磁性材料

第一章磁性材料简介

第一节、磁性参数

1.1、磁参数名称：

恒磁：Br, Hc, Hcj, (BH)max, Tc, Tw, D, Hk, Hd, Bd,

Brα﹪/℃, Hcjβ﹪/℃。(解释见附件)

软磁：Bs, Br, Hc, f, μi ,μ〞,L, Q, Z。

1.2、磁参数来源：

θψB =∫∫BcoSθds=∫∫Bds=Bnds

在闭合回路中,单位面积通过的磁力线强度(密度) Br:剩余磁感应强度

I ψH=∫∫HcosθdI

dL=∫∫H

dI

dL=H

dI

dL

在闭合回路中,单位长度电流产生的磁场.

Hcb:矫顽力---- 在退磁曲线上,反向磁场H增大到某一值磁感应强度B为0时,称此时的反向磁场(H—Hcb)为矫顽力.表示抵抗外部反向磁场的能力.

H B----Hc曲线表示

Hcj:内禀矫顽力---在退磁曲线上,当反向磁场增加到磁体内部的微观磁偶极矩的矢量和等于零时,这时的反向磁场H---Hcj表示抵抗外部反向磁场的能力.

B---Hcj曲线表示

BH(max):磁能积----表示剩磁Br与矫顽力Hcb的综合性能.

1.3、单位制及换算

CGS制(磁学单位制) SIA制(国际单位制)

Br 高斯(Gs) T或mT (特或毫特)

Hcb/Hcj 奥斯特(Oe) A/M (安培/米)

BH(max) 兆高奥(MGOe) KJ/m3(焦尔/米3) 单位换算:

104Gs=T Gs=10-4T

Oe 1 kA 1 kA

4πM Oe4πM

8MGOe=KJ/m3 MGOe=1/8 KJ/m3

T 103mT(10-4 Wb/cm2 )PP

第二节、磁性材料的制作工艺

2.1﹑铁氧体类：

2.1.1、铁氧体永磁粉制作：

原材料：SrCo3，BaCo3，Fe2O3及CaCo3,高岭土(Ae2O3．SiO2)等.

Sr系:SrFe Ba系:BaFe

工艺流程:

配料混合球磨预烧结粉碎加入添加剂球磨烘干制粉检测

SrFe: Hcb较高,BH偏高,温度稳定性较好,粘结磁多采用SrFe.

BaFe:磁性略低于SrFe,但价格更便宜,磁记录多采用该系材料.

2.1.2、铁氧体软磁的制作：

原材料：MnO, ZnO, NiO, Fe2O3, CaCO3, CuO等化合物。

配方：55﹪Fe2O3, 35﹪MnO, 10﹪NiO

配方设计：需兼顾Bs, Br, Hc, f, μ′μ〞,L, Q, Z

工艺流程：配料混合球磨(一次) 烘干预烧粉碎再球磨(二次)

烘干造粒烧结

Mn－Zn 功率可达KW,频率达500KHz

软磁铁氧体

N－Zn 宽带频

铁氧体类Sr系(BH)max为2.5~4.5MGOe，Hcb偏高，温度稳定性较好，

粘结磁多采用SrFe。

Ba系(BH)max为1~2.5MGOe，磁性略低于SrFe，但价格更恒磁铁氧体偏宜，磁纪录，橡胶磁、塑料磁多采用该系材料。

锶、钡铁氧体配方成本3~4元/Kg

磁粉4~6元/Kg

售价

磁体8~30元/Kg(随性能变化)

恒磁铁氧体粉的用途：

橡胶磁----用量很大

塑料磁----用量很大

制作成磁流体

铁氧体粘结磁

NdFeB粘结磁调配

恒磁铁氧体的特性：温度稳定好,磁性较低。

2.2﹑金属磁：

特点：金属类需高、中苹真空(或自然)熔炼制粉压制成型

低温/高温烧结退火/时效

金属软磁(硅钢﹑FeCrAl﹑FeZn﹑FeNi﹑FeCo合金) 利用它们各自的特点,如变

压器﹑记忆磁铁伸缩﹑温度稳定性﹑抗干扰能力等.

金属磁类AlNiCo (BH)max 8~10MGOe, Tc=760℃，售价500~600元/Kg

使用温度高易退磁也易充磁。

金属恒磁SmCo5 烧结磁

Sm Co Sm2Co17烧结磁

稀土恒磁粘结磁

烧结磁

NdFeB

粘结磁

烧结稀土恒磁：

2.2.1、NdFeB烧结恒磁：原材料: Nd, Fe, Bfe, Dy, Co, Zr, Al, Cu

配方式: Nd2Fe14B

工艺流程: 中苹真空熔炼破碎球磨制粉定向成型烧结(真空，氩气保护) 时效

批产磁性能如下：

BH(max)高﹑材料成本低42元/kg,工艺要求不算高,使用温度可达150℃容易被器件制造商认可.但是NdFeB烧结磁抗氧化能力差,采用着装工艺来抵抗氧化,使它在有效的使用温度范围内,得到充分利用.

2.2.2、SmCo烧结恒磁：原材料Sm, Co, Cu, Fe, Gd, Ga, Zr, Hf

配方式R2Co17

工艺流程原材料整理配方

制粉定向成型烧结(真空，氩气保护) 时效

批产最高性能如下：

1. 抗氧化﹑耐腐蚀﹑BH(max)中等,使用温度高400℃,工艺要求高,原材料成本380元/kg.

2.2.3、粘结永磁粉的制作及工艺流程：

2.2.

3.1、铁氧体粘结永磁制作工艺如前(略)

2.2.

3.2、稀土永磁制做工艺：

2.2.

3.2.1、Sm Co粘结磁粉制作:

原材料:Sm Pr Co Cu Zr Sn Fe Nb等

配方式:Sm2 Co17 (SmCo5相似)

工艺流程:

配料熔炼固熔处理时效控制粒度制粉

特点:温度特性好,可工作到胶体老化.

缺点:原材料价贵380元/kg,BH(max)低,市场前景不很好.

2.2.

3.2.2、NdFeB粘结磁粉制作:

工艺方式:热轧﹑铸造﹑氢爆(淬)HDDR﹑快淬(MQ).

(a).热轧工艺

配方式:Nd2Fe14B

原材料:Nd BFe Fe Al等

工艺流程:

配方熔炼铸造包装

优点:磁性能BH(max)28MGOe

缺点:工艺复杂,难控制,最终得到有用材料较少,工艺成本高,未进入市场.

(b).铸造工艺

配方式: Nd2Fe14B

原材料:Pr BFe Fe Cu等.

工艺流程:

配方熔炼铸造退火机械加工

优点:磁性能BH(max)最高达35Mgoe(实验室)

缺点:磁性能主要取决于机械加工程度﹑速度﹑加工成本较高,可得的材料少,未进入市场.

(c).氢爆(淬)工艺磁粉制作(HDDR)

根据报道，粘结磁粉的(BH)max=30MGOe，磁体(BH)max可做到20MGOe,而实际上量产(BH)max=16MGOe。

配方式: Nd2Fe14B

原材料: Nd , BFe , Fe ,Cu , Al等

工艺流程:

配方熔炼氢爆除氢重组

优点:工艺较简单, BH(max)达16MGOe,产量容易作大.