1、1.磁學(xué)基礎(chǔ)知識2.軟磁材料3.永磁材料4.應(yīng)用1.磁學(xué)基礎(chǔ)知識磁學(xué)基礎(chǔ)知識1.1基本磁學(xué)量磁場強度： Hi /D 對于一個直徑為D的單匝環(huán)形線圈，當(dāng)通一電流i時中心處磁場強度。磁化強度：M=/V 單位體積的磁體中磁矩的矢量和。磁感應(yīng)強度：B=/ 單位面積磁通量的變化。磁化率：=M/H 單位磁場強度在磁體中感生的磁化強度。磁導(dǎo)率：=B/H 單位磁場強度在磁體中感生的磁感應(yīng)強度。1.2磁性參量初始磁導(dǎo)率：最大磁導(dǎo)率：飽和磁感應(yīng)強度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。剩余磁感應(yīng)強度Br：是磁滯回線上的特征參數(shù)，H回到0時的B值。矯頑力Hc：是表示材料磁化難

2、易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質(zhì)、應(yīng)力等）。居里溫度Tc：鐵磁物質(zhì)的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。HBHi00lim1max0max)(1HB1.3磁性和磁性材料的分類 所有的物質(zhì)都具有磁性，但并不是所有的物質(zhì)都能作為磁性材料來應(yīng)用。有些物質(zhì)具有很強的磁性，而大部分物質(zhì)磁性很弱，因此實際上只有很少一部分物質(zhì)能夠作為磁性材料來應(yīng)用。物質(zhì)的磁性分類 按照磁體磁化時磁化率的大小和符號，可以將物質(zhì)的磁性分為五個種類：抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性和亞鐵磁性。磁性材料分類磁性材料分類 從實用的觀點出發(fā)

3、，磁性材料可以分為以下幾類：軟磁材料、永磁材料、磁記錄材料等.1.4磁性材料中的基本現(xiàn)象磁晶各向異性定義：對于單晶材料，其磁化曲線隨晶軸方向的不同而有所差別，即磁性隨晶軸方向顯示各向異性。*磁晶各向異性存在于所有鐵磁性晶體中。Ni單晶的磁化曲單晶的磁化曲線線*易磁化方向（易軸）易磁化方向（易軸）；難磁化方向（難軸）；難磁化方向（難軸）磁晶各向異性起源*晶體場電子軌道角動量淬滅電子的軌道運動失去了自由狀態(tài)下的各向同性，變成了與晶格相關(guān)的各向異性電子云分布各向異性。*電子的自旋運動與軌道運動之間存在耦合作用電子軌道運動隨自旋取向發(fā)生變化。磁晶各向異性來源模型磁晶各向異性來源模型（a）磁體水平磁化時

4、，電子云交疊少，交換作用弱（b）磁體垂直磁化時，由于L-S耦合作用，電子云隨自旋取向而轉(zhuǎn)動，電子云交疊程度大，交換作用強定義：磁性材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長度和體積都要發(fā)生微小的變化。磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)線磁致伸縮：縱向磁致伸縮、橫向磁致伸縮體積磁致伸縮很小，可忽略磁致伸縮系數(shù)：ll/的大小與H的大小有關(guān)S：飽和磁致伸縮系數(shù)S0 正磁致伸縮； S0 負磁致伸縮*通過對材料施加拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，能引起材料的磁性能變化，即所謂的壓磁效應(yīng)，這是磁致伸縮的逆效應(yīng)。*研究磁致伸縮的意義：（1）了解磁體內(nèi)部各種相互作用的本質(zhì)以及磁化過程與物體形變的關(guān)系；（2）根據(jù)材料的壓磁效應(yīng)原理制成許多有用的器件。

5、磁致伸縮機理*同磁晶各向異性的來源一樣，由于原子或離子的自旋與軌道的耦合作用而產(chǎn)生。1.5 動態(tài)磁化動態(tài)磁化過程*靜態(tài)磁化過程：磁場恒定，樣品從一個穩(wěn)定磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到新的平衡狀態(tài)。不考慮建立新的平衡過程的時間問題，因此稱之為靜態(tài)磁化過程。不可逆磁化導(dǎo)致磁滯現(xiàn)象，每個磁化狀態(tài)都處于亞穩(wěn)態(tài)，且磁化狀態(tài)不隨時間改變。*動態(tài)磁滯回線：鐵磁體在周期性變化的交變磁場中時，其磁化強度也周期性地反復(fù)變化，構(gòu)成動態(tài)磁滯回線。在相同的磁場強度范圍內(nèi)，動態(tài)磁滯回線的面積比靜態(tài)磁滯回線的面積要大些。原因：回線面積等于磁化一周所損耗的能量。靜態(tài)僅有磁滯損耗；動態(tài)磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗。*動態(tài)磁化曲線：頻率不變，改

6、變磁場強度的大小，可得一系列動態(tài)磁滯回線，它們的頂點(Bm, Hm)連線稱為動態(tài)磁化曲線。振幅磁導(dǎo)率：mmaHB0/如下圖，回線為動態(tài)飽和磁滯回線，BS和HS則為飽和狀態(tài)下飽和磁感應(yīng)強度和相應(yīng)的磁場強度，Br和HC為剩余磁感應(yīng)強度和矯頑力。根據(jù)矯頑力大小分為：硬磁材料：Br要高；Hc要高；最大磁能積(BH)m要高；從實用角度考慮，穩(wěn)定性要高。軟磁材料：i和max要高；Hc要小；Bs要高；功率損耗要低；穩(wěn)定性高。磁化曲線磁化曲線磁滯回線磁滯回線剩余磁感應(yīng)強度矯頑力矯頑力初始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率飽和磁感應(yīng)強度*磁化的時間效應(yīng)表現(xiàn)為以下幾種不同的現(xiàn)象：磁化的時間效應(yīng)表現(xiàn)為以下幾種不同的現(xiàn)象：1) 1)

7、磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象：交變磁場中的磁化是動態(tài)過程，有時間效應(yīng)。交變磁場中的磁化是動態(tài)過程，有時間效應(yīng)。2) 2) 渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)：動態(tài)磁化中，鐵磁材料內(nèi)部會形成渦流。渦動態(tài)磁化中，鐵磁材料內(nèi)部會形成渦流。渦流的產(chǎn)生將抵抗流的產(chǎn)生將抵抗B B的變化，從而使磁化產(chǎn)生時間滯后效應(yīng)。的變化，從而使磁化產(chǎn)生時間滯后效應(yīng)。3) 3) 磁導(dǎo)率的頻散和吸收現(xiàn)象磁導(dǎo)率的頻散和吸收現(xiàn)象：交變磁場中，疇壁位移或交變磁場中，疇壁位移或磁疇轉(zhuǎn)動受到各種不同性質(zhì)的阻尼作用，導(dǎo)致復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率隨磁磁疇轉(zhuǎn)動受到各種不同性質(zhì)的阻尼作用，導(dǎo)致復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率隨磁場頻率變化。場頻率變化。4) 4) 磁后效磁后效：當(dāng)當(dāng)H H發(fā)生突變時，發(fā)生突變

8、時，B B的變化需經(jīng)過一定的時間才能的變化需經(jīng)過一定的時間才能穩(wěn)定下來。這種現(xiàn)象是由于磁化過程本身或熱起伏的影響，引穩(wěn)定下來。這種現(xiàn)象是由于磁化過程本身或熱起伏的影響，引起材料內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)或晶體結(jié)構(gòu)的變化。起材料內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)或晶體結(jié)構(gòu)的變化。*在交變磁場中，以上四種現(xiàn)象都將引起鐵磁材料的能量損耗。在交變磁場中，以上四種現(xiàn)象都將引起鐵磁材料的能量損耗。動態(tài)磁性參數(shù)動態(tài)磁性參數(shù)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率* *好處：可同時反映好處：可同時反映B B和和H H間的振幅和相位關(guān)系。間的振幅和相位關(guān)系。timeHH)(timeBB iiHBmmsincos0代表單位體積鐵磁材料中的磁能存儲代表單位體積鐵磁材料中的磁

9、能存儲2021H 代表單位體積鐵磁材料在交變磁場中每磁化一周的磁能損耗代表單位體積鐵磁材料在交變磁場中每磁化一周的磁能損耗20mH 損耗角損耗角磁譜與截止頻率磁譜與截止頻率fr磁譜：鐵磁體在交變磁場中的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實部和虛磁譜：鐵磁體在交變磁場中的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實部和虛部隨頻率變化的關(guān)系曲線。部隨頻率變化的關(guān)系曲線。截止頻率：在材料的磁譜曲線上，截止頻率：在材料的磁譜曲線上， 下降到初始值的下降到初始值的一半或一半或 達到極大值時所對應(yīng)的頻率。達到極大值時所對應(yīng)的頻率。物理意義：它給出了磁性材料能夠正常工作的頻率范圍物理意義：它給出了磁性材料能夠正常工作的頻率范圍* *當(dāng)當(dāng)f f= =f fr

10、r時，時， 達到最大值達到最大值，損耗最大，此時材料無法使用，所損耗最大，此時材料無法使用，所以一般軟磁材料的工作頻率應(yīng)選擇低于它的截止頻率。以一般軟磁材料的工作頻率應(yīng)選擇低于它的截止頻率。* * i i越低，其越低，其f fr r越高，因此要提高材料的高頻應(yīng)用范圍，降低材越高，因此要提高材料的高頻應(yīng)用范圍，降低材料的起始磁導(dǎo)率是一個有效的手段。料的起始磁導(dǎo)率是一個有效的手段。品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q*Q值反映軟磁材料在交變磁化時能量的貯存和損耗的性能。值反映軟磁材料在交變磁化時能量的貯存和損耗的性能。損耗因子損耗因子tan 物理意義：鐵磁材料在交變磁化過程中能量的損耗與貯存之比。物理意義：鐵磁材料

11、在交變磁化過程中能量的損耗與貯存之比。Q1tan Q積積*對軟磁材料，總是希望其對軟磁材料，總是希望其Q值越高越好，值越高越好， 值越大越好，常用值越大越好，常用 Q積來表征軟磁材料的技術(shù)指標(biāo)。積來表征軟磁材料的技術(shù)指標(biāo)。*或用或用tan /表示，稱為軟磁材料的比損耗系數(shù)，反映材料的相表示，稱為軟磁材料的比損耗系數(shù)，反映材料的相對損耗大小。對損耗大小。* *和和可通過交流電橋法進行測量；可通過交流電橋法進行測量；Q Q值可以用交流電橋或值可以用交流電橋或Q Q表表測量得到；測量得到；tantan 可以通過交流電橋、可以通過交流電橋、Q Q表、測量位相差表、測量位相差 或測量或測量磁損耗的方法得

12、到。磁損耗的方法得到。磁損耗磁損耗定義：磁性材料在交變磁場中產(chǎn)生能量損耗。定義：磁性材料在交變磁場中產(chǎn)生能量損耗。磁滯損耗渦流損耗剩余損耗（殘留損耗）磁滯損耗渦流損耗剩余損耗（殘留損耗）* *在低頻、弱場（在低頻、弱場（B0.01TB0.01T）條件下，磁損耗為：條件下，磁損耗為：e e：渦流損耗系數(shù)；渦流損耗系數(shù)；a a：磁滯損耗系數(shù)；磁滯損耗系數(shù)；c c是不依賴于是不依賴于f f的常數(shù)，的常數(shù)，來自由磁后效或頻散引起的損耗。來自由磁后效或頻散引起的損耗。* *總損耗總損耗W W既決定于材料，也決定于交變磁場的既決定于材料，也決定于交變磁場的f f和和B Bm m, , 因此因此討論討論W

13、W指標(biāo)時，應(yīng)注明指標(biāo)時，應(yīng)注明f f和和B Bm m。渦流損耗渦流損耗* *渦流是在迅速變化的磁場中的導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感生電流，渦流是在迅速變化的磁場中的導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感生電流，因其流線呈閉合漩渦狀而得名。因其流線呈閉合漩渦狀而得名。f f越高，渦流越大。越高，渦流越大。* *渦流不能象導(dǎo)線中的電流那樣輸送出去，僅使磁芯發(fā)渦流不能象導(dǎo)線中的電流那樣輸送出去，僅使磁芯發(fā)熱造成能量損耗。熱造成能量損耗。* *一個周期內(nèi)材料的渦流損耗一個周期內(nèi)材料的渦流損耗* *如何降低渦流損耗？如何降低渦流損耗？（1 1）降低材料厚度）降低材料厚度d d（2 2）提高材料的電阻率）提高材料的電阻率 * *金屬材料：

14、金屬材料： 都較低，通常采用添加合金元素的方法；都較低，通常采用添加合金元素的方法；例子：例子：FeFe中加入少量中加入少量SiSi，可增加磁導(dǎo)率，降低矯頑力，提高，可增加磁導(dǎo)率，降低矯頑力，提高 * *鐵氧體材料：鐵氧體材料： 很高，適合在高頻技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用。很高，適合在高頻技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用。磁滯損耗磁滯損耗* *若在磁化過程中只存在磁滯損耗，則回線的面積在數(shù)若在磁化過程中只存在磁滯損耗，則回線的面積在數(shù)值上就等于每磁化一周的磁滯損耗的數(shù)值。值上就等于每磁化一周的磁滯損耗的數(shù)值。* *降低降低W Wa a的方法：的方法：減小材料的矯頑力減小材料的矯頑力回線變窄回線變窄面積減小面積減小剩余損耗剩余損

15、耗* *低頻弱場中，主要是磁后效損耗。低頻弱場中，主要是磁后效損耗。* *高頻情況下，主要是尺寸共振損耗、疇壁共振損耗、高頻情況下，主要是尺寸共振損耗、疇壁共振損耗、自然共振損耗。自然共振損耗。 HdBWa2.軟磁材料軟磁材料定義：定義：能夠迅速響應(yīng)外磁場的變化，且能低損耗地獲能夠迅速響應(yīng)外磁場的變化，且能低損耗地獲得高磁感應(yīng)強度的材料得高磁感應(yīng)強度的材料。特點：特點：既容易受外加磁場磁化，又容易退磁。既容易受外加磁場磁化，又容易退磁。* *對軟磁材料的基本要求有：對軟磁材料的基本要求有：（1 1）初始磁導(dǎo)率）初始磁導(dǎo)率 i i和最大磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率 maxmax要高；要高；（2 2）矯頑力

16、）矯頑力H Hc c要小；要小；（3 3）飽和磁感應(yīng)強度）飽和磁感應(yīng)強度M MS S要高；要高；（4 4）功率損耗）功率損耗P P要低要低; ;（5 5）高的穩(wěn)定性。）高的穩(wěn)定性。*主要的軟磁材料：主要的軟磁材料：（1 1）金屬軟磁材料如工業(yè)純鐵）金屬軟磁材料如工業(yè)純鐵、硅鋼（硅鋼（Fe-SiFe-Si）、）、坡莫合坡莫合金（金（Fe-NiFe-Ni）、）、鐵硅鋁合金（鐵硅鋁合金（Fe-Si-AlFe-Si-Al）；）；（2 2）軟磁鐵氧體）軟磁鐵氧體Mn-ZnMn-Zn系、系、Ni-ZnNi-Zn系等；系等；（3 3）非晶態(tài)、納米晶、薄膜等）非晶態(tài)、納米晶、薄膜等。*發(fā)展史：發(fā)展史：（1 1

17、）鐵氧體問世之前，金屬軟磁材料壟斷了電力、電子、通信）鐵氧體問世之前，金屬軟磁材料壟斷了電力、電子、通信各領(lǐng)域。各領(lǐng)域。優(yōu)點：優(yōu)點：其其M MS S遠高于鐵氧體，因此電力工業(yè)中的變壓器、遠高于鐵氧體，因此電力工業(yè)中的變壓器、電機等至今仍是電機等至今仍是Fe-SiFe-Si合金材料。合金材料。缺點：缺點：渦流損耗限制了其在高渦流損耗限制了其在高頻段的應(yīng)用。頻段的應(yīng)用。（2 2）2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代開始，軟磁鐵氧體由實驗室走向工業(yè)生產(chǎn)。年代開始，軟磁鐵氧體由實驗室走向工業(yè)生產(chǎn)。 50 50年代至年代至9090年代，鐵氧體在軟磁行業(yè)中獨占鰲頭。年代，鐵氧體在軟磁行業(yè)中獨占鰲頭。（3 3）19

18、701970年，年，F(xiàn)e-Ni-BFe-Ni-B非晶態(tài)合金研制成功；非晶態(tài)合金研制成功； 1988 1988年，年，F(xiàn)e-Ni-B-Nb-CuFe-Ni-B-Nb-Cu納米微晶軟磁材料納米微晶軟磁材料問世；問世； 90 90年代后，非晶與納米微晶金屬軟磁材料逐年代后，非晶與納米微晶金屬軟磁材料逐步成為軟磁鐵氧體的新的競爭對手。步成為軟磁鐵氧體的新的競爭對手。 優(yōu)點：優(yōu)點：性能上遠優(yōu)于鐵氧體；性能上遠優(yōu)于鐵氧體；缺點：缺點：性價比性價比上尚處于劣勢。上尚處于劣勢。2.1金屬軟磁材料金屬軟磁材料2.1.1 電工純鐵電工純鐵* *純度在純度在99.8%99.8%以上的鐵，不含任何故意添加的合金化元素

19、以上的鐵，不含任何故意添加的合金化元素。* *制備方法：平爐冶煉時，首先用氧化渣除去碳、硅、制備方法：平爐冶煉時，首先用氧化渣除去碳、硅、錳等元素，再用還原渣除去磷和硫，并在出鋼時在鋼包錳等元素，再用還原渣除去磷和硫，并在出鋼時在鋼包中添加脫氧劑獲得。經(jīng)過退火熱處理中添加脫氧劑獲得。經(jīng)過退火熱處理 i i（300500300500）, , maxmax（600012000600012000）, , H HC C（39.895.539.895.5）* *含碳量是影響磁性能的主要因素。含碳量是影響磁性能的主要因素。除碳方法：高溫用除碳方法：高溫用H H2 2處理除碳，以消除鐵中碳對疇壁移動的阻處理

20、除碳，以消除鐵中碳對疇壁移動的阻礙作用。礙作用。*電工純鐵存在時效現(xiàn)象電工純鐵存在時效現(xiàn)象原因：原因：高溫時鐵固溶體內(nèi)溶解有較多的碳或氮，產(chǎn)品快速高溫時鐵固溶體內(nèi)溶解有較多的碳或氮，產(chǎn)品快速冷卻到室溫時，溶解度減小，冷卻到室溫時，溶解度減小，F(xiàn)eFe3 3C C或或FeFe4 4N N由固溶體中以細由固溶體中以細微彌散形式析出，從而微彌散形式析出，從而H HC C增加，增加， i i降低。降低。消除方法：消除方法：保溫后，采用緩慢冷卻到保溫后，采用緩慢冷卻到100-300100-300的退火措施，的退火措施，這樣在這樣在650-300650-300之間之間FeFe3 3C C有足夠的時間析出有

21、足夠的時間析出、長大為對磁長大為對磁性能影響不大的大顆粒夾雜物。性能影響不大的大顆粒夾雜物。* *應(yīng)用：應(yīng)用：電磁鐵的鐵芯和磁極，繼電器的磁路和各種零件，感電磁鐵的鐵芯和磁極，繼電器的磁路和各種零件，感應(yīng)式和電磁式測量儀表的各種零件，揚聲器的各種磁路，電話應(yīng)式和電磁式測量儀表的各種零件，揚聲器的各種磁路，電話中的振動膜、磁屏蔽，電機中用以導(dǎo)引直流磁通的磁極，冶金中的振動膜、磁屏蔽，電機中用以導(dǎo)引直流磁通的磁極，冶金原料等。原料等。2.1.2硅鋼（硅鋼片或電工鋼片）硅鋼（硅鋼片或電工鋼片）* *在純鐵中加入少量硅，形成固溶體，這樣提高了合金電阻在純鐵中加入少量硅，形成固溶體，這樣提高了合金電阻率

22、，減少了材料的渦流損耗。率，減少了材料的渦流損耗。* *缺點：缺點：電工純鐵只能在直流磁場下工作，在交變磁場下工電工純鐵只能在直流磁場下工作，在交變磁場下工作時渦流損耗大。作時渦流損耗大。* *碳的質(zhì)量分數(shù)在碳的質(zhì)量分數(shù)在0.0.0202以下，硅的質(zhì)量分數(shù)為以下，硅的質(zhì)量分數(shù)為1.51.5-4.5-4.5。常溫下，。常溫下，SiSi在在FeFe中的固溶度大約為中的固溶度大約為1515，但，但Fe-SiFe-Si系合系合金隨金隨SiSi含量的增加加工性能變差（變脆），因此硅質(zhì)量百含量的增加加工性能變差（變脆），因此硅質(zhì)量百分含量分含量5 5為一般硅鋼制品的上限。為一般硅鋼制品的上限。* *隨硅含

23、量的增加，不足之隨硅含量的增加，不足之處在于：處在于：B BS S和和T TC C降低；好處：降低；好處：K K1 1 和和 S S 降低降低 i i增加，增加，H HC C降低，降低， 增加增加降低鐵損降低鐵損2.1.3坡莫合金坡莫合金* *19131913年被開發(fā)出來，鎳的質(zhì)量分數(shù)為年被開發(fā)出來，鎳的質(zhì)量分數(shù)為3030-90-90的鎳鐵合金。的鎳鐵合金。* *優(yōu)點：優(yōu)點：很高的磁導(dǎo)率，成分范圍寬，而且磁性能可通過改變很高的磁導(dǎo)率，成分范圍寬，而且磁性能可通過改變成分和熱處理工藝等進行調(diào)節(jié)，延展性好，低的損耗。成分和熱處理工藝等進行調(diào)節(jié)，延展性好，低的損耗。* *缺點：缺點：B BS S低，

24、低，NiNi是高價金屬。是高價金屬。* * NiNi：757583%83%范圍時，具有最佳的綜合磁性能，但這一范圍范圍時，具有最佳的綜合磁性能，但這一范圍時時B BS S較低。較低。* *應(yīng)用：應(yīng)用：可用作在弱磁場下具有很高可用作在弱磁場下具有很高 的鐵芯材料和磁屏蔽材的鐵芯材料和磁屏蔽材料；也可用作要求低剩磁和恒磁導(dǎo)率的脈沖變壓器材料；還料；也可用作要求低剩磁和恒磁導(dǎo)率的脈沖變壓器材料；還可用作各種磁致伸縮合金、熱磁合金、矩磁合金等。可用作各種磁致伸縮合金、熱磁合金、矩磁合金等。2.1.4其它軟磁合金其它軟磁合金* *應(yīng)用：應(yīng)用：由于價格優(yōu)勢，常用作由于價格優(yōu)勢，常用作Fe-NiFe-Ni合

25、金的替代品合金的替代品。鐵鋁合金鐵鋁合金* *優(yōu)點：優(yōu)點：價格低；通過調(diào)解鋁的含量，可以獲得滿足不同要求的價格低；通過調(diào)解鋁的含量，可以獲得滿足不同要求的軟磁材料；合金具有較高的電阻率；具有較高的硬度、強度和耐軟磁材料；合金具有較高的電阻率；具有較高的硬度、強度和耐磨性；合金密度低，可減輕元件重量；對應(yīng)力不敏感，適于在沖磨性；合金密度低，可減輕元件重量；對應(yīng)力不敏感，適于在沖擊、振動等環(huán)境下工作；較好的溫度穩(wěn)定性；抗核輻射性能好。擊、振動等環(huán)境下工作；較好的溫度穩(wěn)定性；抗核輻射性能好。鐵硅鋁合金鐵硅鋁合金* *19321932年在日本仙臺被開發(fā)出來，因此又稱為仙臺斯特合金，年在日本仙臺被開發(fā)出

26、來，因此又稱為仙臺斯特合金，成分為成分為FeFe9.6Si9.6Si5.4Al5.4Al。該成分時，。該成分時， K K1 1和和 S S幾乎同時趨幾乎同時趨于零，且具有高于零，且具有高 和低和低H HC C。不需要高價的不需要高價的CoCo和和NiNi，且電阻率且電阻率高、耐磨性好，所以作為磁頭磁芯材料比較理想。高、耐磨性好，所以作為磁頭磁芯材料比較理想。* *應(yīng)用：應(yīng)用：直流電磁鐵鐵芯、極頭材料、航空發(fā)電機定子材料、直流電磁鐵鐵芯、極頭材料、航空發(fā)電機定子材料、電話受話器的振動膜片，磁致伸縮材料。電話受話器的振動膜片，磁致伸縮材料。鐵鈷合金鐵鈷合金* *優(yōu)點：優(yōu)點：高的高的M MS S；

27、CoCo5050，同時有高的同時有高的M MS S， i i， maxmax* *缺點：缺點：加工性能較差；電阻率低，不適合在高頻場合用；加工性能較差；電阻率低，不適合在高頻場合用；CoCo價格貴價格貴2.2 鐵氧體軟磁材料鐵氧體軟磁材料* *最早由荷蘭菲利普實驗室最早由荷蘭菲利普實驗室SnockSnock于于19351935年研制成功。其磁年研制成功。其磁性來源于亞鐵磁性，故性來源于亞鐵磁性，故M MS S較金屬低，但比金屬的較金屬低，但比金屬的 要高很多，要高很多，因此具有良好的高頻特性。因此具有良好的高頻特性。* *軟磁鐵氧體材料的特性要求（四高）：軟磁鐵氧體材料的特性要求（四高）：高高

28、 i i，高品質(zhì)因數(shù)高品質(zhì)因數(shù)Q Q，高（時間、溫度）穩(wěn)定性，高截止頻率高（時間、溫度）穩(wěn)定性，高截止頻率f fr r。* *除基本要求外，對應(yīng)不同的應(yīng)用場合還有不同的特殊要求。除基本要求外，對應(yīng)不同的應(yīng)用場合還有不同的特殊要求。比如電波吸收材料希望在工作頻率范圍內(nèi)損耗越大越好。比如電波吸收材料希望在工作頻率范圍內(nèi)損耗越大越好。*按晶體結(jié)構(gòu)進行分類：按晶體結(jié)構(gòu)進行分類：* *MnZnMnZn鐵氧休是具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧休是具有尖晶石結(jié)構(gòu)的mMnFemMnFe2 2O O4 4nZnFenZnFe2 2O O4 4與少量與少量FeFe3 3O O4 4組成的單相固溶體。組成的單相固溶體。* *低

29、頻段應(yīng)用極廣（低頻段應(yīng)用極廣（500500kHzkHz以下），優(yōu)點：磁滯損耗低，相以下），優(yōu)點：磁滯損耗低，相同磁導(dǎo)率情況下居里溫度較同磁導(dǎo)率情況下居里溫度較NiZnNiZn高，高， i i高高( (可達可達4 410104 4 1 110105 5) )，價格低廉。，價格低廉。* *NiZnNiZn鐵氧體：高頻軟磁材料，鐵氧體：高頻軟磁材料，1 1100100MHzMHz。1 1MHzMHz以下時，其以下時，其性能不如性能不如MnZnMnZn鐵氧體，而在鐵氧體，而在1 1MHzMHz以上時，優(yōu)于以上時，優(yōu)于MnZnMnZn鐵氧體，鐵氧體，因它具有多孔性及高電阻率。因它具有多孔性及高電阻率。*

30、 *特點：頻帶寬，體積小，重量輕；起步晚，與國外差距大；特點：頻帶寬，體積小，重量輕；起步晚，與國外差距大；NiNi價格高，小于價格高，小于3030MHzMHz時，可用時，可用MgZnMgZn鐵氧體替代（性能稍鐵氧體替代（性能稍差）。差）。2.3 納米晶軟磁材料納米晶軟磁材料* *特征：特征：（1 1）短程有序，長程無序；）短程有序，長程無序；（2 2）不存在位錯和晶界，具有高磁導(dǎo)率和低矯頑力；）不存在位錯和晶界，具有高磁導(dǎo)率和低矯頑力；（3 3）電阻率比同種晶態(tài)材料高，適用高頻）電阻率比同種晶態(tài)材料高，適用高頻( (渦流損耗小渦流損耗小) )；（4 4）體系自由能高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，加熱時有結(jié)晶

31、化傾向；）體系自由能高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，加熱時有結(jié)晶化傾向；（5 5）機械強度較高且硬度較高；）機械強度較高且硬度較高；（6 6）抗化學(xué)腐蝕能力強，抗）抗化學(xué)腐蝕能力強，抗 射線及中子等輻射能力強。射線及中子等輻射能力強。 2.3.1非晶態(tài)軟磁材料非晶態(tài)軟磁材料( (具有優(yōu)良的綜合磁性能具有優(yōu)良的綜合磁性能) )2.3.1.12.3.1.1非晶態(tài)軟磁材料的結(jié)構(gòu)和性能非晶態(tài)軟磁材料的結(jié)構(gòu)和性能* *目前已達到實用化的非晶軟磁材料的分類：目前已達到實用化的非晶軟磁材料的分類：1) 31) 3d d過渡金屬過渡金屬( (T)T)非金屬系。其中非金屬系。其中T T為為FeFe，CoCo，NiNi等；非等；

32、非金屬為金屬為B B，C C，SiSi、P P等。等。鐵基：鐵基：B BS S較高；鐵鎳基：磁導(dǎo)率較高；鈷基：適宜作為高頻較高；鐵鎳基：磁導(dǎo)率較高；鈷基：適宜作為高頻開關(guān)電源變壓器。開關(guān)電源變壓器。2) 32) 3d d過渡金屬過渡金屬( (T)T)金屬系。金屬為金屬系。金屬為TiTi，ZrZr，NbNb，TaTa等。等。3) 3) 過渡金屬過渡金屬( (T)T)稀土類金屬稀土類金屬( (RE)RE)系。其中系。其中T T為為FeFe，CoCo；RERE為為GdGd，TbTb，DyDy，NdNd等。等。2.3.1.2制備與應(yīng)用制備與應(yīng)用非晶態(tài)：結(jié)晶化前的中間狀態(tài)，亞穩(wěn)態(tài)。冷卻速度足夠快且非晶態(tài)

33、：結(jié)晶化前的中間狀態(tài)，亞穩(wěn)態(tài)。冷卻速度足夠快且冷至足夠低的溫度，以致原子來不及形核結(jié)晶便凝固下來。冷至足夠低的溫度，以致原子來不及形核結(jié)晶便凝固下來。制備方法：制備方法：氣相沉積法氣相沉積法晶態(tài)材料原子晶態(tài)材料原子（離解）（離解）氣相氣相（無規(guī)沉積）（無規(guī)沉積）到低溫冷卻基體上到低溫冷卻基體上形成非晶態(tài)形成非晶態(tài)此類技術(shù)主要有：此類技術(shù)主要有：真空蒸發(fā)、濺射、輝光放電、化學(xué)沉積等真空蒸發(fā)、濺射、輝光放電、化學(xué)沉積等液相急冷法（大多采用此法）液相急冷法（大多采用此法）熔融合金熔融合金（用加壓惰性氣體）（用加壓惰性氣體）液態(tài)合金從石英噴嘴中噴出液態(tài)合金從石英噴嘴中噴出形成均勻的熔融金屬細流形成均勻

34、的熔融金屬細流連續(xù)噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥表連續(xù)噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥表面面液態(tài)合金以液態(tài)合金以10106 610108 8K/SK/S高速冷卻形成非晶態(tài)高速冷卻形成非晶態(tài)高能粒子注入高能粒子注入采用大功率高能粒子輸入加熱晶態(tài)材料表面，引起局部熔化采用大功率高能粒子輸入加熱晶態(tài)材料表面，引起局部熔化并迅速固化成非晶態(tài)。并迅速固化成非晶態(tài)。高能注入粒子有一定的射程，只能得到一薄層非晶材料，常高能注入粒子有一定的射程，只能得到一薄層非晶材料，常用于改善表面特性。用于改善表面特性。* *鐵基非晶帶的損耗僅為傳統(tǒng)鐵基非晶帶的損耗僅為傳統(tǒng)Fe-SiFe-Si合金的合金的1/31/3，但由于成本，但由于成本

35、較高，目前尚難以大量取代傳統(tǒng)的材料，但在高功率脈沖變較高，目前尚難以大量取代傳統(tǒng)的材料，但在高功率脈沖變壓器、航空變壓器、開關(guān)電源等方面已獲得應(yīng)用。壓器、航空變壓器、開關(guān)電源等方面已獲得應(yīng)用。鈷基和鐵鎳基非晶：防盜標(biāo)簽（圖書館、超市）鈷基和鐵鎳基非晶：防盜標(biāo)簽（圖書館、超市）2.3.2納米晶軟磁材料納米晶軟磁材料19881988年，日本日立金屬公司的年，日本日立金屬公司的YashizawaYashizawa等人在非晶合金基等人在非晶合金基礎(chǔ)上通過晶化處理開發(fā)出納米晶軟磁合金（礎(chǔ)上通過晶化處理開發(fā)出納米晶軟磁合金（FinemetFinemet）。）。特點：高特點：高B BS S，高，高 i i，

36、低損耗，鐵基原材料成本低廉；，低損耗，鐵基原材料成本低廉； 晶粒尺寸減小，矯頑力降低晶粒尺寸減小，矯頑力降低* *目前已經(jīng)開發(fā)或正在開發(fā)研究的系統(tǒng)：目前已經(jīng)開發(fā)或正在開發(fā)研究的系統(tǒng)：Fe-Cu-M-Si-BFe-Cu-M-Si-B（M M為為NbNb，TaTa，MoMo，W W，ZrZr，HfHf等）等）Fe-M-CFe-M-C和和Fe-M-VFe-M-V（M M為為TaTa等耐熱金屬）等耐熱金屬）最著名的為最著名的為FinemetFinemet納米微晶軟磁材料，其組成為納米微晶軟磁材料，其組成為FeFe73.573.5CuCu1 1NbNb3 3SiSi13.513.5B B9 9，晶粒尺寸

37、約為晶粒尺寸約為1010nmnm。* *制備方法：非晶晶化法制備方法：非晶晶化法非晶條帶，在略高于非晶晶化溫非晶條帶，在略高于非晶晶化溫度下退火一度下退火一 定時間，使之納米晶化。定時間，使之納米晶化。3.永磁材料永磁材料定義：定義：被外加磁場磁化以后，除去外磁場，仍能保留被外加磁場磁化以后，除去外磁場，仍能保留較強磁性的一類材料。較強磁性的一類材料。* *基本要求：基本要求：（1 1）B Br r要高；（要高；（2 2）H Hc c要高要高；（3 3）( (BHBH) )maxmax要高；要高；（4 4）材料穩(wěn)定性要高。）材料穩(wěn)定性要高。* *種類：種類：（1 1）金屬永磁材料：）金屬永磁材

38、料：Al-Ni-CoAl-Ni-Co系和系和Fe-Cr-CoFe-Cr-Co系永磁合金系永磁合金；（2 2）鐵氧體永磁材料：以）鐵氧體永磁材料：以FeFe2 2O O3 3為主要組元的復(fù)合氧化物強磁材為主要組元的復(fù)合氧化物強磁材料；特點：電阻率高，適合高頻和微波領(lǐng)域應(yīng)用；料；特點：電阻率高，適合高頻和微波領(lǐng)域應(yīng)用；（3 3）稀土永磁材料：以稀土族元素和鐵族元素為主要成分的合）稀土永磁材料：以稀土族元素和鐵族元素為主要成分的合金間化合物，包括金間化合物，包括SmCoSmCo5 5系、系、SmSm2 2CoCo1717系以及系以及Nd-Fe-BNd-Fe-B系。系。特點：磁能積高，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。特

39、點：磁能積高，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。* *發(fā)展史：發(fā)展史：18801880年左右：碳鋼，緊接著又發(fā)現(xiàn)鎢鋼、鈷鋼等金屬永磁材料；年左右：碳鋼，緊接著又發(fā)現(xiàn)鎢鋼、鈷鋼等金屬永磁材料；19311931年以來：年以來：Al-Ni-FeAl-Ni-Fe系磁鋼系磁鋼( (MKMK鋼鋼) )和和Al-Ni-CoAl-Ni-Co系磁鋼，后者占系磁鋼，后者占據(jù)主導(dǎo)地位一直到據(jù)主導(dǎo)地位一直到6060年代；年代；2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代：鐵氧體永磁材料，材料便宜，工藝簡單，磁性能年代：鐵氧體永磁材料，材料便宜，工藝簡單，磁性能居中；同時居中；同時Fe-Cr-CoFe-Cr-Co永磁合金問世，改善了永磁合金問世，改善了A

40、l-Ni-CoAl-Ni-Co機械性能差機械性能差的缺點；的缺點；2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代：年代：Sm-CoSm-Co系稀土永磁材料；系稀土永磁材料；2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代：年代：Nd-Fe-BNd-Fe-B系稀土永磁材料；系稀土永磁材料；( (BH)BH)maxmax460KJ/m460KJ/m3 3，稱為稱為“磁王磁王”；近年來：納米雙相永磁材料，近年來：納米雙相永磁材料，RE(RE(稀土元素稀土元素)-)-Fe-NFe-N系永磁體。系永磁體。衡量永磁材料的重要指標(biāo)衡量永磁材料的重要指標(biāo)剩磁剩磁Br* *如果撤去外加磁場，在磁鐵兩個磁極之間的空隙中便如果撤去外加磁場，在磁鐵兩個磁

41、極之間的空隙中便產(chǎn)生恒定磁場（氣隙磁場），對外界提供有用的磁能。產(chǎn)生恒定磁場（氣隙磁場），對外界提供有用的磁能。* *撤去外加磁場后，在退磁場作用下，永磁體將工作在撤去外加磁場后，在退磁場作用下，永磁體將工作在磁滯回線的第二象限。所以永磁材料性能的好壞，應(yīng)該磁滯回線的第二象限。所以永磁材料性能的好壞，應(yīng)該用退磁曲線上的有關(guān)物理量來表征。剩磁用退磁曲線上的有關(guān)物理量來表征。剩磁B Br r，矯頑力矯頑力H HC C，最大磁能積最大磁能積( (BH)BH)maxmax等。等。* *永磁體由于磁路中存在空隙，因此處于開路應(yīng)用狀態(tài)。永磁體由于磁路中存在空隙，因此處于開路應(yīng)用狀態(tài)。此時工作點在退磁場作用

42、下由此時工作點在退磁場作用下由B Br r點移到點移到D D點，所以剩磁點，所以剩磁應(yīng)該等于應(yīng)該等于B Bd d （表觀剩磁）。表觀剩磁）。* *工作點工作點D D和坐標(biāo)原點和坐標(biāo)原點O O的連線的連線OPOP稱為開路磁導(dǎo)線，稱為開路磁導(dǎo)線，OPOP的的斜率稱為磁導(dǎo)系數(shù)。斜率稱為磁導(dǎo)系數(shù)。NHBPdd110矯頑力矯頑力HC* *兩種定義兩種定義：CBHCMH)(0HMB* *第二象限中，第二象限中，H0H0，所以所以B-HB-H退磁曲退磁曲線將位于線將位于 0 0M-HM-H退磁曲線下方退磁曲線下方CBCMHH * *當(dāng)當(dāng)B=0B=0時，時，rCBMMHrCB0BH * 的最高值不可能超過材料

43、的剩磁值。的最高值不可能超過材料的剩磁值。CBH最大磁能積最大磁能積(BH)max* *若永磁體的尺寸比取若永磁體的尺寸比取( (BHBH) )maxmax的形狀，則能保證永磁體的形狀，則能保證永磁體單位體積的磁場能為最大。單位體積的磁場能為最大。注：不同形狀對應(yīng)退磁場不同，磁能積不同。注：不同形狀對應(yīng)退磁場不同，磁能積不同。* *可根據(jù)可根據(jù)( (BHBH) )maxmax確定各種永磁體的最佳形狀。確定各種永磁體的最佳形狀。( (BHBH) )maxmax越越高的永磁體，產(chǎn)生同樣的磁場所需的體積越小；在相同高的永磁體，產(chǎn)生同樣的磁場所需的體積越小；在相同體積下，體積下，( (BHBH) )m

44、axmax越高的永磁體獲得的磁場越強。越高的永磁體獲得的磁場越強。注：注：( (BHBH) )maxmax是評價永磁體強度的最主要指標(biāo)。是評價永磁體強度的最主要指標(biāo)。稀土永磁體稀土永磁體( (BHBH) )maxmax450KJ/m450KJ/m3 3；普通磁鋼；普通磁鋼( (BHBH) )maxmax8KJ/m8KJ/m3 3* *在矩形磁滯回線中，理論值：在矩形磁滯回線中，理論值：* *上式成立的條件：上式成立的條件：（1 1）剩余磁化強度）剩余磁化強度M Mr r= =M MS S（2 2）內(nèi)稟矯頑力）內(nèi)稟矯頑力2/CMSMH 4)()(20maxSMBH穩(wěn)定性穩(wěn)定性* *受到溫度、外磁

45、場、沖擊、振動等外界因素影響時，受到溫度、外磁場、沖擊、振動等外界因素影響時，有關(guān)磁性能在長時間使用過程中保持不變的能力。有關(guān)磁性能在長時間使用過程中保持不變的能力。* *變化率：變化率：%100ZZCdrHBBZ或,3.1金屬永磁材料金屬永磁材料特點：特點：H HC C高高根據(jù)形成高根據(jù)形成高H HC C的機理，可將金屬永磁材料分為：的機理，可將金屬永磁材料分為：3.1.1淬火硬化型磁鋼淬火硬化型磁鋼碳鋼、鎢鋼、鉻鋼、鈷鋼和鋁鋼等。碳鋼、鎢鋼、鉻鋼、鈷鋼和鋁鋼等。* *通過高溫淬火手段，把已經(jīng)加工過的零件中的原始奧氏體通過高溫淬火手段，把已經(jīng)加工過的零件中的原始奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織來獲

46、得高組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織來獲得高H HC C。缺點：矯頑力和磁能積比較低，這類永磁體己很少使用。缺點：矯頑力和磁能積比較低，這類永磁體己很少使用。3.1.2析出硬化型磁鋼析出硬化型磁鋼三類：三類：Fe-CuFe-Cu系合金；系合金；Fe-CoFe-Co系合金；系合金；AlNiCoAlNiCo系合金系合金* *后者為金屬永磁材料中最主要，應(yīng)用最廣泛的一類后者為金屬永磁材料中最主要，應(yīng)用最廣泛的一類* *AlNiCoAlNiCo磁鋼：主要成分為磁鋼：主要成分為FeFe、NiNi、AlAl，再加入，再加入CoCo、CuCu或或MoMo、TiTi等適當(dāng)熱處理等適當(dāng)熱處理各向同性的永磁合金，經(jīng)磁場熱各向

47、同性的永磁合金，經(jīng)磁場熱處理或定向結(jié)晶處理處理或定向結(jié)晶處理各向異性永磁合金各向異性永磁合金* *高高H HC C的機理：鐵磁性析出粒子的形狀各向異性的機理：鐵磁性析出粒子的形狀各向異性，* *spinodalspinodal分解相變過程分解相變過程* *后者為非磁性相，前者為鐵磁性相，以單疇微粒子的形后者為非磁性相，前者為鐵磁性相，以單疇微粒子的形式析出，產(chǎn)生形狀各向異性高式析出，產(chǎn)生形狀各向異性高H HC C* *AlNiCoAlNiCo合金硬度高，很難加工，通常采用鑄造方式加工，合金硬度高，很難加工，通常采用鑄造方式加工，熔化采用高頻感應(yīng)爐。熔化采用高頻感應(yīng)爐。3.1. 3 時效硬化型永

48、磁合金時效硬化型永磁合金* *通過淬火、塑性變形和時效硬化的工藝獲得高通過淬火、塑性變形和時效硬化的工藝獲得高H HC C。* *優(yōu)點：機械性能較好優(yōu)點：機械性能較好*分類：分類：（1 1） 鐵基合金鐵基合金 包括包括CoMoCoMo、FeWCoFeWCo、FeMoCoFeMoCo合金合金 缺點：磁能積較低；用途：電話接收機缺點：磁能積較低；用途：電話接收機（2）FeMnTi和和FeCoV合金合金 特點：磁性能相當(dāng)于低特點：磁性能相當(dāng)于低CoCo鋼，但不需要戰(zhàn)略資源鋼，但不需要戰(zhàn)略資源CoCo 應(yīng)用：指南針、儀表零件應(yīng)用：指南針、儀表零件 特點：時效硬化永磁合金中性能較高的一種特點：時效硬化永

49、磁合金中性能較高的一種 應(yīng)用：微型電機、錄音機磁性零件應(yīng)用：微型電機、錄音機磁性零件（3）銅基合金銅基合金 種類：種類：CuNiFeCuNiFe、CuNiCoCuNiCo兩種兩種 應(yīng)用：測速儀和轉(zhuǎn)速計應(yīng)用：測速儀和轉(zhuǎn)速計（4）Fe-Cr-Co系永磁系永磁合金合金 特點：主要應(yīng)用的另一類金屬硬磁合金。磁性能相當(dāng)于特點：主要應(yīng)用的另一類金屬硬磁合金。磁性能相當(dāng)于中等性能的中等性能的A1NiCoA1NiCo永磁合金，但可進行變形加工，機械加工，永磁合金，但可進行變形加工，機械加工，制成管材、片材或線材等。制成管材、片材或線材等。 應(yīng)用：應(yīng)用：揚聲器、電度表、轉(zhuǎn)速表、陀螺儀揚聲器、電度表、轉(zhuǎn)速表、陀螺

50、儀、空、空氣濾波器氣濾波器、磁顯示器磁顯示器3.1.4 有序硬化型永磁合金有序硬化型永磁合金* *種類：種類：AgMnAlAgMnAl、CoPtCoPt、FePtFePt、MnAlMnAl、MnAlCMnAlC合金合金* *特點：高溫下處于無序狀態(tài)，經(jīng)適當(dāng)?shù)拇慊鸷突鼗鸷螅攸c：高溫下處于無序狀態(tài)，經(jīng)適當(dāng)?shù)拇慊鸷突鼗鸷螅蔁o序相中析出彌散分布的有序相，提高由無序相中析出彌散分布的有序相，提高H HC C。* *應(yīng)用：磁性彈簧、小型儀表元件、小型磁力馬達應(yīng)用：磁性彈簧、小型儀表元件、小型磁力馬達* *FePtFePt合金：耐腐蝕性合金：耐腐蝕性3.2 鐵氧體磁材料鐵氧體磁材料* *主要為六角晶系的

51、磁鉛石型鐵氧體主要為六角晶系的磁鉛石型鐵氧體* *化學(xué)式：化學(xué)式：MOMO x xFeFe2 2O O3 3 M=Ba M=Ba，SrSr，CaCa，PbPb等等 實用化的有實用化的有BaOBaO 6Fe6Fe2 2O O3 3，SrOSrO 6Fe6Fe2 2O O3 3等等* *缺點：綜合磁性能較低缺點：綜合磁性能較低* *優(yōu)點：性價比高；工藝簡便成熟；抗退磁性能優(yōu)良；不優(yōu)點：性價比高；工藝簡便成熟；抗退磁性能優(yōu)良；不存在氧化問題。存在氧化問題。* *目前約占永磁材料總產(chǎn)值的目前約占永磁材料總產(chǎn)值的4040。* *分類：各向同性永磁；各向異性永磁（分類：各向同性永磁；各向異性永磁（成型時施

52、加外磁成型時施加外磁場，使顆粒的易磁化軸定向排列，材料的剩磁和磁能積得場，使顆粒的易磁化軸定向排列，材料的剩磁和磁能積得到到大大大大提高提高）。）。* *應(yīng)用領(lǐng)域：電機應(yīng)用領(lǐng)域：電機(50%)(50%)，電聲，電聲(20(20) )，測量與控制器件，測量與控制器件(20%)(20%)，其余，其余(10(10) )。3.3 稀土永磁材料稀土永磁材料* *由稀土元素由稀土元素RERE與過渡金屬與過渡金屬TMTM（FeFe，CoCo等）形成等）形成RERE：1515個，個，LaLa，CeCe，PrPr，NdNd，PmPm，SmSm，EuEu，GdGd，TbTb，DyDy，HoHo，ErEr，TmTm

53、，YbYb，LuLu常把第常把第IIIIII副族元素鈧副族元素鈧(Sc)(Sc)和釔和釔(Y)(Y)也列入稀土元素之中。也列入稀土元素之中。 概述概述* *稀土合金的優(yōu)勢：原子磁矩大；稀土合金的優(yōu)勢：原子磁矩大；K K1 1、 s s大；結(jié)構(gòu)為六角晶大；結(jié)構(gòu)為六角晶系和四方晶系，具強烈的單軸各向異性。系和四方晶系，具強烈的單軸各向異性。* *分類：第一代稀土永磁材料分類：第一代稀土永磁材料 6060年代開發(fā)，年代開發(fā)，SmCoSmCo5 5 第二代稀土永磁材料第二代稀土永磁材料 7070年代開發(fā)，年代開發(fā)，SmSm2 2CoCo1717 優(yōu)點：永磁性能好，優(yōu)點：永磁性能好，(BH)(BH)ma

54、xmax大大 缺點：原材料供應(yīng)和價格問題（缺點：原材料供應(yīng)和價格問題（CoCo，SmSm儲量少）儲量少） 第三代稀土永磁材料第三代稀土永磁材料 19831983年開發(fā)，年開發(fā)，NdNd2 2FeFe1414B(B(四四方方) ) 特點特點：1 1、磁性能高，、磁性能高，2 2、價格屬中下水平，、價格屬中下水平，3 3、力學(xué)、力學(xué) 性能好，性能好，4 4、T TC C低，溫度穩(wěn)定性差，化學(xué)穩(wěn)定性欠佳低，溫度穩(wěn)定性差，化學(xué)穩(wěn)定性欠佳3.3.1 Co基稀土永磁材料基稀土永磁材料* *系列：系列：Sm-CoSm-Co系，系，Pr-CoPr-Co系，系，Ce-CoCe-Co系系 Sm-Co Sm-Co系

55、是永磁材料發(fā)展史上的里程碑。系是永磁材料發(fā)展史上的里程碑。1、第一代、第一代SmCo5* *六角結(jié)構(gòu)六角結(jié)構(gòu)* *優(yōu)點：綜合磁性能好；缺點：優(yōu)點：綜合磁性能好；缺點：原材料價格昂貴，儲量少原材料價格昂貴，儲量少* *特點特點：a a、成分對成分對永永磁性能磁性能影響影響大，若大，若按化學(xué)計量按化學(xué)計量比比配配不可能獲得優(yōu)異的磁性能不可能獲得優(yōu)異的磁性能，S Sm m含含量量為過計量時，才為過計量時，才可可能能獲得優(yōu)異的磁性能。獲得優(yōu)異的磁性能。b b、只有、只有S Sm m含含量量為過計量時，才為過計量時，才可可能能獲得獲得致密的致密的S Sm mC Co o5 5合金。合金。c c、室溫室溫

56、H HC C隨回火溫度變化。隨回火溫度變化。2、第二代、第二代Sm2Co17* *高溫：六角；低溫：菱方高溫：六角；低溫：菱方* *優(yōu)點：優(yōu)點：M MS S高，高，T TC C高高 缺點：缺點：H HC C偏低，很難成為實用的永磁材料偏低，很難成為實用的永磁材料* *改進方法：改進方法：（1 1）三元）三元SmSm2 2(Co(Co1-x1-xFeFex x) )1717合金系中添加其他元素合金系中添加其他元素 如：如：SmSm2 2(Co(Co0.80.8FeFe0.050.05MnMn0.150.15) )1717，SmSm2 2(Co(Co0.80.8FeFe0.090.09CrCr0.

57、110.11) )1717 優(yōu)點：優(yōu)點：H HC C得到了提高得到了提高 缺點：溫度穩(wěn)定性差；制造工藝不易掌握，重復(fù)性差。缺點：溫度穩(wěn)定性差；制造工藝不易掌握，重復(fù)性差。（2 2）三元系）三元系Sm-Co-CuSm-Co-Cu為基礎(chǔ)的合金為基礎(chǔ)的合金 Sm-Co-CuSm-Co-Cu系，系，Sm-Co-Cu-FeSm-Co-Cu-Fe系，系，Sm-Co-Cu-Fe-MSm-Co-Cu-Fe-M系系 M=Zr,Ti,Hf,NiM=Zr,Ti,Hf,Ni等等 * *目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的是第三個系列。目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的是第三個系列。 其優(yōu)點：磁性能穩(wěn)定（抗氧化能力強，磁性隨溫度變化較其優(yōu)點：磁性能

58、穩(wěn)定（抗氧化能力強，磁性隨溫度變化較小）小）3.3.2 Nd-Fe-B永磁材料永磁材料磁體的制備磁體的制備兩類：粘結(jié)永磁體；燒結(jié)永磁體兩類：粘結(jié)永磁體；燒結(jié)永磁體1 1、粘結(jié)、粘結(jié)Nd-Fe-BNd-Fe-B磁體的制備磁體的制備( (1)1)、磁粉的制備、磁粉的制備a a、熔體快淬法、熔體快淬法真空感應(yīng)真空感應(yīng)爐爐熔煉母合金熔煉母合金 惰性惰性氣體保護氣體保護 熔化熔化的母合金在的母合金在氬氣壓力下經(jīng)石英管噴出氬氣壓力下經(jīng)石英管噴出 噴射到噴射到 高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上快高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上快速速冷卻冷卻凝固凝固 將得到的薄帶粉末化后得磁粉將得到的薄帶粉末化后得磁粉* *旋轉(zhuǎn)輥速旋轉(zhuǎn)輥速度：調(diào)節(jié)產(chǎn)物晶體

59、結(jié)構(gòu)，即從非晶到數(shù)微米晶粒度：調(diào)節(jié)產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)，即從非晶到數(shù)微米晶粒尺寸變化；影響材料的磁性能。尺寸變化；影響材料的磁性能。b、HDDR法法* *此法可獲得平均粒徑為此法可獲得平均粒徑為0.30.3 m m的細小晶粒的細小晶粒 H HC Cc c、氣體噴霧法、氣體噴霧法N Nd-Fe-Bd-Fe-B溶液溶液 高速噴嘴高速噴嘴 霧化成細小的金屬液滴霧化成細小的金屬液滴 射向粉射向粉碎盤碎盤 獲得極細的非晶和微晶粉末獲得極細的非晶和微晶粉末d d、機械合金化法、機械合金化法N Nd-Fe-Bd-Fe-B合金鑄錠破碎成粗粉合金鑄錠破碎成粗粉 長時間高能球磨長時間高能球磨 產(chǎn)物產(chǎn)物 退退火處理火處理

60、得到與快淬法相同的微觀組織得到與快淬法相同的微觀組織優(yōu)點：成本低優(yōu)點：成本低( (2)、磁體的制備、磁體的制備永磁體粉末與橡膠、塑料等粘結(jié)材料相混合，按用求直接永磁體粉末與橡膠、塑料等粘結(jié)材料相混合，按用求直接成型為各種形狀的永磁部件。成型為各種形狀的永磁部件。缺陷：由于粘結(jié)劑的加入，永磁體的磁學(xué)性能會有一定程缺陷：由于粘結(jié)劑的加入，永磁體的磁學(xué)性能會有一定程度的下降。度的下降。Nd-Fe-B磁體的磁性能磁體的磁性能* *四角晶系，具單軸各向異性，四角晶系，具單軸各向異性，C C軸為易磁化軸軸為易磁化軸1 1、Nd-Fe-BNd-Fe-B相結(jié)構(gòu)與內(nèi)稟磁性相結(jié)構(gòu)與內(nèi)稟磁性*相結(jié)構(gòu)決定內(nèi)稟磁特性相