩最高，為高，為2.80 B，4c晶位上的晶位上的Fe原子磁矩較低，為原子磁矩較低，為1.95 B，平均為，平均為2.10 B第62頁/共75頁第六十三頁，共75頁?？傮w而言：總體而言：Nd2Fe14B相的基本磁性參數(shù)是：居里溫度相的基本磁性參數(shù)是：居里溫度TC 582 K，室溫各向異性常數(shù)，室溫各向異性常數(shù)(chngsh)K1 = 4.2 MJ/m3, K2 = 0.7MJ/m3，室溫飽和磁化強(qiáng)度，室溫飽和磁化強(qiáng)度MS = 1.61 T；Nd2Fe14B的晶粒的基本磁疇結(jié)

57、構(gòu)參數(shù)：疇壁能量密度的晶粒的基本磁疇結(jié)構(gòu)參數(shù)：疇壁能量密度 = 3.510-2J/m2，疇壁厚度疇壁厚度B 5 nm，單疇離子臨界尺寸為，單疇離子臨界尺寸為d 0.3 m。 第63頁/共75頁第六十四頁，共75頁。3、Nd-Fe-B磁體磁體(ct)的性能的性能 Nd-Fe-B磁體主要成分為硬磁性磁體主要成分為硬磁性(cxng)的的Nd2Fe14B相，但還包括富相，但還包括富Nd相相和富和富B相，和一些相，和一些Nd氧化物及氧化物及-Fe、FeB、FeNd等弱磁性等弱磁性(cxng)和非磁性和非磁性(cxng)相；相； 弱磁性弱磁性(cxng)或非磁性或非磁性(cxng)相的存在具有隔離或減弱主

58、相磁性相的存在具有隔離或減弱主相磁性(cxng)耦合的作用，可提高磁體的矯頑力，但以降低飽和磁化強(qiáng)度和剩磁為代價；耦合的作用，可提高磁體的矯頑力，但以降低飽和磁化強(qiáng)度和剩磁為代價； 同時，磁體的微觀結(jié)構(gòu)以及磁體密度、定向度都會影響同時，磁體的微觀結(jié)構(gòu)以及磁體密度、定向度都會影響Nd-Fe-B磁體的永磁體的永磁性磁性(cxng)能能第64頁/共75頁第六十五頁，共75頁。A、成分配方、成分配方(pi fng)的影響的影響嚴(yán)格按照嚴(yán)格按照Nd2Fe14B成分配比所得磁體永磁性能很低，這是因為成分配比所得磁體永磁性能很低，這是因為液相（富液相（富Nd相）的減少或消失，從而導(dǎo)致燒結(jié)體密度下降（不利相）

59、的減少或消失，從而導(dǎo)致燒結(jié)體密度下降（不利于提高于提高Br）和不能形成足夠的晶界相（不利于提高矯頑力）和不能形成足夠的晶界相（不利于提高矯頑力HC）；）；總體原則總體原則(yunz)：實際使用永磁體的：實際使用永磁體的Nd和和B含量分別比含量分別比Nd2Fe14B化合物的化合物的Nd和和B的含量多；的含量多； 保持保持B含量不變時，若增加含量不變時，若增加Nd含量，發(fā)現(xiàn)在含量，發(fā)現(xiàn)在Nd含量為含量為13% 15%時，磁體獲得最高的時，磁體獲得最高的Br值，繼續(xù)增加值，繼續(xù)增加Nd含量，則含量，則HC，Br；保持保持Nd含量不變時，若增加含量不變時，若增加B含量，發(fā)現(xiàn)有助于含量，發(fā)現(xiàn)有助于Nd2

60、Fe14B相的相的形成，且形成，且B的原子分?jǐn)?shù)為的原子分?jǐn)?shù)為6 8 %時，磁體的時，磁體的Br和和HC均為最佳值；均為最佳值；第65頁/共75頁第六十六頁，共75頁。B、微觀結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)(jigu)和缺陷的影響和缺陷的影響Nd-Fe-B磁體的矯頑力僅為磁體的矯頑力僅為Nd2Fe14B硬磁性相的理論值的硬磁性相的理論值的1/3 1/5，其原因為材料的微觀結(jié)構(gòu)，其原因為材料的微觀結(jié)構(gòu)(jigu)和缺陷所致；和缺陷所致；此處微觀結(jié)構(gòu)此處微觀結(jié)構(gòu)(jigu)包括晶粒尺寸、取向及其分布、晶粒界包括晶粒尺寸、取向及其分布、晶粒界面缺陷及耦合狀況等，它們將影響晶粒間的相互作用，從而使面缺陷及耦合狀況等，它