2-1稀土磁性材料

① 铁磁性物质 具有极高的磁化 率，磁化易达到饱和 的物质 Fe，Co， Ni， ， ， ， Gd 铁磁性物质
磁 铁磁性 χm= 10-2 ~106 的 柟 磁性的 磁 场
② 亚铁磁性物质 铁悦 惊 铁磁 磁 磁
磁 亚铁磁性 χm= 10-2 ~106 磁性
(M2+Fe23+O4) 物
磁 场
③ 顺磁性物质 存在未成对电子 → 永久 磁矩。 ， ， 磁矩。La，Pr，MnAl， ， FeSO47H2O， Gd2O3 …； ， ； 在居里温度以上的铁磁性 Fe, Co, Ni 居里温度 铁磁性 温度 。 恸
剩磁Mr、矫顽力 、磁能积（ ） 剩磁 、矫顽力Hc、磁能积（BH）max
1.饱和磁化强度 饱和磁化强度Ms Saturation Magnetization
定义：在给定的温度下， 定义：在给定的温度下，给定的材料能达 到的磁化强度最大值。 到的磁化强度最大值。 永磁材料的Ms越高越好 越高越好， 永磁材料的 越高越好，它标志着材料的 最大磁能积和剩磁可能达到的上限值最高。 最大磁能积和剩磁可能达到的上限值最高。 单位名称为安每米，单位符号为A/m 单位名称为安每米，单位符号为
② 硬磁材料
磁化后不易退磁， 磁化后不易退磁 ， 而能长期保留磁性的铁氧 体材料称为 硬磁材料 ， 因 而也称 永磁材料 ห้องสมุดไป่ตู้ 恒磁材 磁滞回线包围面积大， 料 。 磁滞回线包围面积大 ， (Hc≥400A/m) 矫顽力大。 矫顽力大。 硬磁材料磁滞回线
永磁材料的应用
主要是利用磁体在气隙产生足够强的磁 利用磁极与磁极的相互作用， 场，利用磁极与磁极的相互作用，磁场对带 电物体或粒子或载电流导体的相互作用来做 或实现能量，信息的转换。 功，或实现能量，信息的转换。
磁性材料的分类
① 按化学组成分类 金属磁性材料、非金属 铁氧体 铁氧体)磁性 金属磁性材料、非金属(铁氧体 磁性 材料 ② 按磁化率大小分类 顺磁性、反磁性、铁磁性、 顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁 性、亚铁磁性
磁化率的概念
任何材料在外加磁场H的作用下都会产生一 定的磁化强度M与其相应。
M 0 M χ= = H B0
顺磁性 χm=10-6 ~10-5 磁矩的 磁性的 磁 场
铁磁性 顺磁性的
居里温度(Tc)。 。 居里温度
④ 抗磁性物质 不存在 未成对电子 → 没有永 久磁矩。惰性气体， 久磁矩。惰性气体，不 含过渡元素的离子晶体 ， 有 物 物， 物， 。 有的
磁性 χm= -10-5 ~-10-6 磁矩的 磁性的 磁 场
磁畴结构在外磁场的作用下， 磁畴结构在外磁场的作用下，从磁中性 状态到饱和状态的过程，称为磁化过程。 状态到饱和状态的过程，称为磁化过程。 磁化过程 磁畴结构在外磁场的作用下，从饱和状 磁畴结构在外磁场的作用下， 态返回到退磁状态的过程，称为反磁化 态返回到退磁状态的过程，称为反磁化 过程。 过程。
Bγ剩磁 Hc矫顽力 Hc矫顽力
磁滞回线
铁磁体磁化到技术饱和以后，使它的磁化 铁磁体磁化到技术饱和以后， 强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力。 强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力。
① 软磁材料
在较 弱的磁 场 下 易于磁 化 ， 也 易 于 退磁的 材料称 为 软磁材料。 软磁材料。 磁导率大， 磁导率大，矫顽 力小(Hc≤100A/m) 力小 ，滞损耗低，磁滞 滞损耗低， 回线呈细长条形。 回线呈细长条形。 软磁材料磁滞回线
主要软磁材料材料
Mn-Zn 、 Li-Zn 铁 氧 体 、 Ni-Zn 、 NiCuZn 铁氧体、MnFe2O4 、 NiFe2O4 铁氧体、
软磁材料应用
软磁材料适用于交变磁场， 软磁材料适用于交变磁场，可用来制 造各种发电机和电动机的定子和转子； 造各种发电机和电动机的定子和转子；变 压器，电感器，电抗器， 压器，电感器，电抗器，继电器和镇流器 的铁芯；计算机磁芯； 的铁芯；计算机磁芯；磁记录的磁头与介 磁屏蔽；电磁铁的铁芯。 质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯。
矫顽力。 表示。 矫顽力。用Hc表示。 表示 Hci表示内禀矫顽力 表示内禀矫顽力 Hcb表示磁感矫顽力 表示磁感矫顽力 矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量。 矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量。在 磁体使用中， 越高 表示温度稳定性越好。 越高， 磁体使用中，Hc越高，表示温度稳定性越好。
2.居里温度 居里温度Tc
铁磁性或亚铁磁性转变成顺磁性时 对应的临界温度。Tc越高，永磁 材料的使用温度越高，温度稳定性 好。
3.磁能积（BH）max 磁能积（ ） 磁能积 Magnetic Energy Product 磁铁在空气隙中产生的磁场强度除了与磁 铁体积、气隙体积有关外， 铁体积、气隙体积有关外，主要决定于磁铁 内部的磁感应强度B和磁铁的退磁场 的乘积。 和磁铁的退磁场H的乘积 内部的磁感应强度 和磁铁的退磁场 的乘积。 因此BH代表永磁体的能量，称为磁能积。 因此 代表永磁体的能量，称为磁能积。 代表永磁体的能量 (BH)m称为最大磁能积。 称为最大磁能积。 称为最大磁能积
2.2 稀土永磁 材料
一、永磁材料的技术磁参量 非结构敏感参数：主要由材料的化学成分和晶 非结构敏感参数：
体结构来决定，也称为内禀磁参量。 体结构来决定，也称为内禀磁参量。
饱和磁化强度Ms ，居里温度 居里温度Tc 饱和磁化强度
结构敏感参数： 结构敏感参数：强烈地依赖材料的结构和微观
结构，例如晶粒尺寸，晶粒取向，晶体缺陷， 结构，例如晶粒尺寸，晶粒取向，晶体缺陷，掺 杂物机械加工及热处理条件等有关。 杂物机械加工及热处理条件等有关。
选择永磁合金基本特性主要考虑因素
1. 高的饱和磁化强度 高的饱和磁化强度Ms (最大磁能积 最大磁能积) 最大磁能积 2. 高的居里温度 －影响合金的使用温度 高的居里温度Tc 3.大的磁各向异性 HA－合金的磁硬化机制 大的磁各向异性 有利于得到高内禀矫顽力 三者缺一不可， 三者缺一不可，否则不会成为实用永 磁合金。 磁合金。
4.剩磁 剩磁Br 剩磁
Remanence
永磁体经磁化至技术饱和， 永磁体经磁化至技术饱和，并去掉外磁场 所保留的磁性， 称为剩余磁化强度 称为剩余磁化强度， 后，所保留的磁性，Mr称为剩余磁化强度， Br称为剩余磁感应强度。 称为剩余磁感应强度。 称为剩余磁感应强度
多晶体： 多晶体：
1 n Mr = ∑ MsVi cos θ i V 1
6.各向异性场 A Anisotropy field 各向异性场H 各向异性场
沿难磁化轴磁化到饱和所需要的磁化场 称为各向异性场H 称为各向异性场 A。 物质中相对于一给定参照系的各不同方 向上，物质具有不同的磁特性的现象。 向上，物质具有不同的磁特性的现象。
人们习惯按矫顽力Hc的高低， 人们习惯按矫顽力 的高低，对 的高低 磁性材料进行分类： 磁性材料进行分类：
⑤ 反铁磁性物质 FeO，FeF3， NiF3， ， NiO ， MnO ， 各 种 锰盐以及部分铁氧 体 ZnFe2O4 等 ， 它们 柩 ， 等， 磁性
磁 磁 场
磁
反
反铁磁性 χm= 10-2 ~10-5 磁性
③ 按功能分类 软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、 软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩 磁材料、旋磁材料、压磁材料、 泡磁材料、 磁材料、旋磁材料、压磁材料、 泡磁材料、 磁光材料、 磁光材料、磁记录材料
0.08A/m< Hc<80A/m 软磁材料 80A/m< Hc <4000A/m 半硬磁材料 Hc >4000A/m 硬磁材料 硬磁材料经充磁至饱和，去掉外磁场 硬磁材料经充磁至饱和， 仍能保留其磁性， 后，仍能保留其磁性，所以又称为永磁材 料或恒磁材料。 料或恒磁材料。 硬磁材料和软磁材料的主要区别是硬磁材 料的各向异性场（ 矫顽力（ ） 料的各向异性场（HA）高、矫顽力（Hc） 技术磁化到饱和需要的磁场大。 高，技术磁化到饱和需要的磁场大。
Vi代表第 个晶粒的体积；θi代表第 个晶粒的 方向与外 代表第i个晶粒的体积 代表第i个晶粒的 代表第 个晶粒的体积； 代表第 个晶粒的Ms方向与外 磁场的夹角；V为样品的总体积。 磁场的夹角； 为样品的总体积。 为样品的总体积
单晶体： 单晶体：
Mr = Ms cosθ
5.矫顽力 Coercive Force 矫顽力 铁磁体磁化到饱和以后， 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
Gd—Gadolinium Tb—Terbium Dy—Dysprosium Ho—Holmium Er—Erbium Tm—Thulium Yb—Ytterbium Lu—lutetium Sc—Scandium Y—yttrium
2.1 磁学基础
具有强磁性的材料称为磁性材料。 具有强磁性的材料称为磁性材料。 磁性材料具有能量转换， 磁性材料具有能量转换，存储或改变能 量状态的功能，是重要的功能材料。 量状态的功能，是重要的功能材料。 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、 自动化、音像、电视、仪器和仪表、 自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航 农业、生物与医疗等技术领域。 天、农业、生物与医疗等技术领域。
第二章 稀土磁性材料 Chapter 2 Rare Earth Magnetic Materials
稀土永磁材料 超磁致伸缩材料 稀土磁致冷材料 稀土磁泡和磁光材料
English names of rare earth elements
La—lanthanum Ce—Cerium Pr—Praseodymium Nd—Neodymium Pm—Promethium Sm—Samarium Eu—Europium