磁性材料与器件-第五章-永磁材料

1、Page 1上节内容提要上节内容提要软磁铁氧体的合成软磁铁氧体的合成传统固相烧结传统固相烧结低温烧结低温烧结离子取代离子取代, 如如Cu2+,Bi3+,Ca2+,V5+改变烧结工艺，改变烧结工艺， 如微波烧结如微波烧结细化粉粒，如球磨，采用溶胶凝细化粉粒，如球磨，采用溶胶凝 胶法，共沉淀法等胶法，共沉淀法等Page 2上节内容提要上节内容提要非晶态软磁材料非晶态软磁材料非晶态非晶态结晶化前的中间状态，亚稳态。冷却速度结晶化前的中间状态，亚稳态。冷却速度足够快且冷至足够低的温度，以致原子来不及形足够快且冷至足够低的温度，以致原子来不及形核结晶便凝固下来。核结晶便凝固下来。Page 3上节内容提要

2、上节内容提要目前已达到实用化的非晶软磁材料的分类：目前已达到实用化的非晶软磁材料的分类：1) 3d过渡金属过渡金属(T)非金属系。非金属系。其中其中T为为Fe，Co，Ni等；非金属为等；非金属为B，C，Si、P等。等。2) 3d过渡金属过渡金属(T)金属系。金属系。金属为金属为Ti，Zr，Nb，Ta等。等。3) 过渡金属过渡金属(T)稀土类金属稀土类金属(RE)系。系。其中其中T为为Fe，Co；RE为为Gd，Tb，Dy，Nd等。等。Page 4上节内容提要上节内容提要制备方法：制备方法：非晶晶化法非晶晶化法非晶条带，在略高于非晶条带，在略高于非晶晶化温度下退火一定时间，使之纳米晶化。非晶晶化温

3、度下退火一定时间，使之纳米晶化。纳米晶软磁材料纳米晶软磁材料Page 5n FINEMET (Fe-Si-B-Nb-Cu) 典型成分典型成分Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1, Bs = 1.0-1.2Tesla, Tc 9650C纳米晶软磁材料纳米晶软磁材料上节内容提要上节内容提要Page 6第五章第五章永磁材料永磁材料Page 7定义：定义：被外加磁场磁化以后，除去外磁场，仍能被外加磁场磁化以后，除去外磁场，仍能保留较强磁性的一类材料。保留较强磁性的一类材料。基本要求：基本要求：（1）Br要高；要高；（2）Hc要高要高；（3）(BH)max要高；要高；（4）材料稳定性要高。）材料稳定

4、性要高。Page 8种类：种类：（1）金属永磁材料：）金属永磁材料：Al-Ni-Co系和系和Fe-Cr-Co系系永磁合金永磁合金；（2）铁氧体永磁材料：以）铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要组元的为主要组元的复合氧化物强磁材料；特点：电阻率高，适合复合氧化物强磁材料；特点：电阻率高，适合高频和微波领域应用；高频和微波领域应用；（3）稀土永磁材料：以稀土族元素和铁族元素）稀土永磁材料：以稀土族元素和铁族元素为主要成分的合金间化合物，包括为主要成分的合金间化合物，包括SmCo5系、系、Sm2Co17系以及系以及Nd-Fe-B系。特点：磁能积高，系。特点：磁能积高，应用领域广泛。应用领域广泛。Pag

5、e 9衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标提高永磁体性能的途径提高永磁体性能的途径金属永磁材料金属永磁材料铁氧体永磁材料铁氧体永磁材料稀土永磁材料稀土永磁材料双相纳米晶复合永磁材料双相纳米晶复合永磁材料Page 10第一节第一节衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标Page 115.1衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标如果撤去外加磁场，在磁铁两个磁极之间的空隙中如果撤去外加磁场，在磁铁两个磁极之间的空隙中便产生恒定磁场（气隙磁场），便产生恒定磁场（气隙磁场），对外界提供有用的对外界提供有用的磁能磁能。撤去外加磁场后，在退磁场作用下，永磁体将工作撤去外加磁场后，在退磁场作

6、用下，永磁体将工作在磁滞回线的第二象限。所以永磁材料性能的好坏，在磁滞回线的第二象限。所以永磁材料性能的好坏，应该用退磁曲线上的有关物理量来表征。应该用退磁曲线上的有关物理量来表征。剩磁剩磁B Br r，矫顽力矫顽力H HC C，最大磁能积最大磁能积( (BH)BH)maxmax等。等。Page 125.1衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标1、剩磁、剩磁Br永磁体由于磁路中存在空隙，因此处于开路应用状永磁体由于磁路中存在空隙，因此处于开路应用状态。此时工作点在退磁场作用下由态。此时工作点在退磁场作用下由Br点移到点移到D点，点，所以剩磁应该等于所以剩磁应该等于Bd （表观剩磁）表观剩

7、磁）。工作点工作点D和坐标原点和坐标原点O的连线的连线OP称为称为开路开路磁导线磁导线，OP的斜率称的斜率称为为磁导系数。磁导系数。NHBPdd110Page 135.1衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标2、矫顽力、矫顽力HC两种定义：两种定义：CBHCMH)(0HMB第二象限中，第二象限中，H0，所所以以B-H退磁曲线将位于退磁曲线将位于 0M-H退磁曲线下方退磁曲线下方CBCMHH 当当B=0时，时，rCBMMHrCB0BH 的最高值不可能超过材料的剩磁值。的最高值不可能超过材料的剩磁值。CBHPage 145.1衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标3、最大磁能积、最大磁

8、能积(BH)max若永磁体的尺寸比取若永磁体的尺寸比取(BH)max的形状，则能保证永磁的形状，则能保证永磁体单位体积的磁场能为最大。体单位体积的磁场能为最大。注：不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。注：不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。Page 155.1衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标可根据可根据(BH)max确定各种永磁体的最佳形状。确定各种永磁体的最佳形状。(BH)max越高的永磁体，产生同样的磁场所需的体积越小；越高的永磁体，产生同样的磁场所需的体积越小；在相同体积下，在相同体积下，(BH)max越高的永磁体获得的磁场越越高的永磁体获得的磁场越强。强。在矩形磁滞回线中，

9、理论值：在矩形磁滞回线中，理论值：上式成立的条件：上式成立的条件：（1）剩余磁化强度）剩余磁化强度Mr=MS（2）内禀矫顽力）内禀矫顽力2/CMSMH 4)()(20maxSMBHPage 165.1衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标4、稳定性、稳定性受到温度、外磁场、冲击、振动等外界因素影响受到温度、外磁场、冲击、振动等外界因素影响时，有关磁性能在长时间使用过程中保持不变的时，有关磁性能在长时间使用过程中保持不变的能力。能力。变化率：变化率：%100ZZCdrHBBZ或,Page 17措施：措施： n 选择高的选择高的Hc，并可添加有益杂质，以及利用，并可添加有益杂质，以及利用不同

10、系列合金，正负温度等效互相补偿来提高不同系列合金，正负温度等效互相补偿来提高稳定性。稳定性。n时效处理，进行人工老化（时效温度比工作温时效处理，进行人工老化（时效温度比工作温度高度高3050摄氏度）。摄氏度）。n温度循环处理，在比工作温度范围宽的温度，温度循环处理，在比工作温度范围宽的温度，反复循环多次。反复循环多次。n交流退磁处理，在比干扰场稍大的交流磁场中交流退磁处理，在比干扰场稍大的交流磁场中退磁。退磁。n正确选择永磁体的工作点。正确选择永磁体的工作点。 5.1衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标Page 18第二节第二节提高永磁体性能的途径提高永磁体性能的途径Page 195.

11、2 提高永磁体性能的途径提高永磁体性能的途径 永磁材料磁性的优劣主要由最大磁能积（永磁材料磁性的优劣主要由最大磁能积（BH）m判定，而（判定，而（BH）m又取决于又取决于Br和和Hc。一般一般Br变化范围小变化范围小，如由，如由0.2至至1.5T,仅相差约仅相差约8倍倍;而而Hc变化范围大变化范围大,如由如由410至至8103安安/米米,相差相差200倍。倍。Page 205.2.1 提高材料的剩磁提高材料的剩磁提高提高MS (MS由成分决定）由成分决定）对于成分给定的永磁材料，提高对于成分给定的永磁材料，提高Br/Bs的比值的比值n定向结晶定向结晶 n磁场热处理磁场热处理 n磁场成型磁场成型

12、 n结晶定向、磁畴定向结晶定向、磁畴定向Page 215.2.1 提高材料的剩磁提高材料的剩磁定向结晶定向结晶控制铸件的冷却条件控制铸件的冷却条件不同的晶粒结构不同的晶粒结构快冷时沿热流相反的方向会生长出快冷时沿热流相反的方向会生长出柱状晶柱状晶，柱状，柱状晶晶粒长大方向往往就是它的易磁化方向。晶晶粒长大方向往往就是它的易磁化方向。定向凝固装置定向凝固装置 在定向凝固过程中获得单在定向凝固过程中获得单向柱状晶的基本条件是使浇入向柱状晶的基本条件是使浇入铸型中的金属液在很高的温度铸型中的金属液在很高的温度梯度和单向传热条件下，于某梯度和单向传热条件下，于某一型壁上开始成核，并沿其垂一型壁上开始成

13、核，并沿其垂直方向凝固直方向凝固, , 而生长成平行的而生长成平行的柱状晶组织柱状晶组织. .Page 22定向凝固装置定向凝固装置 金属熔液注入铸模后在金属熔液注入铸模后在加热器内停留数分钟，铸件加热器内停留数分钟，铸件凝固时的散热主要靠水冷结凝固时的散热主要靠水冷结晶器的热传导。开始于水冷晶器的热传导。开始于水冷结晶器表面生成一层晶体结晶器表面生成一层晶体, , 并在固液界面上建立起比较并在固液界面上建立起比较稳定的热交换，然后铸型按稳定的热交换，然后铸型按预定的速度从挡板中移出，预定的速度从挡板中移出，并将固液界面保持在挡板附并将固液界面保持在挡板附近。近。 5.2.1 提高材料的剩磁提

14、高材料的剩磁Page 23 定向凝固定向凝固铸锭的典型组织铸锭的典型组织 1. 表层激冷区表层激冷区 2.中间柱状晶区中间柱状晶区 3.中心等轴晶区中心等轴晶区5.2.1 提高材料的剩磁提高材料的剩磁Page 24塑性变形塑性变形多晶体材料多晶体材料拔丝、轧扳、挤压、压缩等塑性变形拔丝、轧扳、挤压、压缩等塑性变形晶粒转动晶粒转动晶粒的晶体学方位会发生一定程度晶粒的晶体学方位会发生一定程度的定向排列，即择优取向、织构等的定向排列，即择优取向、织构等可诱导磁各可诱导磁各向异性向异性磁场成型磁场成型加工成型时，施加外磁场，使易磁化轴沿磁场方加工成型时，施加外磁场，使易磁化轴沿磁场方向取向，经高温烧结

15、及回火以后，可得较高的向取向，经高温烧结及回火以后，可得较高的B Br r。5.2.1 提高材料的剩磁提高材料的剩磁Page 25磁场处理磁场处理外部磁场中热处理，可控制磁性颗粒的析出形态，外部磁场中热处理，可控制磁性颗粒的析出形态，沿外场方向呈细长状生长，使磁矩沿磁场方向择优沿外场方向呈细长状生长，使磁矩沿磁场方向择优取向。取向。磁场热处理后的组织磁场热处理后的组织5.2.1 提高材料的剩磁提高材料的剩磁Page 265.2.2 提高材料的矫顽力提高材料的矫顽力形成形成HC的原因：的原因：畴壁的不可逆移动和不可逆畴转畴壁的不可逆移动和不可逆畴转决定决定HC大小的因素：大小的因素：各种因素各种

16、因素(磁各向异性、掺杂、磁各向异性、掺杂、晶界等晶界等)对上述行为的阻滞作用的大小。对上述行为的阻滞作用的大小。某些永磁材料：某些永磁材料： 铁磁性微细颗粒铁磁性微细颗粒( (单畴单畴) )非磁性或弱磁性基体非磁性或弱磁性基体（1 1）磁畴的不可逆转动）磁畴的不可逆转动磁各向异性：磁各向异性： 磁晶各向异性形状各向异性应力各向异性磁晶各向异性形状各向异性应力各向异性Page 275.2.2 提高材料的矫顽力提高材料的矫顽力N 和和N 分别为分别为沿短轴和长轴所对应的退磁因子沿短轴和长轴所对应的退磁因子a，b，c是和晶体结构颗粒取向分布有关的系数。是和晶体结构颗粒取向分布有关的系数。若材料若材料

17、MS较高，最好通过第二项来提高较高，最好通过第二项来提高HC 方法：增加颗粒细长比方法：增加颗粒细长比 （N N ）增加）增加Page 285.2.2 提高材料的矫顽力提高材料的矫顽力若若K1， S高，应主要考虑第高，应主要考虑第1、3项项 当颗粒取向完全一致时，当颗粒取向完全一致时，a=2，c=1 当颗粒取向完全混乱时，当颗粒取向完全混乱时，a=0.64(立方晶体立方晶体)，a=0.96(单轴晶体单轴晶体)，c=0.48 所以颗粒易磁化方向完全平行排列时，永磁性好所以颗粒易磁化方向完全平行排列时，永磁性好Page 295.2.2 提高材料的矫顽力提高材料的矫顽力（2）畴壁的不可逆位移）畴壁的

18、不可逆位移晶体晶体缺陷、杂质、晶界缺陷、杂质、晶界等的存在，在这些区域由等的存在，在这些区域由于内应力或内退磁场的作用，磁化矢量很难改变于内应力或内退磁场的作用，磁化矢量很难改变方向。当晶体磁化到饱和时，这些区域的磁化仍方向。当晶体磁化到饱和时，这些区域的磁化仍沿着相反的方向沿着相反的方向-材料内部存在着磁化在反方向材料内部存在着磁化在反方向的磁畴。的磁畴。在反磁化时，它们构成反磁化核，在反磁场作用下在反磁化时，它们构成反磁化核，在反磁场作用下长大成长大成反磁化畴反磁化畴，为畴壁位移做了准备。，为畴壁位移做了准备。Page 305.2.2 提高材料的矫顽力提高材料的矫顽力反向磁场必须大于大多数

19、畴壁出现不可逆位移的反向磁场必须大于大多数畴壁出现不可逆位移的临界磁场，而临界磁场的大小则依赖于各种因素临界磁场，而临界磁场的大小则依赖于各种因素对畴壁移动的阻滞。对畴壁移动的阻滞。方法：增加对畴壁不可逆位移产生阻滞的因素方法：增加对畴壁不可逆位移产生阻滞的因素提高临界磁场提高临界磁场Page 315.2.2 提高材料的矫顽力提高材料的矫顽力当反磁化开始时材料内不存在反磁化核时该怎么办？当反磁化开始时材料内不存在反磁化核时该怎么办？传统磁性材料：传统磁性材料： 适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状(最好最好 是片状掺杂是片状掺杂)和弥散度和弥散度(使掺杂尺寸和畴

20、壁宽度相使掺杂尺寸和畴壁宽度相近近)； 选择高磁晶各向异性的材料；选择高磁晶各向异性的材料； 增加材料中内应力的起伏；增加材料中内应力的起伏； 选择选择 S大的材料。大的材料。Page 32新发展的永磁合金如新发展的永磁合金如Nd-Fe-B，强烈的畴壁钉扎，强烈的畴壁钉扎效应可提高效应可提高HC晶体中各种点缺陷、位错、晶界、堆垛层错、相晶体中各种点缺陷、位错、晶界、堆垛层错、相界等都是畴壁钉扎点的重要来源。反向磁场必须界等都是畴壁钉扎点的重要来源。反向磁场必须超过钉扎场，畴壁才移动。钉扎中心超过钉扎场，畴壁才移动。钉扎中心HC5.2.2 提高材料的矫顽力提高材料的矫顽力Page 331880年

21、，碳钢，年，碳钢，1931年，铝镍铁、铝镍钴等年，铝镍铁、铝镍钴等 20世纪世纪30年代，铁氧体年代，铁氧体20世纪世纪60年代，年代，Sm-Co系稀土永磁材料系稀土永磁材料20世纪世纪80年代，年代，Nd-Fe-B系稀土永磁材料系稀土永磁材料近年来，近年来， 交换耦合作用机制的纳米双相永磁材料交换耦合作用机制的纳米双相永磁材料 RE-Fe-N系永磁体系永磁体发展概述发展概述Page 34Page 35第三节第三节金属永磁材料金属永磁材料Page 36淬火硬化型磁钢淬火硬化型磁钢析出硬化型磁钢析出硬化型磁钢时效硬化型磁钢时效硬化型磁钢有序硬化型磁钢有序硬化型磁钢金属永磁材料金属永磁材料Page

22、 375.3.1 淬火硬化型磁钢淬火硬化型磁钢碳钢、钨钢、铬钢、钴钢和铝钢等。碳钢、钨钢、铬钢、钴钢和铝钢等。通过通过高温淬火高温淬火手段，把已经加工过的零件中的原手段，把已经加工过的零件中的原始奥氏体组织转变为马氏体组织来获得高始奥氏体组织转变为马氏体组织来获得高HC。缺点：矫顽力和磁能积比较低，这类永磁体己很缺点：矫顽力和磁能积比较低，这类永磁体己很少使用。少使用。Page 385.3.2析出硬化型磁钢析出硬化型磁钢这一类材料主要包括这一类材料主要包括Fe-Cu、 Fe-Co和和 Al-Ni-Co三三类类；Fe-Cu主要用于铁簧继电器等方面；主要用于铁簧继电器等方面；Fe-Co主要用于某些

23、存储单元；主要用于某些存储单元；Fe-Al-Ni-Co系在系在20世纪世纪70年代几乎成了永磁材料年代几乎成了永磁材料的代名词，为金属永磁材料中最主要，应用的代名词，为金属永磁材料中最主要，应用最广泛的一类。最广泛的一类。Page 39Page 405.3.2析出硬化型磁钢析出硬化型磁钢Page 415.3.2 析出硬化型磁钢析出硬化型磁钢AlNiCo磁钢：主要成分为磁钢：主要成分为Fe、Ni、Al，再加入，再加入Co、Cu或或Mo、Ti等适当热处理等适当热处理各向同性的永磁合金，经磁场热处理或定各向同性的永磁合金，经磁场热处理或定向结晶处理向结晶处理各向异性永磁合金各向异性永磁合金相变过程相

24、变过程铁磁性相铁磁性相 非磁性相非磁性相可以通过控制冷却速度来实现可以通过控制冷却速度来实现1+2析出或分解过程析出或分解过程的控制，而获得最佳永磁特性的冷却速度称为的控制，而获得最佳永磁特性的冷却速度称为临界冷却临界冷却速度速度Page 425.3.2 析出硬化型磁钢析出硬化型磁钢铁磁性相，以单畴微粒子的形式析出，产生形状铁磁性相，以单畴微粒子的形式析出，产生形状各向异性高各向异性高HCPage 435.3.2 析出硬化型磁钢析出硬化型磁钢各向异性铝镍钴永磁体的制备工艺如下：各向异性铝镍钴永磁体的制备工艺如下：主要包括配料、熔炼、固溶化处理、热处理等主要包括配料、熔炼、固溶化处理、热处理等P

25、age 445.3.2 析出硬化型磁钢析出硬化型磁钢AlNiCo5的成份为的成份为14.5%Ni, 8%Al, 24%Co, 3%Cu, 余余Fe at%AlNiCo8的成份为的成份为14-15%Ni, 7-8Al%, 34%Co, 3% Cu , 5% Ti, 余余Fe at% Page 455.3.3 时效硬化型永磁合金时效硬化型永磁合金通过淬火、塑性变形和时效硬化的工艺获得高通过淬火、塑性变形和时效硬化的工艺获得高HC。优点：机械性能较好优点：机械性能较好分类：分类：（1） 铁基合金铁基合金 包括包括CoMo、FeWCo、FeMoCo合金合金 缺点：磁能积较低；用途：电话接收机缺点：磁能

26、积较低；用途：电话接收机（2）FeMnTi 特点：磁性能相当于低特点：磁性能相当于低Co钢，但不需要战钢，但不需要战 略资源略资源Co 应用：指南针、仪表零件应用：指南针、仪表零件Page 465.3.3 时效硬化型永磁合金时效硬化型永磁合金FeCoV合金合金 特点：时效硬化永磁合金中性能较高的一种特点：时效硬化永磁合金中性能较高的一种 应用：微型电机、录音机磁性零件应用：微型电机、录音机磁性零件（3）铜基合金铜基合金 种类：种类：CuNiFe、CuNiCo两种两种 应用：测速仪和转速计应用：测速仪和转速计Page 475.3.3 时效硬化型永磁合金时效硬化型永磁合金（4）Fe-Cr-Co系永

27、磁系永磁合金合金 特点：主要应用的另一类金属硬磁合金。特点：主要应用的另一类金属硬磁合金。磁性能相当于中等性能的磁性能相当于中等性能的A1NiCo永磁合金，但永磁合金，但可进行变形加工，机械加工，制成管材、片材可进行变形加工，机械加工，制成管材、片材或线材等。或线材等。 应用：应用：扬声器、电度表、转速表、陀螺仪扬声器、电度表、转速表、陀螺仪、空、空气滤波器气滤波器、磁显示器磁显示器Page 485.3.4 有序硬化型永磁合金有序硬化型永磁合金种类：种类：AgMnAl、CoPt、FePt、MnAl、MnAlC合金合金特点：特点：高温下处于无序状态，经适当的淬火和回火后，高温下处于无序状态，经适

28、当的淬火和回火后，由无序相中析出弥散分布的有序相，提高由无序相中析出弥散分布的有序相，提高HC。应用：应用：磁性弹簧、小型仪表元件、小型磁力马达磁性弹簧、小型仪表元件、小型磁力马达FePt合金：合金：耐腐蚀性耐腐蚀性Page 49第四节第四节铁氧体永磁材料铁氧体永磁材料Page 50主要为主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体六角晶系的磁铅石型铁氧体化学式：化学式：MO xFe2O3 M=Ba，Sr，Ca，Pb等等常用的为钡铁氧体常用的为钡铁氧体(BaO6Fe2O3) 、锶铁氧体、锶铁氧体(SrO6Fe2O3)和铅铁氧体和铅铁氧体(PbO6Fe2O3)。5.4.1 铁氧体永磁材料基本结构铁氧体永磁材料

29、基本结构Page 515.4.1 铁氧体永磁材料基本结构铁氧体永磁材料基本结构M型钡铁氧体型钡铁氧体BaFe12O19 (BaM)Ca、Sr、Pb的离子半径的离子半径与与Ba的离子半径大致相的离子半径大致相同。它们可以互相替代同。它们可以互相替代而形成不同的永磁铁氧而形成不同的永磁铁氧体。体。这种类型的铁氧体的磁这种类型的铁氧体的磁晶各向异性大，因此矫晶各向异性大，因此矫顽力大。顽力大。Page 525.4.2 铁氧体永磁材料制备工艺铁氧体永磁材料制备工艺 1原料对磁性能的影响原料对磁性能的影响 铁氧体是由铁氧体是由Fe2O3和和Ba、Sr、Pb等氧化物或加热等氧化物或加热易分解形成氧化物的盐

30、类易分解形成氧化物的盐类,混合烧结时固相反应混合烧结时固相反应而形成的。其中而形成的。其中BaO不稳定，因此用不稳定，因此用BaCO3代替代替BaO。 BaCO3在在900-1000分解成分解成BaO和和CO2，分解出来，分解出来的的BaO活性较好，有利于化学反应。活性较好，有利于化学反应。 Page 535.4.2 铁氧体永磁材料制备工艺铁氧体永磁材料制备工艺 铁氧体原材料主要是：铁氧体原材料主要是：Fe2O3用铁鳞（未充分氧用铁鳞（未充分氧化的化的Fe3O4）和铁红（）和铁红（Fe2O3）；）；Ba及及Sr用碳酸用碳酸盐。盐。 原料配比为：原料配比为：BaO与与Fe2O3分子比一般在分子比

31、一般在1：5至至1：5.7。 纯的纯的BaO 6Fe2O3矫顽力很低。矫顽力很低。为了提高矫顽力，为了提高矫顽力，应适当提高应适当提高Ba含量和加入质量分数为含量和加入质量分数为1%5%的的添加剂。添加剂。Page 545.4.2 铁氧体永磁材料制备工艺铁氧体永磁材料制备工艺钡铁氧体的添加剂钡铁氧体的添加剂有有Bi2O3、SiO2、CaSiO3、B2O3、BaSiO3、KCl等。等。 锶铁氧体的添加剂锶铁氧体的添加剂主要有主要有SiO2、 Al2O3、CaO、SrCl2等。等。 这些添加剂起到助熔使用，可使铁氧体在较低这些添加剂起到助熔使用，可使铁氧体在较低温度烧成，具有高密度，而且温度烧成，

32、具有高密度，而且能防止晶粒的长能防止晶粒的长大大, 因此因此Br和和Hc都较高。都较高。 Page 555.4.2 铁氧体永磁材料制备工艺铁氧体永磁材料制备工艺 2烧结温度对磁性能的影响烧结温度对磁性能的影响 铁氧体的密度大小影响铁氧体的密度大小影响Br，提高密度可使提高密度可使Br增加增加。一般情况下，不能靠提高烧结温度来获得高密度，一般情况下，不能靠提高烧结温度来获得高密度，因为烧结温度提高，使晶粒长大，粒子尺寸超过因为烧结温度提高，使晶粒长大，粒子尺寸超过单畴临界直径时，则形成畴壁，使单畴临界直径时，则形成畴壁，使Hc下降。下降。 为提高密度而不降低为提高密度而不降低Hc，采用预烧再球磨

33、工艺。，采用预烧再球磨工艺。 Page 565.4.2 铁氧体永磁材料制备工艺铁氧体永磁材料制备工艺 预烧工艺预烧工艺：将已磨好的粉料压成饼块或造粒后，：将已磨好的粉料压成饼块或造粒后，在在1300左右高温下烧结数小时。由于温度高时间左右高温下烧结数小时。由于温度高时间长，这些长，这些原料已化合成较完全的铁氧体原料已化合成较完全的铁氧体。 一般预烧后的料称为铁氧体一次料。一次料晶一般预烧后的料称为铁氧体一次料。一次料晶粒已长得很大。粒已长得很大。为使晶粒小，保证微粒直径小为使晶粒小，保证微粒直径小于单畴尺寸，保证得到大的于单畴尺寸，保证得到大的HC，必须把预烧后，必须把预烧后的饼块或小球粒进行

34、破碎、再球磨成直径小的的饼块或小球粒进行破碎、再球磨成直径小的粉末。粉末。 把这些粉末压成型再烧结，烧结时化学反应完全，把这些粉末压成型再烧结，烧结时化学反应完全，且晶粒均匀，可获得永磁性能较好的永磁铁氧且晶粒均匀，可获得永磁性能较好的永磁铁氧体。体。 Page 57 3磁场成型磁场成型 为了让单畴粒子定向排列制造各向异性铁氧为了让单畴粒子定向排列制造各向异性铁氧体，应采用磁场成型。体，应采用磁场成型。 磁场成型是在压制成型时施加磁场，使微粉磁场成型是在压制成型时施加磁场，使微粉颗粒的易磁化轴沿磁场方向排列，形成各向异颗粒的易磁化轴沿磁场方向排列，形成各向异性。性。 施加磁场强度越大，取向度越

35、高，磁体的磁施加磁场强度越大，取向度越高，磁体的磁性越好。性越好。5.4.2 铁氧体永磁材料制备工艺铁氧体永磁材料制备工艺Page 585.4.2 铁氧体永磁材料制备工艺铁氧体永磁材料制备工艺成分成分Bs, TBs, THc,Hc,kA. mkA. m-1-1(B H)max,(B H)max, kJ. m kJ. m-3-3Y30Y300.380.380.420.4216016021621626.326.329.529.5Y35Y350.400.400.440.4417617622422430.330.333.433.4Y15HY15H0.310.3123223224824817.517.5

36、Y20HY20H0.340.3424824826426421.521.5Y25BHY25BH0.360.360.390.3917617621621623.923.927.127.1Y30BHY30BH0.380.380.400.4022422424024027.127.130.330.3我国永磁铁氧体牌号和性能我国永磁铁氧体牌号和性能Page 59缺点：综合磁性能较低缺点：综合磁性能较低优点：性价比高；工艺简便成熟；抗退磁性能优优点：性价比高；工艺简便成熟；抗退磁性能优良；不存在氧化问题。良；不存在氧化问题。目前约占永磁材料总产值的目前约占永磁材料总产值的40。5.4.3 铁氧体永磁材料性能铁

37、氧体永磁材料性能应用领域：电机应用领域：电机(50%)，电声，电声(20)，测量与控，测量与控制器件制器件(20%)，其余，其余(10)。Page 60上节内容提要上节内容提要永磁材料：永磁材料：被外加磁场磁化以后，除去外磁场，被外加磁场磁化以后，除去外磁场，仍能保留较强磁性的一类材料。仍能保留较强磁性的一类材料。1、剩磁、剩磁Br（表观剩磁）（表观剩磁）2、矫顽力、矫顽力HC，磁导系数磁导系数NHBPdd110指标参数指标参数Page 61上节内容提要上节内容提要3、最大磁能积、最大磁能积(BH)max，4、稳定性、稳定性可根据可根据(BH)max确定确定各种永磁体的最佳形各种永磁体的最佳形

38、状状变化率：变化率：%100ZZCdrHBBZ或,Page 62上节内容提要上节内容提要提高永磁体性能的途径提高永磁体性能的途径1、提高剩磁、提高剩磁提高提高MS (MS由成分决定）由成分决定）对于成分给定的永磁材料，提高对于成分给定的永磁材料，提高Br/Bs的比值的比值n定向结晶定向结晶 n磁场热处理磁场热处理 n磁场成型磁场成型 n磁畴定向磁畴定向Page 63上节内容提要上节内容提要2、提高矫顽力、提高矫顽力若材料若材料MS较高，最好通过第二项来提高较高，最好通过第二项来提高HC 方法：增加颗粒细长比方法：增加颗粒细长比 （N N ）增加）增加若若K1， S高，应主要考虑第高，应主要考虑

39、第1、3项项适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状(最好最好 是是片状掺杂片状掺杂)和弥散度和弥散度(使掺杂尺寸和畴壁宽度相近使掺杂尺寸和畴壁宽度相近)Page 64上节内容提要上节内容提要金属永磁材料金属永磁材料淬火硬化型磁钢：淬火硬化型磁钢：碳钢、钨钢、铬钢、钴钢和碳钢、钨钢、铬钢、钴钢和铝钢等铝钢等AlNiCo磁钢：主要成分为磁钢：主要成分为Fe、Ni、Al，再加入，再加入Co、Cu或或Mo、Ti等适当热处理等适当热处理各向同性的永各向同性的永磁合金，经磁场热处理或定向结晶处理磁合金，经磁场热处理或定向结晶处理各向异各向异性永磁合金性永磁合金析出硬化型磁钢：

40、析出硬化型磁钢：Page 65第五节第五节稀土永磁材料稀土永磁材料Page 665.5.1 稀土永磁材料概述稀土永磁材料概述稀土永磁材料由稀土元素稀土永磁材料由稀土元素RE与过渡金属与过渡金属TM（Fe，Co等）形成等）形成RE：15个，个，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu常把第常把第III副族元素钪副族元素钪(Sc)和钇和钇(Y)也列入稀土元素也列入稀土元素之中。之中。Page 675.5.1 稀土永磁材料概述稀土永磁材料概述问题：问题：纯稀土合金居里温度低。纯稀土合金居里温度低。Fe、Co、Ni室温下室温下有很强的铁磁性，居里温度高。

41、有很强的铁磁性，居里温度高。设想：稀土元素设想：稀土元素Fe、Co、Ni等等 合金合金 TC高？高？纯稀土合金的优势：纯稀土合金的优势：原子磁矩大；原子磁矩大；K1、 s大；结大；结构为六角晶系和四方晶系，具强烈的单轴各向异构为六角晶系和四方晶系，具强烈的单轴各向异性。性。Page 685.5.1 稀土永磁材料概述稀土永磁材料概述第一代稀土永磁材料第一代稀土永磁材料 60年代开发，年代开发，SmCo5第二代稀土永磁材料第二代稀土永磁材料 70年代开发，年代开发，Sm2Co17 优点：永磁性能好，优点：永磁性能好，(BH)max大大 缺点：原材料供应和价格问题（缺点：原材料供应和价格问题（Co，

42、 Sm储量少）储量少）第 三 代 稀 土 永 磁 材 料第 三 代 稀 土 永 磁 材 料 1 9 8 3 年 开 发 ，年 开 发 ，Nd2Fe14B(四方四方) 特点特点：1、磁性能高，、磁性能高，2、价格属中下水、价格属中下水 平，平，3、力学性能好，、力学性能好，4、TC低，低， 温度稳定性差，化学稳定性欠佳温度稳定性差，化学稳定性欠佳Page 695.5.1 稀土永磁材料概述稀土永磁材料概述Page 705.5.1 稀土永磁材料概述稀土永磁材料概述Page 715.5.1 稀土永磁材料概述稀土永磁材料概述Page 725.5.1 稀土永磁材料概述稀土永磁材料概述Page 735.5.

43、2 第一代第一代SmCo5这类稀土永磁中最先出现的是这类稀土永磁中最先出现的是SmCo5，其永磁性能，其永磁性能优良，但由于其中含稀缺、昂贵的优良，但由于其中含稀缺、昂贵的Sm和和Co，造，造成成SmCo5价格较高，故而人们努力用储量较多的价格较高，故而人们努力用储量较多的富稀土元素取代富稀土元素取代Sm，用，用Cu、Fe等取代等取代Co，因此，因此又相继发展了又相继发展了PrCo5、(SmPr)Co5以及以及Ce(Co、Cu、Fe)5等永磁材料等永磁材料 Page 745.5.2 第一代第一代SmCo5特点特点：a、成分对成分对永永磁性能影响磁性能影响大，大，若若按化学计量按化学计量比比配不

44、可能获配不可能获得优异的磁性能得优异的磁性能，Sm含含量量为过计量时，才为过计量时，才可可能获得优能获得优异的磁性能。异的磁性能。b、只有、只有Sm含含量量为过计量时，为过计量时，才才可可能获得能获得致密的致密的SmCo5合合金。金。c、室温、室温HC随回火温度变化。随回火温度变化。Page 755.5.2 第一代第一代SmCoSmCo5 5Sm-Co之间可形成七种金属间化合物之间可形成七种金属间化合物(Sm2Co17 、 SmCo5 、 Sm2Co7 、 SmCo3 、 SmCo2 、 Sm4Co9 )；Page 765.5.2 第一代第一代SmCoSmCo5 5RCo5型稀土永磁材料属六角

45、晶系型稀土永磁材料属六角晶系 ，由，由Co原子层和原子层和Co、R混合原子层相间重叠而成，其混合原子层相间重叠而成，其C轴为易磁化轴为易磁化轴；轴；Page 775.5.2 第一代第一代SmCoSmCo5 5在在RCo5型中，型中，SmCo5具有最高的磁晶各向异性常具有最高的磁晶各向异性常数数，K(15-19)103 kJm-3，HA=31840kAm-1,Tc=740，Ms=890kAm-1 SmCo5永磁性能：永磁性能：Br=1.07T，BHc=851.7kAm-1、MHc=1273.6kAm-1，(BH)max=227.6kJm-3可在可在-50-150范围内工作范围内工作 Page 7

46、85.5.2 第一代第一代SmCoSmCo5 5 矫顽力理论矫顽力理论nSmCo5单畴临界尺寸为单畴临界尺寸为d0=0.31.6m,而实际获而实际获得最高矫顽力的颗粒尺寸得最高矫顽力的颗粒尺寸D=520m。晶界、。晶界、晶体缺陷和第二相对畴壁的钉扎效应由反磁化晶体缺陷和第二相对畴壁的钉扎效应由反磁化畴的形核与长大的临界场畴的形核与长大的临界场Hs决定。决定。认为是由于认为是由于第二相第二相(如沉淀相如沉淀相Sm2Co7)成为反磁化成为反磁化核核，故而材料的，故而材料的MHc由反磁化畴的形核与长大由反磁化畴的形核与长大的临界场决定，计算得知沉淀相的形核场的临界场决定，计算得知沉淀相的形核场Hn大

47、大约为约为796km-1，这与实验值吻合很好，由此看，这与实验值吻合很好，由此看来，反磁化核主要在沉淀相的相界面形成。来，反磁化核主要在沉淀相的相界面形成。Page 79 粉末冶金法：粉末冶金法： 配料配料熔炼熔炼磨粉磨粉磁场成型磁场成型烧结烧结热处理热处理磨加工磨加工检验检验注意的问题：注意的问题： 由于稀土元素容易挥发和氧化，在配方时应补由于稀土元素容易挥发和氧化，在配方时应补足可能发生的损足可能发生的损 失量，以免成份偏析；失量，以免成份偏析； 制粉应在介质制粉应在介质(如甲苯、航空汽油等如甲苯、航空汽油等)保护下进保护下进行振动球磨；行振动球磨； 烧结中应添加适量的液相合金烧结中应添加

48、适量的液相合金(60wt%Sm+ 40wt%Co)并注意控制烧结温度和降温模式。并注意控制烧结温度和降温模式。5.5.2 第一代第一代SmCoSmCo5 5Page 80烧结温度（C）11201130114011501160Br(T)0.7900.7950.8200.9100.905BHc(kAm-1)597.0620.8624.9684.6581.0(BH)max(kJm-3)120.2124.9129.7159.2143.35.5.2 第一代第一代SmCoSmCo5 5Page 81上节内容提要上节内容提要铁氧体永磁材料铁氧体永磁材料主要为主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体六角晶系的磁铅石型铁

49、氧体化学式：化学式：MO xFe2O3 ，常用的为钡铁氧体常用的为钡铁氧体(BaO6Fe2O3) 、锶铁氧体、锶铁氧体(SrO6Fe2O3)和铅铁氧和铅铁氧体体(PbO6Fe2O3)。缺点：缺点：综合磁性能不如稀土永磁综合磁性能不如稀土永磁优点：优点：性价比高；工艺简便成熟；抗退磁性能优性价比高；工艺简便成熟；抗退磁性能优良；不存在氧化问题。良；不存在氧化问题。Page 82Fe、Co、Ni室温下有很强的铁磁性，居里温度高。室温下有很强的铁磁性，居里温度高。稀土元素稀土元素Fe、Co、Ni等等 合金合金 稀土永磁材料稀土永磁材料纯稀土合金的优势：纯稀土合金的优势：原子磁矩大；原子磁矩大；K1、

50、 s大；结大；结构为六角晶系和四方晶系，具强烈的单轴各向异构为六角晶系和四方晶系，具强烈的单轴各向异性，但是居里温度低。性，但是居里温度低。上节内容提要上节内容提要Page 83上节内容提要上节内容提要稀土永磁材料稀土永磁材料第一代稀土永磁材料，第一代稀土永磁材料，SmCo5SmCo5具有最高的磁晶各向异性常数具有最高的磁晶各向异性常数，K(15-19)103kJm-3，Br=1.07T，BHc=851.7kAm-1、MHc=1273.6kAm-1，(BH)max=227.6kJm-3，可在，可在-50-150范围内工作范围内工作 Page 845.5.3 第二代第二代Sm2Co17 R2TM

51、17多数属于菱方晶系多数属于菱方晶系Page 855.5.3 第二代第二代SmSm2 2CoCo1717 Sm2Co17是稀土永磁合金中磁稳定性最好的一种，是稀土永磁合金中磁稳定性最好的一种，居里温度很高，居里温度很高，Tc=926，对于高温下的应用具，对于高温下的应用具有重要的意义。有重要的意义。 Page 865.5.3 第二代第二代SmSm2 2CoCo1717 以以Sm-Co-Cu三元系为基础发展起来的三元系为基础发展起来的2：17型型稀土永磁，是时效硬化型材料，其中，稀土永磁，是时效硬化型材料，其中，Sm-Co-Cu-Fe-M系系2 ： 17型型 永磁，代表第二代稀土永磁，永磁，代表

52、第二代稀土永磁，已在工业上得到广泛应用。其中已在工业上得到广泛应用。其中Sm2（Co、Cu、Fe、Zr）17合金的磁性能最好，并已商品化。合金的磁性能最好，并已商品化。Page 875.5.3 第二代第二代SmSm2 2CoCo1717Page 885.5.3 第二代第二代SmSm2 2CoCo1717n这种合金的成分可表达为：这种合金的成分可表达为： Sm（Coz-u-v-wCuuFevMw） 其中：其中：z=7.08.3，W=0.010.03，u=0.050.08，v=0.150.30，M=Zr、Hf、Ti、Ni等金属原子。等金属原子。Sm2(Co、Cu、Fe、Zr)17合金磁性能最好，合

53、金磁性能最好，Br0.9-1.197T、BHc493.5-796kAm-1、MHc 525.3-2388kAm-1、(BH)max 175.1-251.5kJm-3, Tc 840-870，Br=-0.002%-1，可在，可在-60-350范围工作范围工作缺点是缺点是Sm和和Co的含量仍然较高，并且工艺复杂。的含量仍然较高，并且工艺复杂。 Page 895.5.3 第二代第二代SmSm2 2CoCo1717Page 905.5.3 第二代第二代SmSm2 2CoCo1717Sm2（Co、Cu、Fe、Zr）17永磁合金的热处理永磁合金的热处理11901220/烧结烧结12h11301175/固溶

54、处理固溶处理0.52h后快冷后快冷1.750850/等温时效等温时效0.510h分级时效或控速冷却分级时效或控速冷却Page 91热处理工艺12345830C0.5hr1+700C0.5hr2+600C1hr3+500C2hr4+400C10hrBr(T)1.181.171.161.151.15BHc(kAm-1)222.8342.3382.0413.9429.8(BH)max(kJm-3)159.9191.0206.9214.9222.825.5Sm-50Co-8Cu-15Fe-1.5Zr合金磁性能随合金磁性能随时效处理的变化时效处理的变化 5.5.3 第二代第二代SmSm2 2CoCo17

55、17Page 925.5.4 Nd-Fe-B系稀土永磁系稀土永磁第三代铁基稀土永磁，不含战略物质第三代铁基稀土永磁，不含战略物质Co和和Ni；自自1983年开发以来，已由年开发以来，已由R-Fe-B三元系发展到三元系发展到（Nd、HR）-FeM1M2-B七元系合金；七元系合金；生产工艺多种多样，如烧结法、熔体快淬法、粘结生产工艺多种多样，如烧结法、熔体快淬法、粘结法、机械合金化法等。法、机械合金化法等。它能吸起相当于自重它能吸起相当于自重640倍的重物，而铁氧体只能倍的重物，而铁氧体只能吸起自重的吸起自重的120倍；倍；居里温度不高，稳定性差。居里温度不高，稳定性差。Page 935.5.4

56、Nd-Fe-B系稀土永磁系稀土永磁 从制造方法上来说，从制造方法上来说，Nd-Fe-B系永磁材料主要包括：系永磁材料主要包括：烧结永磁烧结永磁和和粘结永磁粘结永磁 Page 945.5.4 Nd-Fe-B系稀土永磁系稀土永磁磁粉粒度、粘结剂的添加量、成形压力和固化磁粉粒度、粘结剂的添加量、成形压力和固化温度等都是影响磁体最终性能的重要因素。温度等都是影响磁体最终性能的重要因素。 粘结粘结Nd-Fe-B永磁体可一次成型，具有尺寸精永磁体可一次成型，具有尺寸精度高，不变形，无需二次加工；便于大批量自动度高，不变形，无需二次加工；便于大批量自动化生产；磁性能一致、机械强度高，密度小，耐化生产；磁性能

57、一致、机械强度高，密度小，耐腐蚀等；腐蚀等；广泛应用于办公自动化、仪器仪表、计算机、广泛应用于办公自动化、仪器仪表、计算机、通讯、汽车等领域。通讯、汽车等领域。Page 955.5.4 Nd-Fe-B系稀土永磁系稀土永磁Page 965.5.4 Nd-Fe-B系稀土永磁系稀土永磁烧结烧结Nd-Fe-B永磁材料的生产技术与性能已基本永磁材料的生产技术与性能已基本趋于完善，磁能积的实验值己达到理论值的趋于完善，磁能积的实验值己达到理论值的80%以以上。上。烧结烧结Nd-Fe-B永磁材料已经在汽车、计算机、通永磁材料已经在汽车、计算机、通讯、医疗、仪器仪表、家用电器等领域中得到广泛讯、医疗、仪器仪表

58、、家用电器等领域中得到广泛应用。随着工业自动化和信息技术的蓬勃发展，钦应用。随着工业自动化和信息技术的蓬勃发展，钦铁硼永磁材料在计算机、工业自动化、通讯、交通、铁硼永磁材料在计算机、工业自动化、通讯、交通、医疗、航空航天等的领域得到广泛应用。医疗、航空航天等的领域得到广泛应用。在高新技术领域，对高性能钦铁硼磁体的需求在高新技术领域，对高性能钦铁硼磁体的需求日益增长，用它制成的器件日益增长，用它制成的器件具有性能优异、重量轻、具有性能优异、重量轻、体积小、能量大、节能、增效体积小、能量大、节能、增效等一系列优点。等一系列优点。Page 975.5.4.1 Nd-Fe-B成分和结构成分和结构Nd1

59、1.76+xFe82.35-x-yB5.88+y,大约为大约为Nd15Fe77B8，以，以Nd2Fe14B化合物为基，并富化合物为基，并富B和富和富Nd。Page 985.5.4.1 Nd-Fe-B成分和结构成分和结构Page 995.5.4.2 粘结粘结Nd-Fe-B磁体制备磁体制备磁粉的制备磁粉的制备a、熔体快淬法、熔体快淬法真空感应真空感应炉炉熔炼母合金熔炼母合金 惰性惰性气体保护气体保护 熔化熔化的的母合金在氩气压力下经石英管喷出母合金在氩气压力下经石英管喷出 喷射到喷射到 高高速旋转的铜辊上快速速旋转的铜辊上快速冷却冷却凝固凝固 将得到的薄带将得到的薄带粉末化后得磁粉粉末化后得磁粉P

60、age 100单辊快淬步骤：单辊快淬步骤： 感应线圈将坩埚内感应线圈将坩埚内NdFeB母合金加母合金加热熔化成熔体热熔化成熔体通过气阀调节窄缝氩气通过气阀调节窄缝氩气压力将熔体从坩埚下端压力将熔体从坩埚下端的窄缝直接喷射到高速的窄缝直接喷射到高速旋转的紫铜辊表面旋转的紫铜辊表面熔体被冷却并随铜辊的熔体被冷却并随铜辊的旋转被甩出，成带状旋转被甩出，成带状紫铜辊的作用：紫铜辊的作用：其内部通冷却水冷却，可将喷射其内部通冷却水冷却，可将喷射到其表面的合金液以到其表面的合金液以105106/s的速度的速度 冷却并冷却并甩出甩出5.5.4.2 粘结粘结Nd-Fe-B磁体制备磁体制备Page 1015.5