最新-2-1稀土磁性材料-(2)-PPT精品課件

1、第二章 稀土磁性材料Chapter 2 Rare Earth Magnetic Materials稀土永磁材料超磁致伸縮材料稀土磁致冷材料稀土磁泡和磁光材料English names of rare earth elementsLalanthanumCeCeriumPrPraseodymiumNdNeodymiumPmPromethiumSmSamariumEuEuropiumGdGadoliniumTbTerbiumDyDysprosiumHoHolmiumErErbiumTmThuliumYbYtterbiumLulutetiumScScandiumYyttrium2.1 磁學基礎(chǔ)具有強磁

2、性的材料稱為磁性材料。磁性材料具有能量轉(zhuǎn)換，存儲或改變能量狀態(tài)的功能，是重要的功能材料。 磁性材料廣泛地應用于計算機、通訊、自動化、音像、電視、儀器和儀表、航空航天、農(nóng)業(yè)、生物與醫(yī)療等技術(shù)領(lǐng)域。磁性材料的分類 按化學組成分類金屬磁性材料、非金屬(鐵氧體)磁性材料 按磁化率大小分類順磁性、反磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性磁化率的概念任何材料在外加磁場H的作用下都會產(chǎn)生一定的磁化強度M與其相應。 鐵磁性物質(zhì) 具有極高的磁化率，磁化易達到飽和的物質(zhì)。如Fe，Co， Ni， Gd等金屬及其合金稱為鐵磁性物質(zhì)。 磁矩的排列與磁性的關(guān)系 鐵磁性m= 10-2 106磁場 亞鐵磁性物質(zhì)磁矩的排列與磁性的關(guān)

3、系 亞鐵磁性m= 10-2 106磁場 如鐵氧體(M2+Fe23+O4)等，是一些復雜的金屬化合物，比鐵磁體更常見。它們相鄰原子的磁矩反向平行，但彼此的強度不相等，具有高磁化率和居里溫度。 順磁性物質(zhì) 存在未成對電子 永久磁矩。La，Pr，MnAl，F(xiàn)eSO47H2O， Gd2O3 ；在居里溫度以上的鐵磁性金屬Fe, Co, Ni等。 居里溫度 由鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫度(Tc)。順磁性m=10-6 10-5磁場 磁矩的排列與磁性的關(guān)系 抗磁性物質(zhì) 不存在未成對電子 沒有永久磁矩。惰性氣體，不含過渡元素的離子晶體，共價化合物和所有的有機化合物，某些金屬和非金屬。磁矩的

4、排列與磁性的關(guān)系 反磁性m= -10-5 -10-6磁場 反鐵磁性物質(zhì) FeO，F(xiàn)eF3，NiF3，NiO，MnO，各種錳鹽以及部分鐵氧體ZnFe2O4等，它們相鄰原子的磁矩反向平行，而且彼此的強度相等，沒有磁性。反鐵磁性m= 10-2 10-5磁場 磁矩的排列與磁性的關(guān)系 按功能分類軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、壓磁材料、 泡磁材料、磁光材料、磁記錄材料 2.2 稀土永磁材料一、永磁材料的技術(shù)磁參量非結(jié)構(gòu)敏感參數(shù)：主要由材料的化學成分和晶體結(jié)構(gòu)來決定，也稱為內(nèi)稟磁參量。 飽和磁化強度Ms ，居里溫度Tc結(jié)構(gòu)敏感參數(shù)：強烈地依賴材料的結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)，例如晶粒尺寸，晶粒取向

5、，晶體缺陷，摻雜物機械加工及熱處理條件等有關(guān)。 剩磁Mr、矯頑力Hc、磁能積（BH）max1.飽和磁化強度Ms Saturation Magnetization定義：在給定的溫度下，給定的材料能達到的磁化強度最大值。永磁材料的Ms越高越好，它標志著材料的最大磁能積和剩磁可能達到的上限值最高。單位名稱為安每米，單位符號為A/m2.居里溫度Tc鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn)變成順磁性時對應的臨界溫度。Tc越高，永磁材料的使用溫度越高，溫度穩(wěn)定性好。3.磁能積（BH）max Magnetic Energy Product 磁鐵在空氣隙中產(chǎn)生的磁場強度除了與磁鐵體積、氣隙體積有關(guān)外，主要決定于磁鐵內(nèi)部的磁感應強度

6、B和磁鐵的退磁場H的乘積。因此BH代表永磁體的能量，稱為磁能積。(BH)m稱為最大磁能積。磁疇結(jié)構(gòu)在外磁場的作用下，從磁中性狀態(tài)到飽和狀態(tài)的過程，稱為磁化過程。磁疇結(jié)構(gòu)在外磁場的作用下，從飽和狀態(tài)返回到退磁狀態(tài)的過程，稱為反磁化過程。4.剩磁Br Remanence 永磁體經(jīng)磁化至技術(shù)飽和，并去掉外磁場后，所保留的磁性，Mr稱為剩余磁化強度，Br稱為剩余磁感應強度。多晶體： Vi代表第i個晶粒的體積；i代表第i個晶粒的Ms方向與外磁場的夾角；V為樣品的總體積。 單晶體： 5.矯頑力 Coercive Force鐵磁體磁化到飽和以后，使它的磁化強度或磁感應強度降低到零所需要的反向磁場成為矯頑力。

7、用Hc表示。 Hci表示內(nèi)稟矯頑力 Hcb表示磁感矯頑力矯頑力是衡量磁體抗退磁能力的一個物理量。在磁體使用中，Hc越高，表示溫度穩(wěn)定性越好。6.各向異性場HA Anisotropy field沿難磁化軸磁化到飽和所需要的磁化場稱為各向異性場HA。物質(zhì)中相對于一給定參照系的各不同方向上，物質(zhì)具有不同的磁特性的現(xiàn)象。人們習慣按矯頑力Hc的高低，對磁性材料進行分類： 0.08A/m Hc80A/m 軟磁材料 80A/m Hc 4000A/m 硬磁材料 硬磁材料經(jīng)充磁至飽和，去掉外磁場后，仍能保留其磁性，所以又稱為永磁材料或恒磁材料。硬磁材料和軟磁材料的主要區(qū)別是硬磁材料的各向異性場（HA）高、矯頑力

8、（Hc）高，技術(shù)磁化到飽和需要的磁場大。選擇永磁合金基本特性主要考慮因素1. 高的飽和磁化強度Ms (最大磁能積)2. 高的居里溫度Tc 影響合金的使用溫度3.大的磁各向異性 HA合金的磁硬化機制有利于得到高內(nèi)稟矯頑力 三者缺一不可，否則不會成為實用永磁合金。鐵磁體磁化到技術(shù)飽和以后，使它的磁化強度降低到零所需要的反向磁場稱為矯頑力。 磁滯回線B剩磁Hc矯頑力在較弱的磁場下易于磁化，也易于退磁的材料稱為軟磁材料。 磁導率大，矯頑力小(Hc100A/m)，滯損耗低，磁滯回線呈細長條形。 軟磁材料磁滯回線 軟磁材料主要軟磁材料材料Mn-Zn、Li-Zn鐵氧體、Ni-Zn、NiCuZn 鐵氧體、MnFe2O4 、 NiFe2O4軟磁材料應用 軟磁材料適用于交變磁場，可用來制造各種發(fā)電機和電動機的定子和轉(zhuǎn)子；變壓器，電感器，電抗器，繼電器和鎮(zhèn)流器的鐵芯；計算機磁芯；磁記錄的磁頭與介質(zhì)；磁屏蔽；電磁鐵的鐵芯。 磁化后不易退磁，而能長期保留磁性的鐵氧體材料稱為硬磁材