钕铁硼基本知识.doc

1磁材基本知识讲座2主要内容:第一章 磁物理基础第二章 磁性材料的发展概况第三章 钕铁硼的主要特点及应用第四章 钕铁硼的主要成份组成第五章 钕铁硼生产工艺及设备第六章 性能参数测量原理及设备第七章 机械加工工艺及设备第八章 表面处理工艺及设备第九章 充磁包装第一章 磁物理基础31 物质的磁现象磁性材料:magnetic material 钕铁硼磁铁:nd-fe-b magnet 铁氧体磁铁:ferrite magnet牛磁棒:magnetic bar for cattle?磁力架:magnetic separator物质的磁性是一个历史悠久的研究领域,约在三千年前就已受到人们的注意中国是最早应用磁性的国家，公元前四世纪，我国制成了世界上最早的指南针，成为中国的四大发明之一磁学史上第一部关于磁性的专著是英国(WGilbert)吉耳伯特的《论磁石》 （1600 年） ，这本书介绍了那时书籍有关的磁性知识然而，磁性作为一门科学却到 19 世纪前半期才开始发展1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，拉开了磁电之间联系的序幕；1820 年末，法国物理学安培证明通电圆形线圈和普通的磁铁一样具有吸引和排斥的现象。

1831 年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，并提出电磁感应定律，从而揭示电和磁之间的内在联系；后来，苏格兰科学家麦克斯韦，将电磁的联系建立起严密的电磁场理论他发展了法拉第的思想，用数学的形式总结出电场和磁场的联系，即麦克斯韦方程2 磁性的起源物质的磁性起源于原子磁矩原子物理学告诉我们，组成物质的最小单元是原子，原子又由电子和原子核组成电子的排布遵循三大原则：1 洪特规则，2 泡利不相容规则，3 能量最低原理原子中的电子绕着原子核进行高速运转，电子运转时同时有两种运动形式，即电子绕原子核的轨道运动和电子绕本身轴的旋转前者叫电子轨道运动，后者叫电子自旋处于旋转运动状态的电子相当于电流闭合回路，必然伴随有磁矩的发生，电子轨道和电子自旋产生的总磁矩称为原子磁矩43 主要磁物理参数3.1 磁特性参数⑴ 剩磁(Br)：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，该值即称为该材料剩余磁感应强度 Br，统称剩磁Br=Jr=A(1-β)d/d0cosφA： 正向畴的体积分数(1-β)： 主相 Nd2Fe14B 的体积分数d/d0： 烧结磁体的实际密度和理论密度的比值cosφ：Nd2Fe14B 晶粒 C 轴沿取向方向的取向因子 (取向度)Js： Nd2Fe14B 单晶的饱和磁化强度⑵ 磁感应强度(B)：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出来的，为与 H 区别，称之为介质的磁感应强度 B=H+J， 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。

⑶ 磁场强度(H)：表示磁场强弱的物理量，定义载有 1 安培电流的无限长导线在距离导线 0.2 厘米远处的磁场强度为 1Oe永磁材料用作磁场源和磁力源，主要利用它在气隙中产生的磁场Hg=(BmHm*Vm/μ 0Vg)1/2 磁铁在气隙中产生的磁场强度 H 除了与 Vm 、Vg 有关外，主要取决于磁体内部的磁能积⑷磁能积(BH)max ：在永磁材料的 B 退磁曲线上(二象限)，不同的点对应着磁体处在不同的工作状态，B 退磁曲线上的某一点所对应的 Bm 和 Hm（横坐标和纵坐标）分别代表磁体在该状态下，磁体内部的磁感应强度和磁场的大小，Bm 和 Hm 的绝对值的乘积（BmHm）代表磁体在该状态下对外做功的能力，等同于磁体所贮存的磁能量，称为磁能积理论最大磁能积(BH)max=1/4 （μ 0Js） 2 人们通常都希望磁路中的磁体能在其最大磁能积状态下工作5⑸矫顽力(bHc)：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.⑹内禀矫顽力(jHc)：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。

⑺ Hk: 在退磁曲线中 0.9Br 所对应的内禀矫顽力的数值方形度: Hk/jHc⑻ 磁矩:Φ*C⑼ 磁化率 Х=M/H 磁导率=B/H⑽ 磁力线:处处与磁感应强度方向相切的线，磁感应强度方向与磁力线的方向相同，其大小和磁力线的密度成正比3.2 温度特性参数① 居里温度(Tc) ：当温度升高至某一值时，材料的磁极化强度 J 降为 0，此时磁性材料的磁特性变得同空气等非磁性物质一样，将此温度称为该材料的居里温度 Tc居里温度 Tc 只与合金的成分有关，与材料的显微② 磁体的可工作温度(Tw)组织形貌及其分布无关在某一温度下永磁材料的磁性能指标与室温相比降低一规定的幅度，将该温6度称为该磁体的可工作温度 Tw由于磁性能的这一降低幅度需要视该磁体的应用条件及要求而定，因此，所谓的磁体的可工作温度 Tw 对于同一磁体来说是一个待定值，也就是说，同一永磁体在不同的应用场合可以有不同的可工作温度 Tw显然，磁性材料的居里温度 Tc 代表着该材料的理论工作温度极限事实上，永磁材料的实际可工作 Tw 远低于 Tc③ 温度系数剩磁温度系数 а=ΔB/ΔT (%/℃) 内禀矫顽力 β=ΔH /ΔT(%/℃) 例如：已知一产品 20℃时的剩磁为 1.207T ，内禀矫顽力为 30kOe，120℃时内禀矫顽力为 18.7 kOe， 150℃时的剩磁为 1.063T, 求此产品在（20℃-150℃）剩磁温度系数， （20 ℃-120℃）内禀矫顽力温度系数。

计算：利用剩磁温度系数公式 а=ΔB/ΔT (%/℃) а=(1.063-1.207)/1.207*(150-20)×100%=-0.092%/℃利用内禀顽力温度系数公式 β=ΔH /ΔT(%/℃)β=（18.7-30.0）/30*(120-20) ×100%=-0.377%/℃我司温度系数标准：а：-0.09-0.13%/℃β：-0.50-0.80%/℃④ 其它参数膨胀系数：/℃热导率：W.(m. ℃) -1比热容:kJ.(kg. ℃) -13.3 其它特性参数抗压强度：MPa抗拉强度：MPa密度：g/cm3硬度：HV电阻率：Ω.cm杨氏模量：N.cm-373.4 磁滞回线当 H 从正的最大变化到负的最大,再回到正的最大时,B-H 或 M-H 形成了一条闭合曲线,这条闭合曲线叫磁滞回线磁滞回线的几点说明： 磁感应强度 B 和 H 之间的关系称正常曲线，B=J+H 内禀磁化强度 J 和 H 之间关系称为本征曲线 通常用磁滞回线第二象限来分析永磁体的性能，本征曲线正常曲线都是适用的 比 Br 低的退磁曲线上的某一点，称为工作点；连接工作点和原点之间的直线称为负载线，表示为 Bd/Hd。

3.4 单位换算：中文名称 英文简称 单位 SI 单位 CGS SI/CGS剩磁 Br T kGs 10感应矫顽力 Hcb kA/m kOe 4π/10 3内禀矫顽力 Hcj, iHc kA/m kOe 4π/10磁能积 BH max kJ/m3 MGOe 4π/10 3表磁 H kA/m kOe 4π/10 3磁通 Φ Wb, Vs Mx 108磁矩 Mm A.m2 Vs.cm 1038磁化强度 M T kGs 10第二章 磁材的发展概况磁性材料及其应用已为人所知上千年之久，最早的磁性材料历史记载了能够显出很强磁力的天然磁石例如，约在 2000 多年前，我国古代人民就使用天然磁石（主要成份为 Fe3O4）制做指南针永磁材料的迅猛发展起始于 19 世纪末，其主要历程如下：公元前 3——4 世纪——最早的记载：“磁石取针” ， “磁石召铁”的记载（中国）战国（公元前 2500 年）——司南宋代——罗盘，航海的发展提供了关键技术1900 年代——钨钢制成1930 年代——铝镍钴(铸造铝镍钴,烧结铝镍钴)1950 年代——铁氧体:钡铁氧体(Bao.6Fe 2O3) 、锶铁氧体(Sro.6Fe 2O3) 、粘结铁氧体永磁Br:0.3-0.44 Hcj:3.14-4.39 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450℃1960 年代——1:5 型 SmCo5钐钴，第一代稀土永磁Br:0.9-1.0 Hcj:13.82-19.34 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450℃ 1970 年代——2：17 型 Sm2Co17钐钴，第二代稀土永磁Br:0.3-0.44 Hcj:3.14-4.39 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450℃1983 年——钕铁硼，第三代稀土永磁，磁能积理论值为 509kJ/m3(64MGOe)。

2 磁性材料的主要分类:金属磁性材料分为硬磁材料、软磁材料二大类通常将内禀矫顽力大于10kA/m（10Oe ）的材料称为永磁材料，将内禀矫顽力小于 0.8kA/m（10Oe）的材料称为软磁材料记录介质介于硬磁和软磁之间3 铝镍钴的主要特点及应用⑴ ▲强度高，抗腐蚀能力强；9▲ 成份均匀，磁特性优秀；▲良好的温度稳定性（Br 的温度系数是各类永磁材料中最小的） ；▲最高使用温度达到 500℃；▲烧结磁体可制造体积小，形状复杂的磁体和复合磁体⑵ 铝镍钴主要工艺流程:铸造铝镍钴:砂模制作+熔炼浇铸+热处理+磨削加工+检验包装烧结铝镍钴:粉料配比搅拌+压制成型+烧结+热处理+磨削加工+检验包装⑶ 铝镍钴的主要系列AlNiCo5 系列: Br:0.7-1.32 Hcj:0.50-0.74 (BH)max:1.13-7.03 Tc:890℃ AlNiCo8 系列: Br:0.8-1.05 Hcj:1.38-2.01 (BH)max:5.02-9.0 Tc:860℃⑷ 主要应用▲ 内磁式电压电流表、电子式电能表、万用表、流量计等；▲各类磁性传感器、极化继电器、温度和压力控制器；▲移动蜂鸣器、助听器、受话器、微型扬声器；▲汽车点火启动器、汽车和摩托车里程表、永磁电机、吸附器件等；▲广泛应用于要求稳定性高的航空、航天、军事装置等领域10第三章 钕铁硼的主要特点及主要应用①主要特点：②主要应用钕铁硼磁体可广泛应用于电动机、发动机、音圈马达、磁共振成像仪、通讯、控制仪表、音响设备等方面。

电声音响占 32%，磁化器占 21%，电机和传感器占 31%，磁联轴及磁选机占 9%，音圈马达及电度表占 5%，其他为 2%其最主要的应用领域是 VCM(音圈马达)，目前国外生产的烧结钕铁硼磁体约有一半用于 VCM除 VCM 以外，应用较多的领域是电动机和发电机，随着汽车工业的发展，今后这一领域对钕铁硼磁体的需求量将有较大增长稀土永磁电机市场潜力大，是国内尚未充分开发的巨大领域目前稀土永磁电机约有 200万 kW，只相当于各类电机总容量 4 亿 kW 的 0.5%若用稀土高效节电机替代老式 J-JO 及 J2-JO2 系列电机的 50%，即 1 亿 kW，则约需高性能烧结钕铁硼磁体 5 万吨使用稀土永磁高效电机可节能 15%～20%，减轻电机重量 20%以上稀土永磁高效电机已列为科技部"稀土应用工程" 重点项目粘结钕铁硼永磁材料的生产及应用开发较晚，应用面不广，用量较小，主要用于办公室自动化设备、电装机械、视听设备、仪器仪表、小型马达和计量机械方面近年我国粘结钕铁硼永磁材料的应用比例为：计算机占 62%，电子工业占 7%，办公室自动化设备占 8%，汽车占 7%，器具占 7%，其他占 9%。

11第四章 钕铁硼的生产工艺和设备5 6 性能的检测方法和设备① 退磁曲线。