钕铁硼基本知识自行整理

钕铁硼基本知识

入门知识

肖忠洋

2015.03.16

磁学基础知识钕铁硼介绍磁钢运用

磁学基础知识

什么是永磁材料？

可用于制造磁功能器件的强磁性材料称为磁性材料。

磁性材料包括：硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致收缩材料、磁性薄膜、磁性微粉、磁性液体、磁致冷材料、以及磁蓄冷材料等。其中用量最大、用途最广的是硬磁材料和软磁材料。

硬磁材料与软磁材料的区别在于硬磁材料的各向异性场(H A)高，矫顽力(H c)高，这就意味着软磁材料很容易退磁，而硬磁材料可以长期保存很强的磁性，因此硬磁材料又成为永磁材料。

永磁材料分类

现代工业与科学技术的广泛应用的永磁材料有铸造永磁材料、铁氧体永磁材料、稀土永磁材料和其他永磁材料等四大类。铸造永磁材料是指AlNiCo（铝镍钴）系永磁材料；铁氧体永磁材料包括：Ba铁氧体永磁，Sr铁氧体永磁；稀土永磁材料包括：稀土钴系永磁材料和稀土铁系永磁材料；其他永磁材料主要有Fe-Cr-Co系，Fe-Ni-Gu系，Pt-Co系，Fe-Pt系.稀土钴系包括：1:5型Sm-Co永磁，2:17型Sm-Co永磁和粘结Sm-Co永磁。

稀土铁系包括：烧结Nd-Fe-B系永磁，粘结Nd-Fe-B永磁，2:17与1:12型间隙化合物永磁，纳米符合型永磁和热变型永磁。

永磁材料的性能对照表

永磁材料的主要磁性能指标是那些？

永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁（J r，B r）、矫顽力（H cb）、内禀矫顽力（H cj）、磁能积(BH)m。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度（T c）、可工作温度（T w）、剩磁及内禀矫顽力的温度系数（α、β）、回复导磁率（μrec）退磁曲线方形度（H k/H cj）、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。

永磁材料技术磁参量

永磁材料的技术磁参量可分为非结构敏感参量（即内禀磁参量）如饱和磁化强度M s、居里温度T c等，和结构敏感参量如剩磁M r或B r、H cb、(BH)m等。前者主要有材料的化学成分和晶体结构来决定；后者除了与内禀参量有关外，还与晶粒尺寸、晶粒取向、晶体缺陷、参杂物等因素有关。

1、饱和磁化强度M s

饱和磁化强度M s是用此材料极为重要的磁参量。用此材料均要求M s强度越高越好。饱和磁化强度决定于组成材料的磁性原子数、原子磁矩和温度。

2、居里温度T c

强铁磁体有铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称此为居里温度或居里点T c。T c 是磁性材料的重要参数，T c高的材料的工作温度可提高，也有利于提高磁性材料的温度稳定性。

3、各向异性场H A

对于单晶体，热退磁状态下的原子磁矩均沿易磁化方向排列。对于立方晶体，则可能沿多个方向分布，也就会出现易磁化方向和难磁化方向，沿难磁化轴时铁磁体磁化到饱和所需要的磁化场称为各向异性H A场。H A是用此材料的重要参量，是内禀磁特性，是娇顽力的极限值。

4、剩磁B r

铁磁体磁化到饱和并去掉磁场后，在磁化方向保留的M r或B r简称为剩磁。M r称为剩余磁化强度，B r称为剩余磁感应强度。M r是由M s到M r的反磁化过程来决定的。剩磁是组织敏感参量，它对晶体取向和畴结构十分敏感。为了获得高剩磁，首先应该选用高M s的材料，并常采取获得晶体结构和磁结构的办法来提高剩磁。

5、矫顽力H c

铁磁体磁化到饱和以后，使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向磁场成为娇顽力，分别记作H cj和H cb，前者又称为内禀娇顽力，后者称为感应娇顽力。娇顽力与体磁体由M r到M=0的反磁化过程的难易度有关。由此可知，娇顽力越大的磁体，其反磁化能力越强，也就意味着它更稳定。

6、磁能积(BH) m

永磁材料用作磁场源或磁力源，主要是利用它在空气隙中产生的磁场。磁能积(BH) m主要取决于磁铁内部的B m、H m的乘积，同时它与M s还有加工工艺有密切联系。磁能积越强，在空气隙中产生的磁场就会越大，最次要求永磁体的磁能积越大?

Nd－Fe－B烧结磁体的矫顽力（H cb）与哪些因素有关？

Nd－Fe－B烧结磁体的矫顽力H cb的大小既不可能大于剩磁B r的绝对值，也不可能大于内禀矫顽力H cj，所以对于内禀矫顽力H cj较高的磁体，Hcb主要取决于剩磁Br；而对于内禀矫顽力H cj较低的磁体，H cb主要取决于H cj。由于Nd－Fe－B烧结磁体的内禀矫顽力H cj的温度系数较大，随温度的升高，H cj降低的很快，因此通常在高温下使用的磁体需要有较高的内禀矫顽力H cj才行。

磁体的宏观磁极化强度J是磁体内部磁畴磁极化强度的矢量和，一切宏观磁行为都与磁体的磁畴结构有关。理论与实践均表明：在Nd－Fe－B烧结磁体退磁过程中，磁极化强度J 的变化完全取决于磁体内部形成反向磁畴的情况。若在退磁过程中各个主相晶体内部的反向磁畴不是同时形成、反向磁畴又容易生成的话，J退磁曲线的方形度H k/H cj就会很差。从磁

体的显微结构来看，磁体的主相晶粒越细小，尺寸分布越均匀、取向度越高、晶粒与晶粒之间的弥散磁场就越小，这样每个晶粒内部形成反向磁畴的难度就越大，几率就越小，J退磁曲线方形度H k/H cj就越好。因此，Nd－Fe－B烧结磁体的退磁曲线是一个纯组织敏感参量，它主要决定于磁体的主相取向度、晶粒度极其均匀性。

在Nd－Fe－B烧结磁体的B退磁曲线和J退磁曲线上，任意一点都应满足（1-1）式。因此，J退磁曲线的方形度H k/H cj与B退磁曲线的方形度是相互关联的。影响J退磁曲线的方形度H k/H cj的因素，都影响B退磁曲线的方形度μrec。

什么叫NdFeB永磁体，它分几大类？

Nd－Fe－B永磁体是1982年发现的迄今为止磁性能最强的永磁材料。其主要化学成分Nd(钕)、Fe(铁)、B(硼)，其主相晶胞在晶体学上为四方结构，分子式为Nd2Fe14B（简称：2：14：1）。除主相Nd2Fe14B外，Nd－Fe－B永磁体中还含有少量的富Nd相，富B相等其它相。其中主相和富Nd相是决定Nd－Fe－B磁体永磁特性的最重要的二个相。今天，Nd－Fe －B永磁体已广泛应用于计算机、医学器械、通讯器件、电子器件、磁力机械等领域。

Nd－Fe－B磁体分为烧结和粘结二大类。通常的Nd－Fe－B烧结磁体是粉末冶金方法制造的各向异性致密磁体；而通常的Nd－Fe－B粘结磁体是用激冷的方法获得微晶粉末，每个粉末内含有多个Nd－Fe－B微晶晶粒，再用聚合物或其它粘结剂将粉末粘成大块磁体，因而通常的Nd－Fe－B粘结磁体是非常致密的各向同性磁体。因此，通常的Nd－Fe－B烧结磁体的磁性能远高于Nd－Fe－B粘结磁体，但Nd－Fe－B粘结磁体有着许多Nd－Fe－B 烧结磁体不可替代的优点：可以用压结、注射等成型方法制作尺寸小、形状复杂、几何精度高的永磁体，并容易实现大规模自动化生产；另外，Nd－Fe－B粘结磁体，还便于任意方向充磁，能方便制作多极乃至无数极的整体磁体，而这对于Nd－Fe－B烧结磁体来说是通常很难实现；由于Nd－Fe－B粘结磁体中主相Nd2Fe14B呈微晶状态，因此它还具有比烧结磁体耐蚀性好等优点。

什么叫Nd2Fe14B主相？

主相Nd2Fe14B是Nd－Fe－B永磁体中唯一具有单轴各方向异性的硬磁性相，其体积分数占磁体中各相的90％以上，因而称为主相。其晶体结构如图3所示：晶体常数a＝

0.882nm,c=1.224nm,c轴为易磁化轴，每个但胞含有4个分子的68个原子。Nd2Fe14B的内禀性是：居里温度Tc＝585K，室温各向异性常数K1=4.2MJ/m3,各项异性场μ0Hα＝7.3T,室温磁饱和强化强度Js＝1.61T。Nd2Fe14B的基本磁畴结构参数为：畴壁能密度γ＝30MJ/m3,畴壁厚度δ＝5.2nm,单畴粒子临界尺寸D c＝0.26μm。