1、高矯頑力永磁材料一、高矯頑力永磁材料概述鐵磁材料是與人們生產生活密切相關的一種功能材料。根據鐵磁性材料的矯頑力不同，可將其分為永磁材料和軟磁材料。永磁材料的矯頑力一般均大于1000A/m，而軟磁材料的矯頑力一般小于100A/m，最低可達0.08A/m左右。由于軟磁材料的矯頑力低，技術磁化到飽和并去掉外磁場后很容易退磁。永磁材料矯頑力高，磁化飽和并去掉外磁場后仍能長期保持很強的磁性，因此又稱為恒磁材料。永磁材料在外磁場中磁化時，外磁場對永磁體做的功稱為磁化功。對于閉路永磁體來說，磁化功以磁能(BH)m的形式貯存于材料內部。對于開路永磁體來說，磁化功一部分貯存于永磁材料內部另部分以磁場的形式貯存于

2、兩磁極附近的空間。所以，永磁體是一個貯能器。利用永磁體磁極的相互作用和氣隙磁場可以實現機械能或聲能和電磁能的相互轉換，制成多種功能器件：利用磁場與運動導線的相互作用，制造發電機、話筒、傳感器，將機械能或聲能轉變為電能或電信號；利用磁場與載流導線的相互作用可制各種永磁電機，如音圈電機、步進電機以及揚聲器、耳機等，將電能或電信息轉變為機械能、聲能或非電信息等；利用磁極間的相互作用力可實現磁傳動、磁懸浮、磁起重、磁分離等；利用磁場與荷電粒子的相互作用做成各種微波功率器件。如微波通訊中的行波管、返波管、環行器等；利用磁場對物質產生的各種物理效應，如磁共振效應、磁化學效應、磁生物效應、磁光效應、磁霍耳效

3、應等，制造核磁共振成像儀、霍耳探測器等；利用磁場使宏觀物質磁化以改變其內部結構或鍵合力的性質與狀態，制造磁水器、磁防蠟器、磁療器件等。矯頑力是永磁材料自身性能抵御外界磁場變化的一種能力。隨著磁性器件，尤其是信息、通訊、計算機領域所用器件(如HDD、FDD、CD-ROM、FAX等)向小型化、輕型化、高速化、低噪聲化方向發展，人們對高矯頑力永磁材料的需求不斷增大。材料的矯頑力越高，表明它抗退磁能力越強，產生的磁場越不容易受外界干擾。同時，材料的矯頑力高，具有較好的溫度穩定性，可在較高的溫度下工作。同時其負載性可低一些，磁體可做得更薄一些，有利于永磁體薄型化和輕量化。而且，材料的高矯頑力化有利于提高

4、材料的磁能積。所以，在要求穩定的高靜磁場的馬達以及擴音器等小型馬達、電動機以及核磁共振等大型儀器設備等方面的應用，高矯頑力材料有其獨到之處。二、一些磁學參量和磁化曲線一個宏觀磁體由許多具有固有原子磁矩的原子組成，當原子磁矩同向平行排列時，對外顯示的磁性最強；當原子磁矩紊亂排列時，對外不顯示磁性。宏觀磁體單位體積在某一方向的磁矩稱為磁化強度M。為了描述材料的磁化狀態(磁化強度和方向)，通常引入磁化強度矢量的概念。把每單位體積(或每摩爾、每克)內的磁矩定義為磁化強度。式中為原于磁矩，V為磁體的體積，n為體積為V內的磁性原子數。任何物質在外磁場作用下，除了外磁場H外，還要產生一個附加的磁場。物質內部

5、的外磁場和附加磁場的總和稱之為磁感應強度B。真空中的磁感應強度和外磁場成正比。式中0為真空磁導率。在物質內部磁感應強度為鐵磁性物質的磁化曲線B的單位為Wb/m2，1Wb/m21T。J稱為磁極化強度，單位為Wb/m2有時也稱為內稟磁感應強度。熱退磁狀態的鐵磁性物質的M、J和B隨磁化場H的增加而增加的關系曲線稱為起始磁化曲線，簡稱為磁化曲線，它們分別稱為M-H、J-H、B-H磁化曲線。Ms、Js。Bs分別為飽和強化強度、飽和磁極化強度以及飽和磁感應強度。三、高矯頑力材料中的磁自由能強磁性物質中存在交換作用能、靜磁能、退磁場能、磁晶各向異性能和磁彈性能等。交換能屬于近鄰原子間靜電相互作用能，是各向同

6、性的，它比其他各項磁自由能大102-104數量級。它使強磁性物質相鄰原子磁矩自發有序排列。其他各項磁自由能不改變其自發磁化的本質，而僅能改變其磁疇結構。3.1、交換能在3d金屬如Fe、Co、Ni中，當3d電子云重疊時，相鄰原子的3d電子之間以每秒108的頻率交換位置，因而它們之間存在交換作用，相鄰原子3d電子的交換作用能Eex與兩個電子自旋磁矩的取向(夾角)有關，若用經典矢量模型來近似，則Eex可表示為式中是相鄰原子3d電子自旋磁矩的夾角；A為交換積分常數；是電子自旋角動量。在平衡狀態，相鄰原子3d電子磁矩的夾角值應遵循能量最小原理。當A0時，為使交換能最小，則相鄰原于3d電子的自旋磁矩夾角為

7、零，即彼此同向平行排列，即鐵磁性；當A0時，為使交換能最小，相鄰原子3d電子自旋磁矩夾角180，即相鄰原子3d電子自旋磁矩反向平行排列，稱為反鐵磁性耦合，即反鐵磁性；當A=0時，相鄰原子3d電子自旋磁矩間彼此不存在交換作用，或者交換作用十分微弱。在這種情況下，由于熱運動的影響，原子自旋磁矩混亂取向，變成磁無序，即順磁性。在稀土金屬中，4f電子半徑較小，僅為0.60.8Å，外層還有5s和5p電子層對4f電子起屏蔽作用，相鄰的4f電子云不可能重疊，即沒有象3d金屬那樣存在直接的交換作用。那么4f金屬的磁疇能夠發生自發磁化主要是4f電子是局域化的，6s是巡游電子，f電子和s電子之間要發生交

8、換作用，使6s電子發生極化現象。而極化的6s電子自旋對4f電子的自旋有耦合作用，形成以巡游的6s電子為媒介，使磁性的4f電子自旋與相鄰原子的4f電子自旋間接耦合起來，產生鐵磁性自發磁化。外磁場對條形磁體的作用3.2、靜磁能強磁性物質的磁化強度與外磁場的相互作用能稱為靜磁能EH。外場施加給磁體的力可認為有一個力矩L作用在磁體兩端，力圖使磁體M的方向與H的方向一致。如果轉動磁體，使角增加d，則需要反抗力矩對磁體做功，使磁體在外場中的勢能增加dE=L d。積分后可得磁體在磁場作用下的靜磁能EH3.3、磁晶各向異性能EK單晶體的各向異性場HA沿晶體的某些方向進行磁化時所需要的磁場比沿另外一些方向磁化所

9、需的磁場要小得多，這些方向稱為易磁化方向。當沿難磁化方向磁化磁體時，只有磁化場足夠大才能使其磁化到飽和。Fe、Ni的易磁化方向和難磁化方向分別為(100)、(111)和(111)、(100)等。將磁體沿難磁化方向磁化到飽和所需的外場稱為各向異性場HA。沿難磁化方向磁化需要更大的外場強度，因而HA的存在力圖使原子磁矩轉到與易磁化方向平行的方向上。HA的本質是磁晶各向異性。沿磁化曲線與J軸包圍的面積是外磁場對鐵磁體所做的磁化功。我們把沿晶體<uvw>方向磁化與沿晶體易磁化方向磁化兩者之間磁化功差值EK=W<uvw>-W<M>稱為磁晶各向異性能。顯然，沿易軸磁化，

10、磁晶各向異性能最低；沿難軸磁化，磁晶各向異性能最高。高矯頑力材料通常具有較大的磁晶各向異性能。磁晶各向異性能可表示為：Fe、Ni單晶在不同晶軸方向的磁化曲線 a-磁化功；b-Fe； c-Ni式中1、2、3分別是磁化強度M與立方晶體三個主軸夾角的方向余弦；K1和K2稱為磁晶各向異性常數。常見的幾種磁性材料的磁晶各向異性常數如表所示。對于單軸各向異性材料，磁晶各向異性能可表示為：Ek=Kusin2。其中Ku為感生各向異性常數。幾種磁性材料的磁晶各向異性常數材料結構K1/(J/m3)K2/(J/m3)Fe立方48.1×10312×10350%Ni-Fe立方0.5×103

11、-0.2×103Co立方35×103143×103SmCo5立方15500×103Sm2Co17立方3300×103Nd2Fe14B四方5700×1033.4、退磁場與退磁場能一個環狀磁體沿其圓周方向磁化時，形成的磁路是閉合的不存在磁極，也就不產生退磁場，開路磁體(有缺口)的兩端則出現磁極，即N極和S極，并在其周圍產生附加磁場。在材料內部這個附加磁場的方向與磁化方向相反(或接近相反)，起著退磁作用，故稱為退磁場，用Hd表示：開路磁體的退磁場式中N稱為退磁因子；“-”號表示Hd與M的方向相反。退磁因子的大小與磁體形狀和尺寸比有關。有限長

12、的長旋轉橢球體沿長軸方向的退磁因子Na和短軸方向的退磁因子Nb分別為：式中kl/d稱為尺寸因子，d為短軸方向的半徑。如果是球形試樣，則Na=Nb=Nc=1/3；如果是細長的圓柱體，由于k很大，兩端的磁極產生的退磁場很弱，Nc=0，Na=Nb=1/2；如果是無限大的薄板，Nc=1，Na=Nb=0。由此可見，隨著長度l的增加，退磁因子迅速減小，如下表所示：在長軸上磁化的長橢球、扁橢球和圓柱體的退磁因子K長橢球退磁因子扁橢球退磁因子圓柱體退磁因子01.001.010.33330.33330.2720.17350.23640.1450.05580.12480.04100.02030.06960.017

13、2200.006750.03690.006171000.0004300.007720.000365000.00002360.0015670.00001410000.00000660.0007640.0000036不妨估計一個退磁場的大小。設加給試樣的外磁場為He，受退磁場影響而減弱后的真實磁化場為H，不同幾何尺寸試樣的磁化曲線1-環狀；2-細長棒；3-粗短棒以鐵為例，鐵的磁化率1000，當鐵制成圓柱試樣l/d50時，退磁因子N0.00129已相當小，但N1.29，由式可見作用在鐵試樣上的真實磁場僅外磁場的43.67%。從圖中可看出，環狀試樣在磁場H1時達到B1值；細長棒狀試樣要達到B1則需要較

14、大的磁場H2，粗短棒狀試樣則要更大的磁場H3，這正說明了退磁場對磁化的影響。退磁場Hd是磁化強度M的函數，因而退磁能Ed可表示為：3.5、磁彈性能在磁場中磁化時，鐵磁體的尺寸或體積發生變化的現象稱為磁致伸縮。既然材料磁化要發生磁致伸縮，一旦這種形變受到限制，材料內部就要發生應力，因而存在一種彈性能，稱為磁彈性能。磁彈性能的大小將與應力的大小和作用方向以及材料的磁致伸縮系數s有關。對于各向同性材料，單位體積中的磁彈性能E有如下表達式：當s和符號相同，并0時，磁彈性能最小應力的方向是易磁化方向；而90時，磁彈性能最大，在垂直應力的方向是難磁化方向。當s和符號相反時，0時能量最大，沿應力的方向是難磁

15、化方向；而90的方向磁彈性最小，垂直應力的方向應是易磁化方向。由此可見，應力也會使材料發生一種各向異性，稱為應力各向異性，它也像磁各向異性那樣影響著材料的磁化。3.6、疇壁能根據外斯假設，鐵磁狀態物質中存在大量磁疇。磁疇之間的邊界稱為疇壁。平衡狀態的磁疇結構應具有最小的能量。畸壁的寬度、磁疇的形狀、尺寸和取向等磁疇結構因素是由交換能、退磁場能、磁晶各向異性能及磁彈性能決定的。180疇壁結構疇壁是原子磁矩由一個磁疇的方向逐漸轉向到相鄰磁疇的方向的過渡區。疇壁內的交換能、磁晶各向異性能與磁彈性能都可能比疇內的高，所高出的這部分能量稱為疇壁能，用Ew表示。疇壁單位面積的能量叫疇壁能密度，用w表示，單

16、位為J/m2。如果原子磁矩在相鄰兩原子間突然反向，則交換能的變化為4A2；若在n個等距離的原面間逐步均勻轉向，則在n+1個自旋磁矩的轉向中，交換能的總變化為如果只考慮交換能，則疇壁越厚，交換能越小，即交換能使疇壁無限地加寬。但n越大，就有更多的原子磁矩偏離易磁化方向使磁晶各向異性能增加，即磁晶各向異性能力圖使疇壁變薄。綜合考慮以上兩方面因素為使總能量最小，可求得疇單能w和疇壁厚度為下式。式中A1=A2/a，A為交換積分常數，a為點陣常數，為普朗克常數。四、永磁材料的技術磁參量技術磁參量可分為非結構敏感參量(即內稟磁參量)，如飽和磁化強度Ms、居里溫度Tc等，和結構敏感磁參量，如剩磁Mr或Br，

17、矯頑力Hcb或Hcj。磁能積(BH)m等。前者主要由材料的化學成分和晶體結構決定；后者除了與內稟參量有關外，還與晶粒尺寸、晶粒取向、晶體缺陷、摻雜物等因素有關。4.1、飽和磁化強度Ms磁化過程中，當磁矩轉動完成后，磁體被磁化到飽和狀態，此時所具有的磁化強度稱為飽和磁化強永磁材料的技術磁化曲線度Ms。永磁材料要求Ms越高越好。Ms決定于組成材料的磁性原子數、原子磁矩和溫度。實驗結果表明，Fe、Co、Ni的Js分別為2.16T、1.79T和0.6T。以Fe為基體添加Co時，隨Co含量的增加Js升高，當Co的質量分數達到40時，其Js達到最大值2.4T。除Co以外，所有添加元素均使Fe的Js降低，最

18、近實驗發現。Fe16N2化合物的Js達到2.83T。而其單晶在4.2K下Js達到3.2T。當合金中存在兩個鐵磁性相時，合金的Ms與兩個鐵磁性相的Ms1和Ms2滿足下式：如第二相是非鐵磁件相(Ms0)，則式中V、Vl和V2分別為合金樣品和樣品內兩個相的體積。上式說明減少合金的非鐵磁性相有利于提高合金的Ms。4.2、剩磁退磁曲線與磁滯回線鐵磁體磁化到飽和后，每個晶粒的磁化矢量都大體上轉向外磁場的方向。去掉外磁場后，各晶粒的磁化矢量都轉動到最靠近外磁場方向的易磁化方向。在磁化方向保留的Mr或Br簡稱為剩磁。因此多晶體的剩余磁化強度為：式中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

19、夾角；V為樣品的總體積。由于Br0Mr， Br的極限是0Ms。剩磁是組織敏感參量，它對晶體取向和疇結構十分敏感。上式也說明Mr主要決定于Ms和i。為獲得高剩磁，首先應該選擇高Ms材料。i主要決定于晶粒的取向與疇結構，通常用獲得晶體織構和磁織構的辦法來提高剩磁。鐵磁性的粉末冶金制品的剩磁與正向疇的體積分數A、粉末顆粒的取向因子Cos、粉末制品的相對密度d/d0、非鐵磁性的第二相的體積分數以及致密樣品的Ms有關，即可見提高粉末制品的取向度、提高相對密度、盡量減少非鐵磁性第二相的體積分數和提高正向疇的體積分數A等是提高材料的剩磁的主要途徑。4.3、矯頑力與矯頑力理論鐵磁體磁化到飽和后，使它的磁化強度

20、或磁感應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，前者為內稟矯頑力，后者稱為磁感矯頑力。矯頑力與鐵磁體從Mr到M=0的反磁化過程的難易程度有關。和技術磁化過程一樣，磁體的反磁化過程也包括疇壁位移和磁矩轉動兩個基本方式。、疇壁移動引起的矯頑力 在平衡狀態時，疇壁位于某處。在磁場的作用下，疇壁向右移動了x的距離，則單位面積的疇壁位移了x后，引起靜磁能變化為式中的負號表明位移過程靜磁能是降低的，它是疇壁位移的驅動力。疇壁位移過程中，疇壁能是升高的。因此疇壁位移了x距離后，系統的能量變化為根據 ，可得式中左邊是靜磁能的變化率，它是推動疇壁向石移動的驅功力，右邊是疇壁能梯度，是疇壁

21、位移的阻力。隨著畸壁右移，畸壁位移的阻力逐漸增加。畸壁位移到A點以前，疇壁位移是可逆的。去掉外磁場后畸壁自動回到x0處。在A點有最大的阻力峰。一旦疇壁位移到A點，它就要跳躍到E點，即巴克豪森跳躍。此時去掉外磁場，畸壁再也不能回到x0處，而只能回到D點，即發生了不可逆的壁移。如果鐵磁體內部存在一系列的疇壁能梯度的阻力峰，則疇壁要發生一連串的巴克豪森跳躍。畸壁由可逆壁移轉變為不可逆的壁移所需要的磁場稱為臨界場Ho，表達式為一般說的使疇壁越過最大阻力峰所需要的磁場就相當于材料的矯頑力。、磁矩轉動引起的矯頑力磁矩(或磁化矢量)的轉動是磁化與反磁化過程的重要方式之一。隨著磁化進行，疇壁消失，磁疇變為一個

22、個單疇顆粒。單疇粒子由于不存在疇壁，繼續磁化只能通過磁矩轉動來實現。如圖所示的單疇體中，Ms沿易磁化釉，即x的正方問，現在沿x軸的負方向加反磁化場，使之反磁化。在反磁化場作用下，Ms偏離易軸角，系統總能量為單疇體的反磁化當H為一定時，的取值應使E為最小。由于當磁化場小于2Ku/oMs以前，單疇體的磁化強度一直停留在0處：當反磁化場一旦增加到2Ku/oMs時，磁矩就立即反轉180。這是一種不可逆的轉動，因此它的臨界場H0為、矯頑力理論反磁化疇反磁化疇壁位移過程反磁疇是指技術飽和后的磁性材料在反向磁場的作用下，產生的磁矩方向與正向疇磁矩方向相反的磁疇，如圖所示。要形成反磁化疇首先要發生磁矩旋轉并形

23、成磁疇壁。需要磁矩從易磁化軸方向發生旋轉，致使磁各向異性能增加。而且，由于鄰近原子間的磁矩不再平行，也會造成交換能的增加。因此，理想狀態下為產生反磁疇需要的磁場Hn比僅考慮磁各向異性能增加的各向異性磁場HA大。但是，由于晶界附近的結構不完整性以及雜質的吸附等，造成磁各向異性及耦合能等的下降；晶粒內缺陷及非磁性雜質的存在，也會產生局部的反磁場。基于這些因素，Hn可能比HA低，很容易產生反磁化疇。在反向磁場作用下，反向疇的靜磁能低，反向疇要長大。疇壁沿箭頭方向移動。當反磁化場較低時，疇壁位移是可逆的；當反磁化場增加到臨界場時，疇壁就要發生不可逆傳移。和磁化過程一樣，在不可逆疇壁位移過程中，疇壁要發

24、個若干次巴克豪森跳躍，反向疇跳躍式地長大。當反向疇的體積長大到和正向疇的體積相等時，M0，這時反向場就是矯頑力場Hci。形核場決定的矯頑力(形核場理論) 某些單相的多疇的永磁材料中，如果疇壁位移的阻力十分小，很容易磁化到飽和；同時，如果材料的磁晶各向異性常數K1很大，那么在反磁化中形成一個臨界大小的反磁化疇核就十分困難。而一旦形成一個臨界大小的反磁化疇核，它就會迅速地長大，實現反磁化。因此形成個臨界大小的反磁化疇核所需要的反磁化場(稱為形核場)就是材料的矯頑力。形核場決定的退磁曲線和磁滯回線(a) 以及矯頑力與磁化場H的關系( b)在由形核場決定矯頑力的永磁材料中，磁化與反磁化過程有兩個特點：

25、1、起始磁化曲線十分陡；2、隨磁化場的增加反磁化場也增大，矯頑力隨之提高。當磁化場增加到矯頑力的最大值時，磁化場繼續增加而矯頑力不再增加。當反磁化核長大時，設其疇壁面積增加dS，則疇壁能增加.wdS，由于反磁化疇核的磁矩與周圍環境的磁矩方向相反，反磁化核的表面存在退磁場。當反磁化疇核長大時，退磁場能增加dEd，反磁化疇核的長大是疇壁位移過程，疇壁位移克服最大阻力所做的功為2H0Ms0dV，其中H0是反磁化疇核發生不可逆長大時所需的磁場。dV為反磁化疇核長大時體積的增量。反磁化疇核的長大是在反磁化場的作用下進行的，其靜磁能的變化為2HMs0dV，上述四項能量中，前三項限礙反磁化疇核長大，而后一項

26、促進反磁化疇核長大。因此反磁化疇核長大的能量條件為Hs稱為形核場(或稱發動場)，也就是矯頑力。形核場與疇壁密度w成正比，疇壁能密度很大的材料，形核場可以很大，矯頑力也很高，如SmCo合金的矯頑力由形核場決定，其矯頑力可達到1200-4800kA/m。如果永磁體內部晶體結構不完整或化學成分不均勻將會導致材料內部的w不均勻，出現某些低w的區域，這些區域可成為反磁化畸核的形成中心，使材料過早地實現反磁化，導致矯頑力的降低。在磁體內可能成為反磁化疇形核中心的有空洞、非鐵磁性摻雜物或第二相、晶粒邊界、反相疇界、位錯、堆垛層銷等晶體缺陷。對于形核場決定其矯須力的磁性材料來說，要力爭最大限度地減少反磁化疇的

27、形核中心，這是提高矯頑力的重要途徑。釘扎場決定的矯頑力(釘扎場理論)復相合金中釘扎場決定矯頑力的磁化曲線、磁滯回線(a)以及矯頑力和磁場的關系(b) 在某些復相多疇的永磁材樹中，其成分、結構不均勻，疇壁能密度也是起伏不均，熱退磁狀態下疇壁一般都處于疇壁能的最低處。在施加外磁場使之磁化時，使疇壁離開疇壁能低的位置是十分困難的，也就是說疇壁已被疇壁能低的位置或(中心)釘扎住了。這種鐵磁體的磁化與反磁化過程的特點如圖所示。熱退磁狀樣品隨磁化場的增加，起初磁化強度增加十分緩慢，當磁場增加到一個臨界場(HP)時，磁化強度急劇增加，直到飽和。只要磁化場大于HP，矯頑力就達到最大值。如圖所示。HP稱為釘扎場

28、，釘扎就等于矯頑力。復相永磁體的疇壁釘扎中心可是第二相、相邊界或晶體缺陷如晶界、空位、位錯、堆垛層錯、反相疇邊界等。不同的釘扎中心對疇壁的釘扎機理和釘扎場是不同的。如點缺陷主要指空位和錯位原子。在SmCo5-x或SmCo5+x化合物中，存在高濃度的空位或Co的錯位原子，它們破壞原子間的近鄰關系，因而引起交換作用或磁晶各向異性的擾動，引起疇壁能起伏，從而造成對疇壁的釘扎。位錯力是一種長程力(大于原子間距為長程)，位錯與應力的相互作用是通過應力與磁致伸縮的耦合作用來實現的。在3d金屬及合金中，位錯將是疇壁的很強的釘扎中心，而稀土鈷化合物中位錯是較弱的釘扎中心。有氣隙磁體的示意圖4.4、磁能積(BH

29、)m永磁材料用作磁場源或磁力源(動作源)，主要是利用它在空氣隙中產生的磁場。圖為有氣隙的環狀磁鐵。設Sm、Lm、Bm、Hm和Sg、Lg、Bg、Hg分別代表磁鐵與氣隙的截面積、長度、磁感應強度和磁場強廢。根據安培環路定律，可得磁動勢守恒原理，即根據磁通連續性原理，得式中Vm、Vg分別代表磁鐵和氣隙的體積。磁鐵在空氣隙中產生的磁場強度Hg除了與Vm、Vg有關外，主要決定于磁鐵內部的Bm和Hm的乘積。因此BmHm代表永磁體的能量，稱為磁能積。開路(有缺口)永磁體的退磁曲線上各點的磁能積隨B的變化如圖，其中BdHd(BH)m為最大磁能積。(BH)m越大，在氣隙中產生的磁場就會越大，因此要求永磁體的(B

30、H)m越大越好。退磁曲線與理論磁能積如果測出了退磁曲線，可近似地求出磁鐵的磁能積：由Br點做縱軸的垂直線，由Hcb點做橫軸的垂直線，兩直線相交于s點。坐標原點與S的聯線與退磁曲線相交于D點。與D點對應的Bd和Hd的乘積，就是最大磁能積，單位是kJ/m3。(BH)m/(BrHcb)稱為退磁曲線的隆起度，磁能積還可表示為實際永磁體可獲得的(BH)m除了與材料的Ms有關外，還與工藝因素密切相關。4.5、退磁曲線的方形度(隆起度,磁滯回線的矩形性)退磁曲線的方形度取決于充磁方向與易磁化軸方向所成角度。易磁化軸方向與磁場方向完全一致時可得矩形磁滯回線。角度出現偏差或不一致，矩形性下降，磁體性能下降。這是

31、因為Br隨而變化。如果=0，cos=1，Br=Js，則磁性體的磁極化強度全部保留為剩磁。相反，若磁化方向與易磁化軸方向垂直，由于90，則Br0，磁滯回線的肩部會在第二象限完全消失，造成(BH)m0。五、如何提高永磁體的強度作為永磁體強度的最大磁能積(BH)m是表征永磁體性能的最主要指標。為使(BH)m盡可能大，需要幾個條件。首先，Br要高；其次，因反磁場造成的Br減少應盡量小，也就是說，方形度要盡量大：最后，具有較大的矯頑力。上述特征都與材料的晶體微觀組織密切相關，在制造工藝中應采取一系列措施加以保證。因此，原始的材料設計、原材料的制造、材料配合等十分重要。5.1、提高剩磁的方法為提高殘留磁化

32、強度，要選用飽和磁化強度高的物質，同時要通過制造工藝等保證方形度接近1。實際的工藝過程中，可采用下述技術實現單軸磁各向異性。這些技術包括：使鑄造組織柱狀晶化；通過冷加工形成加工纖維組織；通過磁場中加工誘導磁各向異性；通過磁場中熱處理誘導磁谷向異性。、柱狀晶化熔融金屬冷卻凝固時得到的金屬結晶組織稱為鑄造組織。典型的幾類宏觀組織如圖所示。冷卻效果由冷卻條件和材料決定。一般說來，表層細晶區的形成主要與靠近模壁液體引起的強烈過冷以及模壁對形核的催化作用有關。由于大量自發與非自發晶核的形成和迅速成長的結果產生了激冷層。在細晶區形成的同時，模壁開始受熱升溫，加之結晶潛熱的釋放作用，液體的冷卻速度和過冷度迅

33、速減小，形核率也迅速降低。由于沿垂直模壁的方向散熱最快，以及細晶區各晶粒的結晶位向不同，只有那些主枝晶與熱流方向平行的晶粒將擇優生長，形成粗大的垂直于模壁的柱狀晶區。在中心區域，熔液中有許多細小的枝晶作為晶核的，但由于冷卻速度和過冷度進一步下降，晶粒可以充分長大，形成粗大的等軸晶。若控制熱流向某一方向流動，可得沿該方向相反方向凝固的柱狀晶。稱這種方法為熱流控制凝固或定向凝固，這是獲得晶體學各向異性的方法。鐵的柱狀晶沿100方向延伸，而100方向正好是鐵的易磁化方向。因此，對于這類材料，通過柱狀晶化，即可得到明顯的磁各向異性。實際的永磁材料，例如AlNiCo永磁體就是采取柱狀晶化提高其磁性能。典

34、型鑄錠宏觀組織示意圖(a)快冷；(b)冷卻不充分；(c)緩冷、加工纖維組織多晶體金屬材料經拔絲、軋制、擠壓、壓縮等塑性變形，由于晶粒轉動等，晶粒的晶體學方位發生一定程度的定向排列，稱其為擇優取向、織構等。這種因加工產生的定向排列組織稱為加工組織或加工織構。加工織構由加工方法和材料雙方決定。例如對Fe來說，其加工織構舉例如下：拉拔加工；110，即晶粒的110方向指向拉拔方向；擠壓加工：111、001，即晶粒的001或111方向指向擠壓方向。磁粉在磁場中壓縮成型加工纖維組織會因拉拔(拉絲)、軋制、壓縮(含鍛造)等塑性變形方式的不同，呈現各種各樣的類型，而且其還受材料及溫度組合條件的影響。在制作薄板

35、及細絲狀永磁體時，可通過塑性加工，使析出物產生變形織構而誘導磁各向異性。、磁場中加工誘導磁各向異性在用磁體加工成形過程中，通過施加外部磁場，誘導磁各向異性，可以顯著改善永磁體的矩形比。其中在壓制過程中施加外部磁場可制取各向異性永磁體。在磁場作用下，被磁化的磁粉都成為在磁化方向具有N、S磁極的單磁疇微粒，這些微粒可以像小磁針那樣在磁場中旋轉。在此狀態下壓縮成型，可得到易磁化軸一致的壓縮磁體。這種壓縮粉體經燒結或經樹脂固化，可以制成磁滯回線矩形性良好的永磁體。易磁化軸取向一致的磁體稱為各向異性磁體，顯示出優異的磁特性。易磁化軸無序分布的磁體稱為各向同性磁體。由于各向同性永磁體中的易磁化軸方向是無序

36、分布的，因此，其在各個方向的磁特性是相同的。但是其磁滯回線的矩形性差，(BH)m較低，、磁場中熱處理誘導磁各向異性合金系永磁體在鐵磁相析出過程中，施加外部磁場，可使新形成的鐵磁相沿磁場方向呈細長狀生長。在鐵系合金中，使高溫相的兩相分解熱處理在磁場中進行，這樣析出的鐵磁性晶粒可在磁場方向生長。在磁場中進行熱處理得到的合金永磁體的金相組織可明顯地看出，鐵磁性晶粒在磁場方向伸長。由于附加了形狀磁各向異性，熱處理中的磁場方向即為易磁化軸方向。利用磁場熱處理使鐵磁性晶粒產生趨向排列(a)與磁場平行組織；(b)與磁場垂直組織5.2、提高矯頑力的方法 控制矯頑力的因素可以分為兩大類。第一類是材料的成分因素，

37、凡添加使Nd2Fe14B基體相的各向異性常數K1提高的元素，都有利于提高矯頑力；否則相反。第二類是顯微結構因素，對矯頑力的影響住往起著重要的作用。、合金元素在實際NdFeB系永磁材料中，除了Nd、Fe、B、O等元素，還可能含有其它稀土元素和Fe以外的其他金屬元素。下表是R2Fe14B化合物在295K的磁性能。可見Pr的Tc、Jr與HA與Nd的相近，可用Pr部分取代Nd來制造燒結永磁體。由于目前Pr的價格較低，用Pr部分取代Nd又可降低成本。除Pr外，所有輕稀土元素的磁性能均比Nd的低。為制造高Hc的燒結NdFeB永磁體，應盡可能避免其他輕稀土元素(如La、Ce等)進入磁體。在重稀土元素中，Dy和Tb的HA比Nd的高2倍和3倍，用部分Dy