永磁材料基本知识

永磁材料基本知识

2006 年08 月26 日星期六08:56

1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标？

永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁（Jr, Br）、矫顽力（bHc）、内禀矫顽力（jHc）、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（Tc）、可工作温度（Tw）、剩磁及内禀矫

顽力的温度系数（Br 0 , jHc 0 ）、回复导磁率（卩rec.）、退磁曲线方形度（Hk/jHc）、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。

除磁性能外，永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。

2、什么叫磁场强度（H）？

1820 年，丹麦科学家奥斯特（H. C. Oersted）发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转，从而揭示了电与磁的基本关系，诞生了电磁学。实践表明：通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比，与离开导线的距离成反比。定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/2 n米远处的磁场强度为1A/m（安/米，国际单

位制SI）;在CGS单位制（厘米-克-秒）中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导

线0.2厘米远处磁场强度为1Oe （奥斯特），10e=1/（4 n x 103） A/m。磁场强度通常用H表示。

3、什么叫磁极化强度（J），什么叫磁化强度（M），二者有何区别？

现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。磁性材料也不例外，其铁磁现象是起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流。这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。定义在真空中每单位外磁场对一个磁偶极子产生的最大力矩为磁偶极矩pm,每单位材料体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J，其单位为T （特斯拉，在CGS单位制中，J的单

位为Gs，1T=10000Gs）。

定义一个磁偶极子的磁矩为pm/卩0，卩0为真空磁导率，每单位材料体积内磁矩的矢量和为磁化强度M其SI单位为

A/m，CGS单位为Gs（高斯）。

M与J的关系为：J=卩0 M在CGS单位制中，卩0=1，故磁极化强度与磁化强度的值相等；在SI单位制中，卩0=4 n X 10-7H/m （亨/ 米）。

4、什么叫磁感应强度（B），什么叫磁通密度（B），B与H，J，M之间存在什么样的关系？

理论与实践均表明，对任何介质施加一磁场H 时（该磁场可由外部电流或外部永磁体提供，亦可由永磁体对永磁介质本身提供，由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场--- 关于退磁场的概念，见9 Q），介质内部的磁场强度并不

等于H,而是表现为H与介质的磁极化强度J之和。由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现岀来

的，为与H区别，称之为介质的磁感应强度，记为B:

B=^ 0 H+J （SI 单位制）（1-1 ）

B=H+4t M （CGS单位制）

磁感应强度B的单位为T，CGS单位为Gs （1T=104G S）。

对于非铁磁性介质如空气、水、铜、铝等，其磁极化强度J、磁化强度M几乎等于0，故在这些介质中磁场强度H与磁感应

强度 B 相等。

由于磁现象可以形象地用磁力线来表示，故磁感应强度B又可定义为磁力线通量的密度，磁感应强度B和磁通密度B在概

念上可以通用。

5、什么叫剩磁(Jr ，Br) ，为什么在永磁材料的退磁曲线上任意测量点的磁极化强度J 值和磁感应强度 B 值必然小于剩磁Jr 和Br 值？

永磁材料在闭路状态下经外磁场磁化至饱和后，再撤消外磁场时，永磁材料的磁极化强度J 和内部磁感应强度 B 并

不会因外磁场H 的消失而消失，而会保持一定大小的值，该值即称为该材料的剩余磁极化强度Jr 和剩余磁感应强度

Br ，统称剩磁。

剩磁Jr 和Br 的单位与磁极化强度和磁感应强度单位相同。

根据关系式(1-1)可知，在永磁材料的退磁曲线上，磁场H为0时，Jr=Br，磁场H为负值时，J与B不相等，便分成了J-H和B-H二条曲线。从关系式(1-1)还可以看到，随着反向磁场H的增大，B从最大值Br=Jr变化到0 ,最后为负值，对于现代永磁材料，B退磁曲线的变化规律往往为直线；J退磁曲线的变化规律则不同：随着反向磁场H的增

大，B值线性减小，由于B值的减小量总是大于或等于反向磁场H的增大量，故在J退磁曲线上的一定区域内可以保持

相对平直的直线，但其J 值总是小于Jr 。

6、什么叫矫顽力(bHc) ，什么叫内禀矫顽力(jHc) ？

在永磁材料的退磁曲线上，当反向磁场H增大到某一值bHc时，磁体的磁感应强度B为0,称该反向磁场H值为该

材料的矫顽力bHc；在反向磁场H= bHc时，磁体对外不显示磁通，因此矫顽力bHc表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其

它退磁效应的能力。矫顽力bHc是磁路设计中的一个重要参量之一。

值得注意的是：矫顽力bHc在数值上总是小于剩磁Jr。因为从(1-1 )式可以看到，在H= bHc处，B=0,则卩0 bHc =J，上面已经说明，在J退磁曲线上任意点的磁极化强度值总是小于剩磁Jr，故矫顽力bHc在数值上总是小于剩磁

Jr。例如：Jr =12.3kGs 的磁体，其bHc不可能大于12.3kOe。换句话说，剩磁Jr在数值上是矫顽力bHc的理论极限。

当反向磁场H= bHc时，虽然磁体的磁感应强度B为0，磁体对外不显示磁通，但磁体内部的微观磁偶极矩的矢

量和往往并不为0，也就是说此时磁体的磁极化强度J在原来的方向往往仍保持一个较大的值。因此，bHc还不足以表征

磁体的内禀磁特性；当反向磁场H增大到某一值jHc时，磁体内部的微观磁偶极矩的矢量和为0，称该反向磁场H值为该材料的内禀矫顽力jHc。

内禀矫顽力jHc是永磁材料的一个非常重要的物理参量，对于jHc远大于bHc的磁体，当反向磁场H大于bHc但

小于jHc时，虽然此时磁体已被退磁到磁感应强度B反向的程度，但在反向磁场H撤消后，磁体的磁感应强度B仍能因

内部的微观磁偶极矩的矢量和处在原来方向而回到原来的方向。也就是说，只要反向磁场H还未达到jHc，永磁材料便

尚未被完全退磁。因此，内禀矫顽力jHc 是表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其它退磁效应，以保持其原始磁化状态能力的一个主要指标。