第四章++材料的磁學(xué)

1、第四章第四章 材料的磁學(xué)材料的磁學(xué)主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 材料的磁性材料的磁性 第二節(jié)第二節(jié) 材料的抗磁性和順磁性材料的抗磁性和順磁性第三節(jié)第三節(jié) 材料的鐵磁性材料的鐵磁性第五節(jié)第五節(jié) 稀土永磁材料稀土永磁材料第四節(jié)第四節(jié) 材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo)固體的磁性起源材料的磁性材料的磁性物理學(xué)原理：任何帶電體的運(yùn)動(dòng)都必然在周圍的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)電動(dòng)力學(xué)定律：一個(gè)環(huán)形電流還應(yīng)該具有一定的磁矩，即它在磁場(chǎng)中行為像個(gè)磁性偶極子。設(shè)環(huán)形電流的強(qiáng)度為I（A），它所包圍的面積為A（m2）,則該環(huán)流的磁矩為：m=I*A(A m3)玻爾（Bohr）原子模型:原子內(nèi)的電子在固定的軌道上繞著原子核作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)

2、還繞自身的軸線作自旋運(yùn)動(dòng)。前一種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“軌道磁矩”，后一種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“自旋磁矩”。A(m2)I(A)m材料磁性的微觀機(jī)理材料的磁性材料的磁性物質(zhì)磁性的本質(zhì)：原子磁矩原子磁矩原子核磁矩：約為電子磁矩的1/2000電子磁矩軌道磁矩電子磁矩磁性物質(zhì)的分類及分類原因材料的磁性材料的磁性 原子磁矩為零的物質(zhì)具有抗磁性（Diamagnetism）。原子內(nèi)具有未成對(duì)的電子使得原子的固有磁矩不為零是物質(zhì)磁性的必要條件。但是，由于近鄰原子共用電子（交換電子）所引起的靜電作用，及交換作用可以影響物質(zhì)的磁性。交換作用所產(chǎn)生能量，通常用A表示，稱作交換能，因其以波函數(shù)的積分形式出現(xiàn)，也稱作交換積分。它取決于近鄰原子未

3、填滿的電子殼層相互靠近的程度，并決定了原子磁矩的排列方式和物質(zhì)的基本磁性磁性物質(zhì)的分類及分類原因材料的磁性材料的磁性抗磁性：在外磁場(chǎng)作用下，感生出與磁場(chǎng)方向相 反的磁矩現(xiàn)象。抗磁性起源于原子中運(yùn)動(dòng)著的電子相當(dāng)于閉合電路，在受到外磁場(chǎng)作用時(shí)，回路的磁通發(fā)生變化，回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通反抗原來磁通的變化。閉合感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁矩作用使外磁場(chǎng)磁化作用減弱，呈抗磁性現(xiàn)象。所以，抗磁性現(xiàn)象存在于一切物質(zhì)中，是所有物質(zhì)在外磁場(chǎng)磁化作用下所具有的屬性。物質(zhì)磁性來源的同一性材料的磁性材料的磁性 原子磁矩應(yīng)該是構(gòu)成原子的所有基本粒子磁矩的疊加。但是實(shí)際上原子核磁矩要比電子磁矩小三個(gè)數(shù)量級(jí)，在一般

4、情況下可以忽略不計(jì)。因此，原子磁矩主要來源于原子核外電子的自旋磁矩與軌道磁矩。 如果原子中所有起作用的磁矩全部抵消，則原子的固有磁矩為零。但在外磁場(chǎng)作用下仍具有感生磁矩，并產(chǎn)生抗磁性。 如果如果原子中所有起作用的磁沒有完全抵消，則原子的固有磁矩不為零，那么原子就具有磁偶極子的性質(zhì)。 原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)便構(gòu)成了物質(zhì)的載磁子。盡管宏觀物質(zhì)的磁性是多種多樣的，但這些磁性都來源于這種載磁子。這是物質(zhì)磁性來源的同一性。材料的磁性材料的磁性 當(dāng)A大于零時(shí)，交換作用使得相鄰原子磁矩平行排列，產(chǎn)生鐵磁性（ferromagnetism）。當(dāng)A小于零時(shí)，交換作用使得相鄰原子磁矩反平行排列，產(chǎn)生反鐵磁性（Antife

5、rromagnetism）。當(dāng)原子間距離足夠大時(shí)，A值很小時(shí)，交換作用已不足于克服熱運(yùn)動(dòng)的干擾，使得原子磁矩隨機(jī)取向排列，于是產(chǎn)生順磁性（Paramagnetism）鐵氧體磁性材料具有亞鐵磁性（Ferrimagnetism）, 其中金屬離子 具有幾種不同的亞點(diǎn)陣晶格，因相鄰的亞點(diǎn)陣晶格相距太遠(yuǎn)，因此在其格點(diǎn)的金屬離子之間不能直接發(fā)生交換作用，但可以通過位于它們之間的氧原子間接發(fā)生交換作用，或稱超交換作用（Superexchange）。材料的磁性材料的磁性磁性物質(zhì)的分類示意圖第二節(jié)第二節(jié) 材料的抗磁材料的抗磁性和順磁性理論性和順磁性理論材料的抗磁性材料的抗磁性和順磁性理論和順磁性理論2 2、材料

6、的順磁性理論、材料的順磁性理論 材料的抗磁性材料的抗磁性和順磁性理論和順磁性理論 1 1、材料的抗磁性理論、材料的抗磁性理論 3 3、晶體場(chǎng)理論與軌道角動(dòng)量淬滅、晶體場(chǎng)理論與軌道角動(dòng)量淬滅 1、材料的抗磁性理論材料的抗磁性來源：外加磁場(chǎng)所感生的軌道矩改變材料的抗磁性來源：外加磁場(chǎng)所感生的軌道矩改變拉莫（拉莫（Larmor）定理：）定理：L在磁場(chǎng)中電子繞中心核的運(yùn)動(dòng)，除了其原有運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)在磁場(chǎng)中電子繞中心核的運(yùn)動(dòng)，除了其原有運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)以恒定的角速度以恒定的角速度 （稱為（稱為“拉莫頻率拉莫頻率”）繞磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)，）繞磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)，且且002HmeeL附加的磁化強(qiáng)度附加的磁化強(qiáng)度M材料的抗磁性

7、材料的抗磁性d則抗磁性材料的磁化率則抗磁性材料的磁化率結(jié)論（抗磁性半經(jīng)典理論）：結(jié)論（抗磁性半經(jīng)典理論）：抗磁性材料的磁化率抗磁性材料的磁化率 隨隨原子中電子數(shù)原子中電子數(shù)Z的增大而增大，的增大而增大， 還與還與 成正比，成正比， 始終為負(fù)值。始終為負(fù)值。dddZiir12由量子理論可得到相同的表達(dá)式由量子理論可得到相同的表達(dá)式d2、材料的順磁性理論材料順磁材料順磁性的來源性的來源（1） 組成原子的電子的固有自旋組成原子的電子的固有自旋（2） 電子繞核旋轉(zhuǎn)的軌道角動(dòng)量電子繞核旋轉(zhuǎn)的軌道角動(dòng)量1、順磁性居里（、順磁性居里（Curie）定律：）定律：材料的順磁性材料的順磁性式中式中 為順磁性磁化率

8、，為順磁性磁化率，C C為為CurieCurie常數(shù)，常數(shù)，T T為絕對(duì)溫度?？梢婍槾判源呕手慌c溫為絕對(duì)溫度。可見順磁性磁化率只與溫度有關(guān)，而與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。度有關(guān)，而與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。pTcp2、朗之萬(wàn)（、朗之萬(wàn)（Langevin）自由磁矩順磁性理）自由磁矩順磁性理論：論： 材料的順磁性材料的順磁性原子磁偶極矩之間無(wú)相互作用，為自由磁偶極矩，熱平衡下為無(wú)規(guī)則分布，外加磁場(chǎng)后，原子磁偶極矩的角度分布發(fā)生變化，沿著接近外磁場(chǎng)方向做擇優(yōu)分布，從而引起順磁磁化強(qiáng)度設(shè)第i個(gè)原子的磁偶極矩 與外加磁場(chǎng)H成 的角度在外磁場(chǎng)中的磁位能 為：jiiijiHcos若在單位體積內(nèi)有N個(gè)原子，受磁場(chǎng)作用有角度 在0范圍連續(xù)

9、變化，并遵守波爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布，則系統(tǒng)狀態(tài)配分函數(shù)Z（H）為：i材料的順磁性材料的順磁性NiikTHdedHZijsin)(0cos20NjjkTHshHkT)(4則磁化強(qiáng)度M為)(0LNMj式中 為L(zhǎng)angevin函數(shù))1()(chL高溫情況下 1，所以有：材料的順磁性材料的順磁性從而從而可得順磁性磁化率可得順磁性磁化率p材料的順磁性材料的順磁性在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下式中式中 為飽和磁化強(qiáng)度。可見在低溫下磁場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，為飽和磁化強(qiáng)度?？梢娫诘蜏叵麓艌?chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，原子磁偶極矩可趨于與磁場(chǎng)方向一致。原子磁偶極矩可趨于與磁場(chǎng)方向一致。0M材料的順磁性材料的順磁性)(kTHj弱磁場(chǎng)或高溫情形弱磁場(chǎng)

10、或高溫情形 下的順磁性磁化率下的順磁性磁化率:采用量子計(jì)算采用量子計(jì)算材料的順磁性材料的順磁性則得出磁化率則得出磁化率dppHM此式為朗之萬(wàn)此式為朗之萬(wàn)德拜（德拜（Langevin-Debye）公式）公式材料的順磁性材料的順磁性p原子固有磁矩在磁場(chǎng)中取向?qū)е碌捻槾判源呕试庸逃写啪卦诖艌?chǎng)中取向?qū)е碌捻槾判源呕蔾TEnzopnenMnkTZN)0(20結(jié)論：結(jié)論： 只與溫度有關(guān)，而與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。這與經(jīng)典理結(jié)果一致。只與溫度有關(guān)，而與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。這與經(jīng)典理結(jié)果一致。p第三節(jié) 材料的鐵磁性理論鐵磁材料的分子場(chǎng)理論鐵磁材料的分子場(chǎng)理論材料的反鐵磁性和亞鐵磁性理論材料的反鐵磁性和亞鐵磁性理論鐵磁材料的相

11、互作用能鐵磁材料的相互作用能磁疇的形成及其穩(wěn)定狀態(tài)磁疇的形成及其穩(wěn)定狀態(tài)材料的鐵磁性材料的鐵磁性鐵磁性材料的磁化率和磁導(dǎo)率很大，其磁化強(qiáng)鐵磁性材料的磁化率和磁導(dǎo)率很大，其磁化強(qiáng)度度M和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間不是單值之間不是單值函數(shù)關(guān)系，而是磁滯現(xiàn)象，如下圖所示：函數(shù)關(guān)系，而是磁滯現(xiàn)象，如下圖所示： 鐵磁性材料的磁滯回線鐵磁性材料的磁滯回線1、鐵磁材料的分子場(chǎng)理論材料的鐵磁性材料的鐵磁性1907年，外斯（年，外斯（Wciss）提出了分子場(chǎng)理論?？梢远ㄐ缘模┨岢隽朔肿訄?chǎng)理論?？梢远ㄐ缘慕忉岃F磁材料的自發(fā)磁化現(xiàn)象。解釋鐵磁材料的自發(fā)磁化現(xiàn)象。兩個(gè)假說兩個(gè)假說1、分子場(chǎng)假說

12、：鐵磁材料在一定溫度范圍、分子場(chǎng)假說：鐵磁材料在一定溫度范圍 內(nèi)存在與外加磁場(chǎng)無(wú)關(guān)的自發(fā)磁化內(nèi)存在與外加磁場(chǎng)無(wú)關(guān)的自發(fā)磁化2、磁疇假說：自發(fā)磁化是按區(qū)域分布的，各、磁疇假說：自發(fā)磁化是按區(qū)域分布的，各 個(gè)自發(fā)磁化區(qū)域?yàn)榇女?，在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)都是自個(gè)自發(fā)磁化區(qū)域?yàn)榇女牐跓o(wú)外磁場(chǎng)時(shí)都是自發(fā)磁化到飽和，但各磁疇自發(fā)磁化的方向有一發(fā)磁化到飽和，但各磁疇自發(fā)磁化的方向有一定分布，使宏觀磁體的總磁矩等于零定分布，使宏觀磁體的總磁矩等于零材料的鐵磁性材料的鐵磁性Heisenberg將氫分子交換作用模型推廣到將氫分子交換作用模型推廣到N個(gè)原子組成的系個(gè)原子組成的系統(tǒng)，經(jīng)過計(jì)算可得居里溫度統(tǒng)，經(jīng)過計(jì)算可得居里溫度

13、 與交換積分與交換積分A的關(guān)系式為：的關(guān)系式為：cT) 1(32SSkZATc結(jié)論：鐵磁性材料的居里溫度正比于交換積分結(jié)論：鐵磁性材料的居里溫度正比于交換積分A，居里溫度的本質(zhì)，居里溫度的本質(zhì)是鐵磁材料內(nèi)靜電交換作用強(qiáng)弱的宏觀表現(xiàn)。交換作用越強(qiáng)，居是鐵磁材料內(nèi)靜電交換作用強(qiáng)弱的宏觀表現(xiàn)。交換作用越強(qiáng)，居里溫度就越高。里溫度就越高。材料的鐵磁性材料的鐵磁性2、材料的反鐵磁性和亞鐵磁性材料的鐵磁性材料的鐵磁性由于反鐵磁性和亞鐵磁性材料的內(nèi)部，是由磁性離子和非由于反鐵磁性和亞鐵磁性材料的內(nèi)部，是由磁性離子和非磁性離子相互間隔而組成的化合物，需要采用超交換作用磁性離子相互間隔而組成的化合物，需要采用超

14、交換作用模型來解釋。模型來解釋。OMn以為以為 例說明超交換作用的原理例說明超交換作用的原理材料的鐵磁性材料的鐵磁性由超交換作用原理和洪特規(guī)則可知：由超交換作用原理和洪特規(guī)則可知： 當(dāng)當(dāng)n 5時(shí)，交換積分為負(fù)就導(dǎo)致反鐵磁性，為正就時(shí)，交換積分為負(fù)就導(dǎo)致反鐵磁性，為正就導(dǎo)致鐵磁性導(dǎo)致鐵磁性 當(dāng)當(dāng)n5時(shí)，交換積分為負(fù)就導(dǎo)致鐵磁性，為正就導(dǎo)時(shí)，交換積分為負(fù)就導(dǎo)致鐵磁性，為正就導(dǎo)致反鐵磁性致反鐵磁性材料的鐵磁性材料的鐵磁性3、磁鐵材料的相互作用能鐵磁材料的五種相互作用能： 交換能 磁晶各向異性能 磁彈性能 退磁場(chǎng)能 外磁場(chǎng)能exFkF材料的鐵磁性材料的鐵磁性FdFHF總自由能或總能量總自由能或總能量F

15、為：為：HdkexFFFFFF4、磁疇的形成及其穩(wěn)定狀態(tài)材料的鐵磁性材料的鐵磁性 根據(jù)熱力學(xué)定律，穩(wěn)定的磁狀態(tài)一定是對(duì)應(yīng)于鐵磁材根據(jù)熱力學(xué)定律，穩(wěn)定的磁狀態(tài)一定是對(duì)應(yīng)于鐵磁材料內(nèi)總自由能為極小值的狀態(tài)。磁疇的形成和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)料內(nèi)總自由能為極小值的狀態(tài)。磁疇的形成和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)也是對(duì)應(yīng)于滿足總自由能為極小值的條件。狀態(tài)也是對(duì)應(yīng)于滿足總自由能為極小值的條件。dE退磁場(chǎng)能退磁場(chǎng)能 為為20sdME結(jié)論：退磁場(chǎng)能是形成磁疇的原因。結(jié)論：退磁場(chǎng)能是形成磁疇的原因。 經(jīng)過計(jì)算可知，分成磁疇后比分成磁疇前能量縮小經(jīng)過計(jì)算可知，分成磁疇后比分成磁疇前能量縮小的比值約為的比值約為1/3200。故鐵磁材料自發(fā)磁

16、化后必然分成小。故鐵磁材料自發(fā)磁化后必然分成小區(qū)域的磁疇，使總能量最低，從而滿足能量最低原理。區(qū)域的磁疇，使總能量最低，從而滿足能量最低原理。材料的鐵磁性材料的鐵磁性exE由于相鄰原子電子自旋的交換能由于相鄰原子電子自旋的交換能則交換能增量的表達(dá)式：則交換能增量的表達(dá)式：則單位體積的交換能為：則單位體積的交換能為：材料的鐵磁性材料的鐵磁性第四節(jié) 材料的磁性指標(biāo)1、材料的磁導(dǎo)率和磁能積、材料的磁導(dǎo)率和磁能積2、材料的磁損耗和品質(zhì)因子、材料的磁損耗和品質(zhì)因子3、材料的磁性頻譜、材料的磁性頻譜4、材料磁性能的穩(wěn)定性、材料磁性能的穩(wěn)定性5、鐵氧體磁性材料、鐵氧體磁性材料1、材料的磁導(dǎo)率和磁能積材料的磁

17、性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo)由于磁性材料往往在不同磁場(chǎng)程度下工作，可定義多種磁導(dǎo)率：由于磁性材料往往在不同磁場(chǎng)程度下工作，可定義多種磁導(dǎo)率：max（1）起始磁導(dǎo)率）起始磁導(dǎo)率（2）最大磁導(dǎo)率）最大磁導(dǎo)率（3）振幅磁導(dǎo)率）振幅磁導(dǎo)率（4）增量磁導(dǎo)率）增量磁導(dǎo)率（5）可逆磁導(dǎo)率）可逆磁導(dǎo)率irev2、材料的磁損耗與品質(zhì)因子材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo)材料在交變磁場(chǎng)作用下被反復(fù)磁化形成的磁滯回線稱材料在交變磁場(chǎng)作用下被反復(fù)磁化形成的磁滯回線稱為動(dòng)態(tài)磁滯回線。由于交變磁場(chǎng)的快速變化，使材料為動(dòng)態(tài)磁滯回線。由于交變磁場(chǎng)的快速變化，使材料的磁化狀態(tài)的改變往往在時(shí)間上落后于交變磁場(chǎng)的變的磁化狀態(tài)的改變往往在時(shí)間上落

18、后于交變磁場(chǎng)的變化，即具有磁化時(shí)間效應(yīng)?；?，即具有磁化時(shí)間效應(yīng)。復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率 的表達(dá)式為：的表達(dá)式為：)sin(cosiim 可見，磁性材料在動(dòng)態(tài)磁化過程中，既有磁能的儲(chǔ)存（含可見，磁性材料在動(dòng)態(tài)磁化過程中，既有磁能的儲(chǔ)存（含 的部分），又有磁能的損耗（含的部分），又有磁能的損耗（含 的部分）的部分） 材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo) 對(duì)于永磁性材料，希望其在外加磁場(chǎng)去除后對(duì)于永磁性材料，希望其在外加磁場(chǎng)去除后仍能長(zhǎng)久的保持較強(qiáng)的磁性，其主要指標(biāo)為：仍能長(zhǎng)久的保持較強(qiáng)的磁性，其主要指標(biāo)為：rB2、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度max)(BH3、最大磁能積、最大磁能積1、矯頑力、矯頑力cH說

19、明：說明：這三個(gè)指標(biāo)越大越好，并要求材料對(duì)溫度、震這三個(gè)指標(biāo)越大越好，并要求材料對(duì)溫度、震動(dòng)、時(shí)間、輻射及其它干擾因素的穩(wěn)定性越高越好。動(dòng)、時(shí)間、輻射及其它干擾因素的穩(wěn)定性越高越好。材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo) 虛部虛部 又稱粘滯性磁導(dǎo)率，與磁能損耗成正比，又稱粘滯性磁導(dǎo)率，與磁能損耗成正比，B落后落后H的相位的相位 稱為損耗角。能量的儲(chǔ)存與能量的損稱為損耗角。能量的儲(chǔ)存與能量的損耗之比稱為耗之比稱為品質(zhì)因子品質(zhì)因子Qtan1 Q 在工程技術(shù)上，對(duì)于矯頑力在工程技術(shù)上，對(duì)于矯頑力 很小的軟磁材料，很小的軟磁材料，總希望總希望Q值和值和 值都越高越好，并常用值都越高越好，并常用 Q來表示來表示軟

20、磁材料的技術(shù)指標(biāo)。軟磁材料的技術(shù)指標(biāo)。cH3、材料的磁性頻譜材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo) 材料的磁性頻譜一般指在弱交變磁場(chǎng)中復(fù)數(shù)磁導(dǎo)材料的磁性頻譜一般指在弱交變磁場(chǎng)中復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率率 中中 的的 和隨頻率和隨頻率f變化的關(guān)系。變化的關(guān)系。 i材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo)上圖可具體分為以下五個(gè)區(qū)域：上圖可具體分為以下五個(gè)區(qū)域： （2） 中頻區(qū)域：中頻區(qū)域： 特點(diǎn)與低頻類似，但有時(shí)特點(diǎn)與低頻類似，但有時(shí) 會(huì)出現(xiàn)峰值會(huì)出現(xiàn)峰值（3） 高頻區(qū)域：高頻區(qū)域： 特點(diǎn)是特點(diǎn)是 急速下降，急速下降， 急急速增加速增加（4） 超高頻區(qū)域：超高頻區(qū)域： 特點(diǎn)為特點(diǎn)為 繼續(xù)下降，繼續(xù)下降， 1 可能出現(xiàn)負(fù)值，而出現(xiàn)自然

21、共振引起的峰值可能出現(xiàn)負(fù)值，而出現(xiàn)自然共振引起的峰值（5） 極高頻區(qū)域：極高頻區(qū)域： 特點(diǎn)是對(duì)應(yīng)為自然交換共振特點(diǎn)是對(duì)應(yīng)為自然交換共振區(qū)域區(qū)域（1） 低頻區(qū)域：特點(diǎn)是低頻區(qū)域：特點(diǎn)是 較高、較高、 較低兩者較低兩者隨頻率隨頻率f的變化小。的變化小。4、材料磁性能的穩(wěn)定性材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo)1Ks 隨著高可靠工程技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料的磁性能隨著高可靠工程技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料的磁性能的穩(wěn)定性的要求也在提高。包括磁性能隨溫度的變的穩(wěn)定性的要求也在提高。包括磁性能隨溫度的變化小，隨時(shí)間的老化小以及隨濕度、外力、電磁輻化小，隨時(shí)間的老化小以及隨濕度、外力、電磁輻射等影響小。射等影響小。 提高溫度穩(wěn)定

22、性的首要方法是在適當(dāng)?shù)臏囟确短岣邷囟确€(wěn)定性的首要方法是在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，使圍內(nèi)，使 趨于零，和趨于零，和 趨于零。磁性材料研趨于零。磁性材料研磨加工會(huì)導(dǎo)致表層內(nèi)應(yīng)力增大，導(dǎo)致磁導(dǎo)率的溫度磨加工會(huì)導(dǎo)致表層內(nèi)應(yīng)力增大，導(dǎo)致磁導(dǎo)率的溫度系數(shù)劇增，可采用退火、腐蝕等措施消除這種內(nèi)應(yīng)系數(shù)劇增，可采用退火、腐蝕等措施消除這種內(nèi)應(yīng)力，從而減小其對(duì)穩(wěn)定性的影響。力，從而減小其對(duì)穩(wěn)定性的影響。5、鐵氧體磁性材料材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo)鐵氧體：含鐵酸鹽的陶瓷磁性材料鐵氧體：含鐵酸鹽的陶瓷磁性材料鐵氧體的磁鐵氧體的磁性與鐵磁性性與鐵磁性1）相同點(diǎn)：都具有自發(fā)磁化和磁疇）相同點(diǎn)：都具有自發(fā)磁化和磁疇2）不同點(diǎn)）

23、不同點(diǎn): 鐵氧體一般都是多種金屬鐵氧體一般都是多種金屬的氧化物復(fù)合而成，磁性來自兩種不的氧化物復(fù)合而成，磁性來自兩種不同的磁矩同的磁矩材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo)鐵氧體按結(jié)構(gòu)分類：鐵氧體按結(jié)構(gòu)分類：尖晶石型石榴石型磁鉛石型鈣鈦礦型鈦鐵礦型鎢青銅型材料的磁性指標(biāo)材料的磁性指標(biāo)鐵氧體材料按磁鐵氧體材料按磁滯回線特征分類滯回線特征分類1、軟磁材料、軟磁材料2、 硬磁（永磁）材料硬磁（永磁）材料3、矩磁材料、矩磁材料軟磁材料特點(diǎn)：軟磁材料特點(diǎn)：矯頑力小、磁導(dǎo)率高、磁損耗低、飽和磁感矯頑力小、磁導(dǎo)率高、磁損耗低、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大、電阻率高、截止頻率高。應(yīng)強(qiáng)度大、電阻率高、截止頻率高。硬磁材料特點(diǎn)硬磁材料

24、特點(diǎn): 剩磁大、矯頑力大、最大磁能積大。剩磁大、矯頑力大、最大磁能積大。矩磁材料特點(diǎn)：矩磁材料特點(diǎn)：磁滯回線近似為矩形，矩形度的剩磁比大、磁滯回線近似為矩形，矩形度的剩磁比大、矯頑力小、磁損耗小、開關(guān)系數(shù)小。矯頑力小、磁損耗小、開關(guān)系數(shù)小。稀土永磁材料稀土永磁材料稀土永磁材料主要內(nèi)容主要內(nèi)容NdFeB材料的研究材料的研究稀土永磁材料的應(yīng)用稀土永磁材料的應(yīng)用RFeB系的置換系的置換制備制備RFeB的新工藝的新工藝新一代磁體的探索新一代磁體的探索粘結(jié)磁體的崛起粘結(jié)磁體的崛起永磁材料的進(jìn)步對(duì)永磁器永磁材料的進(jìn)步對(duì)永磁器件的影響件的影響永磁材料應(yīng)用的分類永磁材料應(yīng)用的分類稀土永磁應(yīng)用的典型實(shí)例稀土永磁

25、應(yīng)用的典型實(shí)例NdFeB材料的研究材料的研究稀土永磁材料稀土永磁材料 1983年年NdFeB稀土材料問世。北京研究了稀土材料問世。北京研究了NdFeB的三元相圖，糾正了前蘇聯(lián)專家的一些原則性錯(cuò)誤。的三元相圖，糾正了前蘇聯(lián)專家的一些原則性錯(cuò)誤。 用單晶作試樣，研究熱退磁效應(yīng)和熱退磁后磁疇成核的隨機(jī)用單晶作試樣，研究熱退磁效應(yīng)和熱退磁后磁疇成核的隨機(jī)性。性。1、RFeB系的置換稀土永磁材料稀土永磁材料 為了改進(jìn)磁體的熱穩(wěn)定性、抗蝕行為了改進(jìn)磁體的熱穩(wěn)定性、抗蝕行或改進(jìn)磁性能，對(duì)或改進(jìn)磁性能，對(duì)RFeB進(jìn)行了全面進(jìn)行了全面的置換。的置換。R=Y，Nd，Pr，Gd，Dy，M包括第三周期的包括第三周期的

26、Al，Si，第四周期的，第四周期的Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Ca，Ge。至于類。至于類金屬硼，則可完全有金屬硼，則可完全有C置換。置換。 低溫度系數(shù)和零溫度系數(shù)的磁體，低溫度系數(shù)和零溫度系數(shù)的磁體，可以大幅提高這類磁體的矯頑力，從而可以大幅提高這類磁體的矯頑力，從而實(shí)現(xiàn)高性能磁體的廉價(jià)生產(chǎn)工藝磁體的實(shí)現(xiàn)高性能磁體的廉價(jià)生產(chǎn)工藝磁體的使用溫度可高達(dá)使用溫度可高達(dá)200攝氏度。攝氏度。2、制備RFeB的新工藝稀土永磁材料稀土永磁材料制備制備RFeB的的新工藝新工藝還原擴(kuò)散工藝還原擴(kuò)散工藝快淬工藝快淬工藝鑄造工藝鑄造工藝 快淬工藝為快淬工藝為GM公司開發(fā)的，特點(diǎn)是能提供粘結(jié)磁體所需公司開發(fā)的，特

27、點(diǎn)是能提供粘結(jié)磁體所需要的原料。北京要的原料。北京85年以來開發(fā)的快淬工藝，用真空快淬設(shè)備，年以來開發(fā)的快淬工藝，用真空快淬設(shè)備，以及快淬以及快淬NdFeB工藝和粘結(jié)工藝和粘結(jié)NdFeB磁體。實(shí)驗(yàn)表明：磁體。實(shí)驗(yàn)表明：快淬快淬NdFeB材料的性能與淬速密切相關(guān)，不同淬速下的材料的性能與淬速密切相關(guān)，不同淬速下的材料性能不同，最佳性能對(duì)應(yīng)的淬速范圍極窄。材料性能不同，最佳性能對(duì)應(yīng)的淬速范圍極窄。稀土永磁材料稀土永磁材料稀土永磁材料稀土永磁材料鑄造工藝：對(duì)鑄造工藝：對(duì)RFeB系鑄態(tài)合金作廣泛研系鑄態(tài)合金作廣泛研究后，發(fā)現(xiàn)某些成分的合金，只要適當(dāng)進(jìn)行熱究后，發(fā)現(xiàn)某些成分的合金，只要適當(dāng)進(jìn)行熱處理，就

28、能獲得高矯頑力，而且這些鑄態(tài)合金處理，就能獲得高矯頑力，而且這些鑄態(tài)合金在高溫下可發(fā)生塑性形變，從而產(chǎn)生織構(gòu)。高在高溫下可發(fā)生塑性形變，從而產(chǎn)生織構(gòu)。高矯頑力和產(chǎn)生各向異性的結(jié)合，形成一種新的矯頑力和產(chǎn)生各向異性的結(jié)合，形成一種新的高磁能積磁體。這種磁體制作工藝極為簡(jiǎn)單：高磁能積磁體。這種磁體制作工藝極為簡(jiǎn)單：鑄造鑄造/熱壓熱壓/退火。取消了磁粉裝薄片的制作，退火。取消了磁粉裝薄片的制作，而且磁體的氧含量極低。而且磁體的氧含量極低。4、粘結(jié)磁體的崛起稀土永磁材料稀土永磁材料3、新一代磁體的探索稀土永磁材料稀土永磁材料潛在的永磁材料潛在的永磁材料1、具有單軸各向異性結(jié)構(gòu)、具有單軸各向異性結(jié)構(gòu)2、

29、高的局里溫度、高的局里溫度3、高的各向異性場(chǎng)、高的各向異性場(chǎng)人們本著這三條原則探索新一代磁體人們本著這三條原則探索新一代磁體稀土永磁材料稀土永磁材料粘結(jié)工藝的優(yōu)點(diǎn)粘結(jié)工藝的優(yōu)點(diǎn)1、能加工各種復(fù)雜形狀的器件、能加工各種復(fù)雜形狀的器件2、成品尺寸準(zhǔn)確，壓制成形后無(wú)需再、成品尺寸準(zhǔn)確，壓制成形后無(wú)需再加工加工3、適宜自動(dòng)化，工業(yè)性大批量生產(chǎn)、適宜自動(dòng)化，工業(yè)性大批量生產(chǎn)粘結(jié)磁體的主要缺點(diǎn)：加入粘結(jié)劑而性能降低粘結(jié)磁體的主要缺點(diǎn)：加入粘結(jié)劑而性能降低稀土永磁材料的應(yīng)用稀土永磁材料稀土永磁材料 永磁材永磁材料性能的提料性能的提高，可使器高，可使器件尺寸變小，件尺寸變小，這是現(xiàn)代產(chǎn)這是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中的各種業(yè)中的各種永磁器件小永磁器件小型、微型輕型、微型輕量化稱為可量化稱為可能。能。稀土永磁材料稀土永磁材料 永磁材料應(yīng)用的分類方法有多種，其中最基本的是從永磁材料