永磁材料发展史

第一章．文献综述

1.1前言

21世纪是电子化的时代。永磁材料作为电子工业的一种基础功能材料，已经渗透到人类生产、生活的各个领域, 在汽车、摩托车、电视机、音响、计算机、通信终端机、医疗仪器等方面获得了广泛的应用。永磁材料可以实现能量的转换、传输以及信息传输、存储等功能，已成为现代科学技术，如计算机技术、信息技术、航空航天技术、通讯技术、交通运输(汽车)技术、办公自动化技术、家电技术与人体健康和保健技术等的重要物质基础[1]。永磁材料以其典型的节能、节材及出口创汇产品和在现代高新技术产业中不可低估的作用，而被专家人士认为是衡量一个国家经济发展程度的指标，粗略体现一个国家的国民生活水平。

1.2 永磁材料特性及发展概况

1.2.1 永磁材料特性

永磁材料和软磁材料的主要区别是永磁材料的各向异性场(H A)高，矫顽力(H C)高，磁滞回线面积大，磁化到技术饱和需要的磁化场大。现代永磁材料的矫顽力一般均大于4000kA/m，而软磁材料的矫顽力一般小于80A/m，最低仅0.08A/m 左右。

永磁材料的主要技术性能指标是剩磁Br、矫顽力Hc(内禀矫顽力Hcj和磁感矫顽力Hcb )、磁能积(BH)max及温度系数等参量。图1-1为典型的永磁材料磁滞回线[1]

1、矫顽力分为磁感矫顽力(Hcb或bHc)和内桌矫顽力，磁感矫顽力是退磁曲线上B=0对应的磁场，相应于磁滞回线与横坐标的交点(见图1一1)。Hcb是表征永磁材料对外界磁场的抗干扰能力。内禀矫顽力(Hcj、jHc或mHc)是使内禀磁感应强度 o M(或4πM)为零的反向磁场强度，Hc j≥Hcb。Hcj的极限值是磁晶各向异性场H A，它取决于材料的磁晶各向异性常数。

2、剩磁感应强度Br，它是指磁化至技术饱和并去掉外场后所保留的剩余磁

化强度Mr，相当于磁滞回线与纵坐标的交点(见图1一I)。剩磁是表征永磁材

料充磁后所提供的磁场大小的参量。因此，Br越大越好。Br的极限值是Js, Js取决于组成该材料的磁性原子数和原子磁矩的大小。

3、最大磁能积(BH)max,简称磁能积，它是指退磁曲线上的B和H乘积最

大点。在满足相同要求(磁场的数值和空间范围)的情况下，(BH)max大的材料

的体积小。因此，(BH)max的数值越大越好。(BH)max的极限值是1/4Js2, Br、Hcb 和(BH)max均取决于材料的反磁化过程。

4、稳定性是指永磁材料的磁性能随时间、温度、外场、冲击和振动等保持不变的能力。通常所说的稳定性是指居里温度Tc, Br和Hcj温度系数和不可逆损失。Tc取决于材料内部相邻原子交换作用的强度，温度系数和不可逆损失越小越好。

典型的永磁材料磁滞回线图

1.2.2 永磁材料发展概况

人类早在三千多年前就已经认识了磁性材料，但永磁材料的应用和研究的时间并不长。磁性材料由于分类标准和依据重点不同，有着不同的分类。在现代科技和工业应用中则往往根据永磁材料的材质来分类，也即：（1）铸造永磁材料如Al-Ni系和Al-Ni-Co系永磁材料；（2）铁氧体永磁材料；（3）稀土永磁材料；（4）其它永磁材料，如可加工Fe-Cr-Co，Fe-Co-V和Mn-Al-C等永磁材料。

二十世纪三十年代AlNiCo永磁合金的发现是永磁材料发展史上一个重要里程碑，七十年代以前其一直处于永磁材料到领先地位。但由于该合金含有昂贵的战略物资Ni和Co，特别是70年代发生的Co危机及60年代末和70年代初高性能稀土永磁材料的发现，使其应用受到很大冲击[2]。如1972年，AlNiCo永磁体占磁体工业的40%，而1982年则降至为7%。

AlNiCo系永磁合金的磁性能很大程度上取决于调幅分解所形成的微观组织结构，即弱磁相和强磁相的相互搭配。研究表明[3-5]，经两级回火处理后的AlNiCo 合金具有最佳磁性能，其相应得终态组织是由具有四方结构的两相构成的。近几年人们的注意力多集中在对高性能铁氧体和稀土永磁的研究开发上，对铝镍钴的

研究极少。目前，铝镍钴永磁的(BH)max的实际值比它的理论值低得多，这说明它在磁性能方面还大有潜力可挖。由于AlNiCo的居里温度高达890℃，具有非常高的温度稳定性、在仪器仪表、电机电器、电声电讯、磁传动装置及航空航天器件等对温度稳定性要求高的领域内，在目前和将来相当长的一段时间里还不会被其它永磁材料完全取代。

永磁铁氧体材料是继铝镍钴系硬磁金属材料后出现的第二种主要的硬磁材料，它是以BaFe12O19相、SrFe12O19相和他们得固溶体为基础的永磁材料。它的出现不仅节约了镍、钴等大量战略物资，而且为硬磁材料在高频段，如电视机的部件、微波期间以及其他国防器件等的应用开辟了新的途径[6]。

铁氧体材料不仅可以用作电讯器件中的录音器、微音器、拾音器、电话机以及各种仪表的磁铁，而且在污染处理、医学生物和印刷显示等方面也得到了广泛应用[7]。

七十年代以来永磁铁氧体产量逐渐超过了AlNiCo，随着电子信息技术迅速发展，国内外对高性能永磁铁氧体的市场需求越来越大。Ba系铁氧体永磁材料的市场需求量还在以10％左右的迅速增长，并且其成分和工艺技术还在不断地改进和完善，还处于发展期，预测未来20～30年内，铁氧体永磁材料仍然是广泛应用的永磁材料[8]。

稀土永磁材料是上世纪五十年代末六十年代初逐渐发展起来的，是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。主要分为稀土钴永磁材料、稀土钕永磁材料、稀土铁氮（RE-Fe-N系）或稀土铁碳（Re-Fe-C系）永磁材料三类。1968年，Buschow 制备出了(BH)max高达147.3KJ/m3 (18.5 MGOe)的SmCo5磁体，创造出了当时的奇迹，宣布了第一代稀土永磁材料SmCo5的产生。SmCo5烧结磁体的磁能积一般在16～28MGOe之间[9,10]。到1972年以后，(BH)max高达240kJ/m3 (30MGOe)第二代稀土永磁合金RE2Co17型化合物在日本问世。在已实际应用的稀土永磁材料中2：17型SmCo磁体具有优异的磁性能、良好的热稳定性，居里温度820℃，工作温度350℃，在空气中化学稳定性较好；去磁曲线是一条曲线，内稟矫顽力在极大磁场下可基本保持不变，磁体具有可逆性；磁体具有较好的力学特性，在振动冲击等机械负荷下，磁性能比较稳定等优点。由于2：17型SmCo永磁体具有上述优异