第七讲稀土磁性材料.ppt

一 材料磁性能的基本知识 1.1 磁学基本量 磁场强度、磁感应强度和磁导率： 磁化强度和磁化率 磁场强度 H ：外加磁场的强度（A/m）； 磁感应强度 B ：通过磁场中某点、垂直于磁场方向单位面积的磁力线数（T，特斯拉），它与磁场强度成正比； 磁化强度 M ：单位体积内原子固有磁矩矢量和（A/m） 1.2 磁性的分类与宏观表现 按物质对磁场的反应进行磁性分类 磁性分类及特征 磁性宏观表征 ① 铁磁性物质 　　具有极高的磁化率，磁化易达到饱和的物质。 　　如Fe，Co， Ni， Gd等金属及其合金称为铁磁性物质。 1.3 铁磁性的的宏观表征 （1）磁化曲线 1）在微弱的磁场中，B 和 M 均随 H 的增大而缓慢上升。M 与 H 之间近似呈线性关系，并且磁化是可逆的； 2）随 H 继续增大，B 和M 急剧升高，磁导率μ增大的非常快，并且出现极大值μm ； （2）磁滞回线 1.4 磁性材料中磁畴的结构 磁畴：磁性材料内部的一个个小区域，小区域包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。 1.5 磁性材料的性能——软磁与硬磁 硬磁材料（永磁体） 特征：在无外磁场下保持高的磁化强度。 性能：高的Bs、 Br、Hs、 Hc。 应用：电表、电机、电话机、录音机、收音机、拾音器等。 材料： 马氏体时效钢 铸造铝镍、铝镍钴磁钢 氧化物铁氧体 稀土钴、钕铁硼 几种主要磁性材料的退磁曲线 1.6 磁性材料分类 （1）按化学组成分类 　　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、反铁磁性、亚铁磁性 （3） 按功能分类 　　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、 磁泡材料、磁光材料、磁记录材料 二 稀土磁性材料磁性的来源 2.1稀土元素的磁性来源 电子轨道磁距与自旋磁距； 同时与晶体成分、晶体结构、组织、晶粒、内应力有关等。 2.2 与d族过渡金属元素磁性的对比 a. 7个4f轨道、未成对电子可到7个，d族5个； La4f0，Lu4f14 b. 4f电子受5S25P6电子屏蔽，成键的元素之间的相互作用力较小，距离较远，主要是电子的间接交换作用，d族主要为直接交换作用; c. 某些稀土元素化合物的饱和磁化强度很 高，及很高的磁各项异性； 三 稀土磁性材料 3.1稀土永磁材料 3.2稀土磁光材料 3.3稀土磁泡材料 3.4稀土磁致冷材料 3.5稀土超磁致伸缩材料 3.1 稀土永磁材料 选择永磁合金基本特性主要考虑三个因素： a.要求尽可能高的饱和磁化强度Ms； b.要求合金有尽可能高的居里温度Tc； c.合金的磁硬化机制有利于得到高内禀矫顽力 概述 永磁体的定义：通常把磁化后撤去外磁场而能长期保持较强磁性的物质叫永磁体、硬磁体或简称为永磁。而可用于制造磁功能器件的强磁性材料称为磁性材料。包括、硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致伸缩材料、磁性薄膜、磁性微粉、磁性液体、磁致冷材料以及磁蓄冷材料等。 稀土永磁材料的特点及发展概况 特点： 稀土永磁材料一般具有高剩磁、高矫顽力、和高磁能级特征，它是一种不需要外部提供固定或不固定能量就能产生一定磁化能的功能材料。对永磁材料磁性能优劣的主要依据： a 磁化强度要高; b 磁晶各向异性要大; c居里温度要高。 发展 第一代稀土永磁合金是20世纪50年代发现的，1959年内斯毕特等人、1960年哈伯特等人先后发现GdCo5化合物具有很高的各向异性；直到1968年布休等人采用等静压方法获得了高磁能积的SmCo5永磁体，标志着第一代稀土永磁合金进入实用阶段。 1973年日本人小岛等人用粉末冶金法研制出Sm（Co，Cu，Fe，Zr）7.2永磁体，使之成为第二代稀土永磁材料。 1983年日本金子秀宣称，日本住友公司以传统制备SmCo5的工艺研制出了Nd－Fe稀土永磁材料，同年11月肯定了其组成为NdFeB，至此标志着第三代稀土永磁材料的诞生。 20世纪90年代开始，人们开始研发第四代稀土永磁材料，即RE-Fe-N化合物稀土永磁材料。 趋势 NdFeB前景非常广阔。因为NdFeB的潜在市场仍然看好，每台汽车上的永磁马达将从1995年的20个增加到2005年的31个，预计到2005年，汽车中使用的粘结磁体将达到12000吨/年，年增长率达到64%。随着电脑生产的快速增长，所用NdFeB的数量也是很大的，另一个潜在市场是下一世界MRI的普及使用，这些应用都将维持NdFeB生产的快速增长。 展望21世