功能复合材料-2-磁性复合材料

磁粉性能的优劣与其组成、颗粒大小、粒度 磁粉性能的优劣与其组成、颗粒大小、 分布以及制造工艺有关。 分布以及制造工艺有关。
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1. 铁氧体磁粉 2. SmCo5类磁粉 3. Sm2Co17类磁粉 4. NdFeB
BaO · Fe2O3或SrO · Fe2O3 第一代稀土复合永磁材料 第二代稀土复合永磁材料 第三代稀土复合永磁材料
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2.4 永磁复合材料 典型的永磁材料包括永磁铁氧体 典型的永磁材料包括永磁铁氧体、铝 包括永磁铁氧体、 镍钴以及稀土永磁材料 以及稀土永磁材料。 镍钴以及稀土永磁材料。 一般情况下，永磁材料的密度较高， 一般情况下，永磁材料的密度较高 密度较高， 脆而硬，不易加工成复杂的形状。 脆而硬，不易加工成复杂的形状。 成复杂的形状 但是，制成高聚物基 软金属基复合 高聚物基或 但是，制成高聚物基或软金属基复合 材料后，上述难加工的缺点可得到克服。 难加工的缺点可得到克服 材料后，上述难加工的缺点可得到克服。
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2.2.4 聚合物基磁性复合材料的制备工艺
常采用模压 注塑、挤压等工艺技术。 模压、 常采用模压、注塑、挤压等工艺技术。 等工艺技术
NdFeB/环氧树脂复合材料 环氧树脂复合材料 的性能与成型压力的关系
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2.3 磁性复合材料的性能、分类及应用 磁性复合材料的性能、
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通常较大尺寸的金属软磁材料， 较大尺寸的金属软磁材料 通常较大尺寸的金属软磁材料，其相对 磁导率 µr 随驱动频率的增大而急速下降， 驱动频率的增大而急速下降， 如下图所示： 如下图所示：
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Fe--Si---Al粉末颗粒复合体相对磁导率随驱动频率的变化 粉末颗粒复合体相对磁导率随驱动频率的变化
3. 有机聚合物磁性材料与聚合物基体构成的固态复合材料。 有机聚合物磁性材料与聚合物基体构成的固态复合材料。 4. 以无机磁性材料与载液构成的液态复合材料 磁流变体。 以无机磁性材料与载液构成的液态复合材料-磁流变体 磁流变体。
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2. 2 聚合物基磁性复合材料
聚合物基磁性复合材料主要由强磁粉 聚合物基磁性复合材料主要由强磁粉 功能体） 聚合物基体（黏结剂） （功能体） 、聚合物基体（黏结剂） 和加 三大部分组成 工助剂三大部分组成。 工助剂三大部分组成。 2.2.1 无机磁粉功能体
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随着填充比例的增加，磁导率明显偏离线性。 随着填充比例的增加，磁导率明显偏离线性。 µr(V) = 1 + B V 2
B，磁感应强度。 ，磁感应强度。
对于填充两种或两种以上不同尺寸磁粉及不 同尺寸分布和形状的混杂磁性复合材料， 同尺寸分布和形状的混杂磁性复合材料，如果其 粒子形态相似而磁性能不同， 粒子形态相似而磁性能不同，则µr 与各磁性材料 的关系可表示为： 体积分数V i 的关系可表示为： µr(V1，V2) = 1 + B1V2 2+ B2V2 2
2.3.1 磁性复合材料性能与填充磁体含量的关系 对低填充量的颗粒状磁性功能体填充的复合材料： 对低填充量的颗粒状磁性功能体填充的复合材料： µr(V) = 1 + A V
µr 相对磁导率； 相对磁导率；
A 依赖于磁性材料性能、形状和填充量的系数； 依赖于磁性材料性能、形状和填充量的系数； V 磁性材料填充的体积分数。 磁性材料填充的体积分数。
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很显然， 高密度的金属磁体或 很显然，与高密度的金属磁体或陶 瓷磁体(铁氧体 相比 复合磁体的优良加 瓷磁体 铁氧体)相比，复合磁体的优良加 铁氧体 相比， 工性能是以牺牲一部分磁性能为代价的。 工性能是以牺牲一部分磁性能为代价的。 是以牺牲一部分磁性能
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非磁性基体及非磁性相的比例 非磁性基体及非磁性相的比例直接影 的比例直接影 饱和磁化强度及 响到材料的饱和磁化强度 剩余磁化强度， 响到材料的饱和磁化强度及剩余磁化强度， 它可用下述关系式来表达： 它可用下述关系式来表达：
2 ρ 3 M r ∝ (M s β )[ (1 − α )] × f ρ0
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2 ρ 3 M r ∝ (M s β )[ (1 − α )] × f ρ0
其中，Mr为复合磁体的剩余磁化强度；Ms为磁性 为复合磁体的剩余磁化强度； 其中，Mr为复合磁体的剩余磁化强度 Ms为磁性 组元的饱和磁化强度； 为复合磁体密度； 组元的饱和磁化强度；ρ为复合磁体密度； ρ o为磁 性组元的理论密度； 性组元的理论密度；α为复合物中的非磁性相的体 积分数； 为铁磁性相在外磁场方向的取向度。 积分数；f为铁磁性相在外磁场方向的取向度。
磁粉颗粒大小是影响磁性复合材料性能的重 要因素。 要因素。
铁氧体和SmCo5类粉体的矫顽力是由磁体内部的晶粒形 铁氧体和 核机制所控制，因此，当磁粉颗粒尺寸大小接近或等于单畴 核机制所控制，因此， 尺寸大小时，其矫顽力明显提高，抗外界干扰能力明显增大。 尺寸大小时，其矫顽力明显提高，抗外界干扰能力明显增大。 和熔融-淬火法生产的微晶 淬火法生产的微晶NdFeB磁粉的矫顽力 Sm2Co17和熔融 淬火法生产的微晶 磁粉的矫顽力 是由晶粒内部畴壁钉扎所决定，其矫顽力不受颗粒大小影响， 是由晶粒内部畴壁钉扎所决定，其矫顽力不受颗粒大小影响， 其颗粒大小主要由填充密度和制造工艺等因素决定。 其颗粒大小主要由填充密度和制造工艺等因素决定。
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复合永磁材料的良好成型性 良好成型性， 复合永磁材料的良好成型性，使其适用 体积小、 于制作体积小 形状复杂的永磁体。 于制作体积小、形状复杂的永磁体。如汽车 仪表用磁体，磁推轴承及各类蜂鸣器等 仪表用磁体，磁推轴承及各类蜂鸣器等。 及各类蜂鸣器
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这种复合软磁材料的相对磁导率 相对磁导率µ 这种复合软磁材料的相对磁导率µr值可 由下式描述: 由下式描述
µ r = ( µc d ) /(d + 2 µcδ )
式中d、 分别表示金属粒子尺寸 金属粒子尺寸、 式中 、µc和δ分别表示金属粒子尺寸、 块状金属相的磁导率和包覆层厚度。 块状金属相的磁导率和包覆层厚度。 磁导率
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如果把软磁材料 例如 软磁材料（ 合金） 如果把软磁材料（例如Fe--Si--A1合金） 合金 制成粉末，表面被极薄的A1 制成粉末，表面被极薄的 2O3层或高聚物 极薄的 分隔绝缘，然后热压或模压固化成 分隔绝缘，然后热压或模压固化成块状软 热压或模压固化 磁体， 磁体，则
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2.3.2 磁性复合材料的分类 由于磁性材料 软磁和硬磁之分 磁性材料有 之分， 由于磁性材料有软磁和硬磁之分，因此也有 相应的软磁和硬磁复合材料。 相应的软磁和硬磁复合材料。 此外，强磁性 铁磁性和亚铁磁性 细微颗粒涂 铁磁性和亚铁磁性)细微颗粒 此外，强磁性(铁磁性和亚铁磁性 细微颗粒涂 覆在高聚物材料带上 金属盘上形成 高聚物材料带上或 形成磁带或磁盘 覆在高聚物材料带上或金属盘上形成磁带或磁盘 用于磁记录，也是一类非常重要的磁性复合材料， 用于磁记录，也是一类非常重要的磁性复合材料， 又如与液体混合形成磁流体 与液体混合形成磁流体等 又如与液体混合形成磁流体等。 2.3.3 磁性复合材料的应用
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复合永磁材料的功能体 功能体可看作是各类 复合永磁材料的功能体可看作是各类 磁体粉末（ 铁氧体、铝镍钴、 磁体粉末（如铁氧体、铝镍钴、Sm--Co、 、 Nd--Fe--B等）制成的粘结磁体。 粘结磁体。 等 制成的粘结磁体 也可以选用两种或两种以上的不同磁 也可以选用两种或两种以上的不同磁 两种或两种以上的 粉与高分子材料复合，以便得到更宽范围 高分子材料复合 以便得到更宽范围 复合， 的实用性能。 的实用性能。
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永磁复合材料的功能组元是磁性粉末， 永磁复合材料的功能组元是磁性粉末， 高聚物和软金属起到粘结剂的作用。 高聚物和软金属起到粘结剂的作用。 起到粘结剂的作用 其中，高聚物使用较为普遍 使用较为普遍， 其中，高聚物使用较为普遍，常用的 等材料 有环氧树脂、尼龙和橡胶等材料。 环氧树脂、尼龙和橡胶等材料。
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2.5 软磁复合材料 电器元件的小型化，导致磁路中追求更 电器元件的小型化，导致磁路中追求更 磁路中追求 高的驱动频率，为此应用的软磁材料 高的驱动频率，为此应用的软磁材料，除在 软磁材料， 静态磁场下经常要求的高饱和磁化强度和 经常要求的高饱和磁化强度 静态磁场下经常要求的高饱和磁化强度和高 低的交流损耗P 磁导率外 还要求它们具有低的交流损耗 磁导率外，还要求它们具有低的交流损耗PL。
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永磁复合材料的制造方法常采用模压 永磁复合材料的制造方法常采用模压、 常采用模压、 注塑、挤压等工艺技术。 注塑、挤压等工艺技术。 等工艺技术 对于软金属粘结工艺来说，由于它较为 软金属粘结工艺来说 对于软金属粘结工艺来说，由于它较为 复杂，因此除磁体要求在较高温度下(＞ 复杂，因此除磁体要求在较高温度下 ＞200 磁体要求在较高温度下 使用外， 金属基复合磁体。 ℃)使用外，很少采用这种金属基复合磁体。 使用外 很少采用这种金属基复合磁体
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由于复合永磁材料 易成形和 复合永磁材料的 由于复合永磁材料的易成形和良好加 工性能，因此常用来制作薄壁的微型电机 工性能，因此常用来制作薄壁的微型电机 使用的环状定子 例如计算机主轴电机 环状定子， 计算机主轴电机， 使用的环状定子，例如计算机主轴电机， 钟表步进电机等 钟表步进电机等。