1、第三章第三章 永磁材料永磁材料定義：定義：被外加磁場磁化以后，除去外磁場，仍能保留被外加磁場磁化以后，除去外磁場，仍能保留較強磁性的一類材料。較強磁性的一類材料。*基本要求：基本要求：（1）Br要高；（要高；（2）Hc要高要高；（3）(BH)max要高；要高；（4）材料穩定性要高。）材料穩定性要高。*種類：種類：（1）金屬永磁材料：）金屬永磁材料：Al-Ni-Co系和系和Fe-Cr-Co系永磁合金系永磁合金；（2）鐵氧體永磁材料：以）鐵氧體永磁材料：以Fe2O3為主要組元的復合氧化物強磁為主要組元的復合氧化物強磁材料；特點：電阻率高，適合高頻和微波領域應用；材料；特點：電阻率高，適合高頻和微波

2、領域應用；（3）稀土永磁材料：以稀土族元素和鐵族元素為主要成分的合）稀土永磁材料：以稀土族元素和鐵族元素為主要成分的合金間化合物，包括金間化合物，包括SmCo5系、系、Sm2Co17系以及系以及Nd-Fe-B系。系。特點：磁能積高，應用領域廣泛。特點：磁能積高，應用領域廣泛。*發展史：發展史：1880年左右：碳鋼，緊接著又發現鎢鋼、鈷鋼等金屬永磁材料；年左右：碳鋼，緊接著又發現鎢鋼、鈷鋼等金屬永磁材料；1931年以來：年以來：Al-Ni-Fe系磁鋼系磁鋼(MK鋼鋼)和和Al-Ni-Co系磁鋼，后者占系磁鋼，后者占 據主導地位一直到據主導地位一直到60年代；年代；20世紀世紀30年代：鐵氧體永磁

3、材料，材料便宜，工藝簡單，磁性能年代：鐵氧體永磁材料，材料便宜，工藝簡單，磁性能 居中；同時居中；同時Fe-Cr-Co永磁合金問世，改善了永磁合金問世，改善了Al-Ni- Co機械性能差的缺點；機械性能差的缺點；20世紀世紀60年代：年代：Sm-Co系稀土永磁材料；系稀土永磁材料；20世紀世紀80年代：年代：Nd-Fe-B系稀土永磁材料；系稀土永磁材料；(BH)max460KJ/m3，稱為稱為“磁王磁王”；近年來：納米雙相永磁材料，近年來：納米雙相永磁材料，RE(稀土元素稀土元素)-Fe-N系永磁體。系永磁體。3.1 衡量永磁材料的重要指標衡量永磁材料的重要指標1、剩磁、剩磁Br*如果撤去外加

4、磁場，在磁鐵兩個磁極之間的空隙中便如果撤去外加磁場，在磁鐵兩個磁極之間的空隙中便產生恒定磁場（氣隙磁場），對外界提供有用的磁能。產生恒定磁場（氣隙磁場），對外界提供有用的磁能。*撤去外加磁場后，在退磁場作用下，永磁體將工作在撤去外加磁場后，在退磁場作用下，永磁體將工作在磁滯回線的第二象限。所以永磁材料性能的好壞，應該磁滯回線的第二象限。所以永磁材料性能的好壞，應該用退磁曲線上的有關物理量來表征。剩磁用退磁曲線上的有關物理量來表征。剩磁Br，矯頑力矯頑力HC，最大磁能積最大磁能積(BH)max等。等。*永磁體由于磁路中存在空隙，因此處于開路應用狀態。永磁體由于磁路中存在空隙，因此處于開路應用狀態

5、。此時工作點在退磁場作用下由此時工作點在退磁場作用下由Br點移到點移到D點，所以剩磁點，所以剩磁應該等于應該等于Bd （表觀剩磁）。表觀剩磁）。*工作點工作點D和坐標原點和坐標原點O的連線的連線OP稱為開路磁導線，稱為開路磁導線，OP的斜率稱為磁導系數。的斜率稱為磁導系數。NHBPdd1102、矯頑力、矯頑力HC*兩種定義：兩種定義：CBHCMH)(0HMB*第二象限中，第二象限中，H0，所以所以B-H退磁退磁曲線將位于曲線將位于 0M-H退磁曲線下方退磁曲線下方CBCMHH *當當B=0時，時，rCBMMHrCB0BH * 的最高值不可能超過材料的剩磁值。的最高值不可能超過材料的剩磁值。CB

6、H3、最大磁能積、最大磁能積(BH)max*若永磁體的尺寸比取若永磁體的尺寸比取(BH)max的形狀，則能保證永磁體的形狀，則能保證永磁體單位體積的磁場能為最大。單位體積的磁場能為最大。注：不同形狀對應退磁場不同，磁能積不同。注：不同形狀對應退磁場不同，磁能積不同。*可根據可根據(BH)max確定各種永磁體的最佳形狀。確定各種永磁體的最佳形狀。(BH)max越越高的永磁體，產生同樣的磁場所需的體積越小；在相同高的永磁體，產生同樣的磁場所需的體積越小；在相同體積下，體積下，(BH)max越高的永磁體獲得的磁場越強。越高的永磁體獲得的磁場越強。注：注：(BH)max是評價永磁體強度的最主要指標。是

7、評價永磁體強度的最主要指標。稀土永磁體稀土永磁體(BH)max450KJ/m3；普通磁鋼；普通磁鋼(BH)max8KJ/m3*在矩形磁滯回線中，理論值：在矩形磁滯回線中，理論值：*上式成立的條件：上式成立的條件：（1）剩余磁化強度）剩余磁化強度Mr=MS（2）內稟矯頑力）內稟矯頑力2/CMSMH 4)()(20maxSMBH4、穩定性、穩定性*受到溫度、外磁場、沖擊、振動等外界因素影響時，受到溫度、外磁場、沖擊、振動等外界因素影響時，有關磁性能在長時間使用過程中保持不變的能力。有關磁性能在長時間使用過程中保持不變的能力。*變化率：變化率：%100ZZCdrHBBZ或,3.2 提高永磁體性能的途

8、徑提高永磁體性能的途徑*(BH)max是表征永磁體性能的最主要指標。為使是表征永磁體性能的最主要指標。為使其其盡可能盡可能大大，要求要求Br和和HC要高。要高。3.2.1 如何提高材料的剩磁如何提高材料的剩磁Br*要求要求MS高，高，同時同時矩形比矩形比BrBS應接近于應接近于1。提高提高BrBS的基本途徑：的基本途徑：1、定向結晶、定向結晶控制鑄件的冷卻條件控制鑄件的冷卻條件不同的晶粒結構不同的晶粒結構*快冷時沿熱流相反的方向會生長出柱狀晶，柱狀晶晶粒長大方向快冷時沿熱流相反的方向會生長出柱狀晶，柱狀晶晶粒長大方向往往就是它的易磁化方向。往往就是它的易磁化方向。2、塑性變形、塑性變形*多晶體

9、材料多晶體材料拔絲、軋扳、擠壓、壓縮等塑性變形拔絲、軋扳、擠壓、壓縮等塑性變形晶粒轉動晶粒轉動晶粒的晶體晶粒的晶體學方位會發生一定程度的定向排列，即擇優學方位會發生一定程度的定向排列，即擇優取向、織構等取向、織構等可誘導磁各向異性可誘導磁各向異性3、磁場成型、磁場成型*加工成型時，施加外磁場，使易磁化軸沿磁場方向取向，加工成型時，施加外磁場，使易磁化軸沿磁場方向取向，經高溫燒結及回火以后，可得較高的經高溫燒結及回火以后，可得較高的Br。4、磁場處理、磁場處理*外部磁場中熱處理，可控制磁性顆粒的析出形態，沿外外部磁場中熱處理，可控制磁性顆粒的析出形態，沿外場方向呈細長狀生長，場方向呈細長狀生長，

10、使磁矩沿磁場方向擇優取向。使磁矩沿磁場方向擇優取向。3.2.2 如何提高如何提高HC*形成形成HC的原因：的原因：疇壁的不可逆移動和不可逆疇轉疇壁的不可逆移動和不可逆疇轉*決定決定HC大小大小的因素的因素：各種因素：各種因素(磁各向異性、摻雜、晶界磁各向異性、摻雜、晶界等等)對上述行為的阻滯作用的大小。對上述行為的阻滯作用的大小。*某些永磁材料：某些永磁材料：鐵磁性微細顆粒鐵磁性微細顆粒(單疇單疇)非磁性或弱磁性基體非磁性或弱磁性基體1、磁疇的不可逆轉動、磁疇的不可逆轉動*磁晶各向異性：磁晶各向異性：磁晶各向異性形狀各向異性應力各向異性磁晶各向異性形狀各向異性應力各向異性N 和和N 分別為分別

11、為沿短軸和長軸所對應的退磁因子沿短軸和長軸所對應的退磁因子a，b，c是是和晶體結構顆粒取向分布有關的系數。和晶體結構顆粒取向分布有關的系數。*若材料若材料MS較高，較高，最好通過第二項來提高最好通過第二項來提高HC 方法：增加顆粒細長比方法：增加顆粒細長比 （N N ）增加）增加*若若K1， S高，應主要考慮第高，應主要考慮第1、3項項 當顆粒取向完全一致時，當顆粒取向完全一致時，a=2，c=1 當顆粒取向完全混亂時當顆粒取向完全混亂時，a=0.64(立方晶體立方晶體)，a=0.96(單軸單軸 晶體晶體)，c=0.48 所以顆粒易磁化方向完全平行排列時，永磁性好所以顆粒易磁化方向完全平行排列時

12、，永磁性好2、疇壁的不可逆位移、疇壁的不可逆位移*永磁材料的反磁化過程如果由疇壁的永磁材料的反磁化過程如果由疇壁的不不可逆位移所控制，可逆位移所控制，有兩種情況：有兩種情況：（1）反）反磁化時材料內部存在著磁化在反方向的磁疇磁化時材料內部存在著磁化在反方向的磁疇晶體缺陷、雜質、晶界等的存在，在這些區域由于內應力晶體缺陷、雜質、晶界等的存在，在這些區域由于內應力或內退磁場的作用。磁化矢量很難改變方向。當晶體磁化或內退磁場的作用。磁化矢量很難改變方向。當晶體磁化到飽和時，這些區域的磁化仍沿著相反的方向。到飽和時，這些區域的磁化仍沿著相反的方向。在反磁化時，它們構成反磁化核，在反磁場作用下長大成在反

13、磁化時，它們構成反磁化核，在反磁場作用下長大成反磁化疇，為疇壁位移做了準備。反磁化疇，為疇壁位移做了準備。反向磁場必須大于大多數疇壁出現不可逆位移的臨界磁場，反向磁場必須大于大多數疇壁出現不可逆位移的臨界磁場，而臨界磁場的大小則依賴于各種因素對疇壁移動的阻滯。而臨界磁場的大小則依賴于各種因素對疇壁移動的阻滯。方法：增加對疇壁不可逆位移產生阻滯的因素方法：增加對疇壁不可逆位移產生阻滯的因素提高臨界提高臨界磁場磁場（2）反）反磁化開始時材料內不存在反磁化核磁化開始時材料內不存在反磁化核方法：可通過阻止反磁化核的出現提高方法：可通過阻止反磁化核的出現提高HC傳統磁性材料：適當增大非磁性摻雜含量并控制

14、其形狀傳統磁性材料：適當增大非磁性摻雜含量并控制其形狀(最最好是片狀摻雜好是片狀摻雜)和彌散度和彌散度(使摻雜尺寸和疇壁寬度相近使摻雜尺寸和疇壁寬度相近)；選；選擇高磁晶各向異性的材料；增加材料中內應力的起伏；選擇高磁晶各向異性的材料；增加材料中內應力的起伏；選擇擇 S大的材料。大的材料。新發展的永磁合金如新發展的永磁合金如Nd-Fe-B，強烈的疇壁釘扎效應可提高強烈的疇壁釘扎效應可提高HC晶體中各種點缺陷、位錯、晶界、堆垛層錯、相界等都是晶體中各種點缺陷、位錯、晶界、堆垛層錯、相界等都是疇壁釘扎點的重要來源。反向磁場必須超過釘扎場，疇壁疇壁釘扎點的重要來源。反向磁場必須超過釘扎場，疇壁才移動

15、。釘扎中心才移動。釘扎中心HC3.3 金屬永磁材料金屬永磁材料特點：特點：HC高高根據形成高根據形成高HC的機理，可將金屬永磁材料分為：的機理，可將金屬永磁材料分為：一、淬火硬化型磁鋼一、淬火硬化型磁鋼碳鋼、鎢鋼、鉻鋼、鈷鋼和鋁鋼等。碳鋼、鎢鋼、鉻鋼、鈷鋼和鋁鋼等。*通過高溫淬火手段，把已經加工過的零件中的原始奧氏體通過高溫淬火手段，把已經加工過的零件中的原始奧氏體組織轉變為馬氏體組織來獲得高組織轉變為馬氏體組織來獲得高HC。缺點：矯頑力和磁能積比較低，這類永磁體己很少使用。缺點：矯頑力和磁能積比較低，這類永磁體己很少使用。二、析出硬化型磁鋼二、析出硬化型磁鋼三類：三類：Fe-Cu系合金；系合

16、金；Fe-Co系合金；系合金；AlNiCo系合金系合金*后者為金屬永磁材料中最主要，應用最廣泛的一類后者為金屬永磁材料中最主要，應用最廣泛的一類*AlNiCo磁鋼：主要成分為磁鋼：主要成分為Fe、Ni、Al，再加入，再加入Co、Cu或或Mo、Ti等適當熱處理等適當熱處理各向同性的永磁合金，經磁場各向同性的永磁合金，經磁場熱處理或定向結晶處理熱處理或定向結晶處理各向異性永磁合金各向異性永磁合金*高高HC的機理：的機理：鐵磁性析出粒子的形狀各向異性鐵磁性析出粒子的形狀各向異性，*spinodal分解相變過程分解相變過程*后者為非磁性相，前者為鐵磁性相，以單疇微粒子的形后者為非磁性相，前者為鐵磁性相

17、，以單疇微粒子的形式析出，產生形狀各向異性高式析出，產生形狀各向異性高HC*AlNiCo合金硬度高，很難加工，通常采用鑄造方式加工，合金硬度高，很難加工，通常采用鑄造方式加工，熔化采用高頻感應爐。熔化采用高頻感應爐。三、時效硬化型永磁合金三、時效硬化型永磁合金*通過淬火、塑性變形和時效硬化的工藝獲得高通過淬火、塑性變形和時效硬化的工藝獲得高HC。*優點：機械性能較好優點：機械性能較好*分類：分類：（1） 鐵基合金鐵基合金 包括包括CoMo、FeWCo、FeMoCo合金合金 缺點：磁能積較低；用途：電話接收機缺點：磁能積較低；用途：電話接收機（2）FeMnTi和和FeCoV合金合金 特點：磁性能

18、相當于低特點：磁性能相當于低Co鋼，但不需要戰略資源鋼，但不需要戰略資源Co 應用：指南針、儀表零件應用：指南針、儀表零件 特點：時效硬化永磁合金中性能較高的一種特點：時效硬化永磁合金中性能較高的一種 應用：微型電機、錄音機磁性零件應用：微型電機、錄音機磁性零件（3）銅基合金銅基合金 種類：種類：CuNiFe、CuNiCo兩種兩種 應用：測速儀和轉速計應用：測速儀和轉速計（4）Fe-Cr-Co系永磁系永磁合金合金 特點：主要應用的另一類金屬硬磁合金。磁性能相當于特點：主要應用的另一類金屬硬磁合金。磁性能相當于中等性能的中等性能的A1NiCo永磁合金，但可進行變形加工，機械加工，永磁合金，但可進

19、行變形加工，機械加工，制成管材、片材或線材等。制成管材、片材或線材等。 應用：應用：揚聲器、電度表、轉速表、陀螺儀揚聲器、電度表、轉速表、陀螺儀、空、空氣濾波器氣濾波器、磁顯示器磁顯示器四、有序硬化型永磁合金四、有序硬化型永磁合金*種類：種類：AgMnAl、CoPt、FePt、MnAl、MnAlC合金合金*特點：特點：高溫下處于無序狀態，經適當的淬火和回火后，高溫下處于無序狀態，經適當的淬火和回火后，由無序相中析出彌散分布的有序相，提高由無序相中析出彌散分布的有序相，提高HC。*應用：磁性彈簧、小型儀表元件、小型磁力馬達應用：磁性彈簧、小型儀表元件、小型磁力馬達*FePt合金：耐腐蝕性合金：耐

20、腐蝕性3.4 鐵氧體永磁材料鐵氧體永磁材料*主要為六角晶系的磁鉛石型鐵氧體主要為六角晶系的磁鉛石型鐵氧體*化學式：化學式：MO xFe2O3 M=Ba，Sr，Ca，Pb等等 實用化的有實用化的有BaO 6Fe2O3，SrO 6Fe2O3等等*缺點：綜合磁性能較低缺點：綜合磁性能較低*優點：性價比高；工藝簡便成熟；抗退磁性能優良；不優點：性價比高；工藝簡便成熟；抗退磁性能優良；不存在氧化問題。存在氧化問題。*目前約占永磁材料總產值的目前約占永磁材料總產值的40。*分類：各向同性永磁；各向異性永磁（分類：各向同性永磁；各向異性永磁（成型時施加外磁場，成型時施加外磁場，使顆粒的易磁化軸定向排列，材料

21、的剩磁和磁能積得到使顆粒的易磁化軸定向排列，材料的剩磁和磁能積得到大大大大提高提高）。）。*應用領域：電機應用領域：電機(50%)，電聲，電聲(20)，測量與控制器件，測量與控制器件(20%)，其余，其余(10)。3.5 稀土永磁材料稀土永磁材料*由由稀土元素稀土元素RE與過渡金屬與過渡金屬TM（Fe，Co等）形成等）形成RE：15個，個，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu常把第常把第III副族元素鈧副族元素鈧(Sc)和釔和釔(Y)也列入稀土元素之中。也列入稀土元素之中。3.5.1 概述概述*問題問題：純稀土合金居里溫度低。：純稀土合金居里

22、溫度低。Fe、Co、Ni室溫下有很室溫下有很強的鐵磁性，居里溫度高。強的鐵磁性，居里溫度高。設想：稀土元素設想：稀土元素Fe、Co、Ni等等 合金合金 TC高？高？*稀土合金的優勢：原子磁矩大；稀土合金的優勢：原子磁矩大；K1、 s大；結構為六角晶大；結構為六角晶系和四方晶系，具強烈的單軸各向異性。系和四方晶系，具強烈的單軸各向異性。*分類：第一代稀土永磁材料分類：第一代稀土永磁材料 60年代開發，年代開發，SmCo5 第二代稀土永磁材料第二代稀土永磁材料 70年代開發，年代開發，Sm2Co17 優點：永磁性能好，優點：永磁性能好，(BH)max大大 缺點：原材料供應和價格問題（缺點：原材料供

23、應和價格問題（Co，Sm儲量少）儲量少） 第三代稀土永磁材料第三代稀土永磁材料 1983年開發，年開發，Nd2Fe14B(四方四方) 特點特點：1、磁性能高，、磁性能高，2、價格屬中下水平，、價格屬中下水平，3、力學、力學 性能好，性能好，4、TC低，溫度穩定性差，化學穩定性欠佳低，溫度穩定性差，化學穩定性欠佳 第四點可通過調整化學成分和采取其他措施改善第四點可通過調整化學成分和采取其他措施改善3.5.2 Co基稀土永磁材料基稀土永磁材料*系列：系列：Sm-Co系，系，Pr-Co系，系，Ce-Co系系 Sm-Co系是永磁材料發展史上的里程碑。系是永磁材料發展史上的里程碑。1、第一代、第一代Sm

24、Co5*六角結構六角結構*優點：綜合磁性能好；缺點：優點：綜合磁性能好；缺點：原材料價格昂貴，儲量少原材料價格昂貴，儲量少*特點特點：a、成分對成分對永永磁性能磁性能影響影響大，若大，若按化學計量按化學計量比比配配不可能獲得優異的磁性能不可能獲得優異的磁性能，Sm含含量量為過計量時，才為過計量時，才可可能能獲得優異的磁性能。獲得優異的磁性能。b、只有、只有Sm含含量量為過計量時，才為過計量時，才可可能能獲得獲得致密的致密的SmCo5合金。合金。c、室溫室溫HC隨回火溫度變化。隨回火溫度變化。2、第二代、第二代Sm2Co17*高溫：六角；低溫：菱方高溫：六角；低溫：菱方*優點：優點：MS高，高，

25、TC高高 缺點：缺點：HC偏低，很難成為實用的永磁材料偏低，很難成為實用的永磁材料*改進方法：改進方法：（1）三元）三元Sm2(Co1-xFex)17合金系中添加其他元素合金系中添加其他元素 如：如：Sm2(Co0.8Fe0.05Mn0.15)17，Sm2(Co0.8Fe0.09Cr0.11)17 優點：優點：HC得到了提高得到了提高 缺點：溫度穩定性差；制造工藝不易掌握，重復性差。缺點：溫度穩定性差；制造工藝不易掌握，重復性差。 兩種合金沒有在工業上得到應用。兩種合金沒有在工業上得到應用。（2）三元系）三元系Sm-Co-Cu為基礎的合金為基礎的合金 Sm-Co-Cu系，系，Sm-Co-Cu-

26、Fe系，系，Sm-Co-Cu-Fe-M系系 M=Zr,Ti,Hf,Ni等等*目前工業上廣泛應用的是第三個系列。目前工業上廣泛應用的是第三個系列。 其優點：磁性能穩定（抗氧化能力強，磁性隨溫度變化較小）其優點：磁性能穩定（抗氧化能力強，磁性隨溫度變化較小）3.5.3 Nd-Fe-B永磁材料永磁材料一、磁體的制備一、磁體的制備兩類：粘結永磁體；燒結永磁體兩類：粘結永磁體；燒結永磁體1、粘結、粘結Nd-Fe-B磁體的制備磁體的制備(1)、磁粉的制備、磁粉的制備a、熔體快淬法、熔體快淬法真空感應真空感應爐爐熔煉母合金熔煉母合金 惰性惰性氣體保護氣體保護 熔化熔化的母合金在的母合金在氬氣壓力下經石英管噴

27、出氬氣壓力下經石英管噴出 噴射到噴射到 高速旋轉的銅輥上快高速旋轉的銅輥上快速速冷卻冷卻凝固凝固 將得到的薄帶粉末化后得磁粉將得到的薄帶粉末化后得磁粉*旋轉輥速旋轉輥速度：調節產物晶體結構，即從非晶到數微米晶粒度：調節產物晶體結構，即從非晶到數微米晶粒尺寸變化；影響材料的磁性能。尺寸變化；影響材料的磁性能。b、HDDR法法*此法可獲得平均粒徑為此法可獲得平均粒徑為0.3 m的細小晶粒的細小晶粒 HCc、氣體噴霧法、氣體噴霧法Nd-Fe-B溶液溶液 高速噴嘴高速噴嘴 霧化成細小的金屬液滴霧化成細小的金屬液滴 射向粉碎射向粉碎盤盤 獲得極細的非晶和微晶粉末獲得極細的非晶和微晶粉末d、機械合金化法、

28、機械合金化法Nd-Fe-B合金鑄錠破碎成粗粉合金鑄錠破碎成粗粉 長時間高能球磨長時間高能球磨 產物產物 退火退火處理處理 得到與快淬法相同的微觀組織得到與快淬法相同的微觀組織優點：成本低優點：成本低(2)、磁體的制備、磁體的制備永磁體粉末與橡膠、塑料等粘結材料相混合，按用求直接永磁體粉末與橡膠、塑料等粘結材料相混合，按用求直接成型為各種形狀的永磁部件。成型為各種形狀的永磁部件。缺陷：由于粘結劑的加入，永磁體的磁學性能會有一定程缺陷：由于粘結劑的加入，永磁體的磁學性能會有一定程度的下降。度的下降。2、燒結、燒結Nd-Fe-B磁體的制備磁體的制備磁粉磁粉 壓縮成型壓縮成型 高溫燒結高溫燒結 熱處理

29、熱處理 表面處理表面處理二、二、 Nd-Fe-B磁體的磁性能磁體的磁性能*四角晶系，具單軸各向異性，四角晶系，具單軸各向異性，C軸為易磁化軸軸為易磁化軸1、Nd-Fe-B相結構與內稟磁性相結構與內稟磁性*相結構決定內稟磁特性相結構決定內稟磁特性（1）交換作用：）交換作用：Fe-Fe原子對間的相互作用是最主要的，原子對間的相互作用是最主要的，它與原子間距有關，有些為正，有些為負它與原子間距有關，有些為正，有些為負 TC較低；較低；（2）單軸磁晶各向異性；）單軸磁晶各向異性；（3）MS主要由主要由Fe原子磁矩貢獻，原子磁矩貢獻，Nd也有一定貢獻。也有一定貢獻。*內稟磁性參數：內稟磁性參數：TC =

30、 585K，各向異性場，各向異性場 0Ha = 6.7T，室，室溫飽和磁極化強度溫飽和磁極化強度JS = 1.61T。2、Nd-Fe-B磁體的性能磁體的性能(受微觀結構、成分配方、制備工藝影響受微觀結構、成分配方、制備工藝影響)微觀結構：微觀結構：主要為硬磁的主要為硬磁的Nd2Fe14B相，還包括富相，還包括富Nd相和富相和富B相（室溫下為非磁性），還有一些相（室溫下為非磁性），還有一些Nd氧化物和氧化物和 -Fe、FeB、FeNd、Fe17Nd2等軟磁相等軟磁相。磁性主要由前者決定，后者具有。磁性主要由前者決定，后者具有隔離或減弱主相磁性耦合的作用，可提高隔離或減弱主相磁性耦合的作用，可提高

31、HC，但降低了，但降低了MS和和Br。成分配方：成分配方：只有永磁合金的只有永磁合金的Nd和和B的含量分別比的含量分別比Nd2Fe14B化合物的化合物的Nd和和B含量多時，才能獲得較好的永磁性能。含量多時，才能獲得較好的永磁性能。在在Nd-Fe-B永永磁材料成分設計時磁材料成分設計時應應考慮如考慮如下下原則：原則：為獲得為獲得高高矯頑力，除矯頑力，除B含量適當外，含量適當外，可適當可適當提提高高Nd含量。含量。為獲得為獲得高高磁能積，應盡可能使磁能積，應盡可能使B和和Nd的含量向的含量向Nd2Fe14B 四四方相的成分靠近，盡可能的提高合金的方相的成分靠近，盡可能的提高合金的Fe含含量。量。制

32、備工藝：制備工藝：制備工藝會影響晶粒的大小、形狀及其取向制備工藝會影響晶粒的大小、形狀及其取向 影響到晶影響到晶粒間的耦合程度粒間的耦合程度 從而影響宏觀磁性能從而影響宏觀磁性能二、二、影響影響Nd-Fe-B永磁體性永磁體性能的因能的因素素近鄰原子間的交換相互作用是物質磁性的來源近鄰原子間的交換相互作用是物質磁性的來源 物質結物質結構各層次間的相互作用與材料磁性能密切相關構各層次間的相互作用與材料磁性能密切相關1、添加元素的影響、添加元素的影響*前兩種置換影響主相的內稟特性；后兩種摻雜影響磁體前兩種置換影響主相的內稟特性；后兩種摻雜影響磁體微結構微結構 改善磁性能改善磁性能2、磁粉和晶粒度的影

33、響、磁粉和晶粒度的影響*細而均勻細而均勻的磁粉的磁粉 燒結后得細而均燒結后得細而均勻勻的晶粒的晶粒 HC提高提高*控制磁粉的含氧量，含氧量增加控制磁粉的含氧量，含氧量增加 燒結后晶粒尺寸下降燒結后晶粒尺寸下降3、定向度的影響、定向度的影響*定向度可影響定向度可影響Br、(BH)max*通過增大通過增大模具內模具內定向磁場、在能成型的前提下減小磁粉的定向磁場、在能成型的前提下減小磁粉的磁凝集、采用低成型壓力等措施，可磁凝集、采用低成型壓力等措施，可提高提高定向度。定向度。4、含氧量的影響、含氧量的影響*對含對含Co的的Nd-Fe-B磁磁體，適度的氧對提高體，適度的氧對提高HC和溫度穩定性和溫度穩

34、定性有利，另一方面，含氧量高，抗蝕性好。有利，另一方面，含氧量高，抗蝕性好。*對對不含不含Co的的Nd-Dy-Fe-Al-B磁體磁體，與前者相反，與前者相反，HC隨含氧隨含氧量量增大而減小。增大而減小。5、磁體的熱穩定性、磁體的熱穩定性*提高磁體提高磁體工工作溫度作溫度的的兩條途徑：提兩條途徑：提高高居里溫度和提高居里溫度和提高室室溫溫(25)下的矯下的矯頑頑力。可分別用添加力。可分別用添加Co和和Dy來實現來實現。3.5.4 雙相納米晶復合永磁材料雙相納米晶復合永磁材料*問題提出：能否得到一種磁體，使其既具有硬磁性相的高問題提出：能否得到一種磁體，使其既具有硬磁性相的高內稟矯頑力又具有軟磁性

35、相的飽和磁化強度高、易充磁的內稟矯頑力又具有軟磁性相的飽和磁化強度高、易充磁的優點。另一方面綜合磁性能好的硬磁材料中含稀土元素，優點。另一方面綜合磁性能好的硬磁材料中含稀土元素，提高了成本，降低了化學穩定性（易腐蝕）。提高了成本，降低了化學穩定性（易腐蝕）。*解決方案：多相復合磁體即硬解決方案：多相復合磁體即硬磁相基磁相基體體中均勻分布有軟中均勻分布有軟磁相顆粒磁相顆粒，可全面解決上述問題。，可全面解決上述問題。一、理論基礎一、理論基礎交換交換耦合耦合作用作用*Stoner-Wohlfarth理論：描述單軸晶系多晶永磁體的磁學理論：描述單軸晶系多晶永磁體的磁學性質，即性質，即Mr與與MS的關系

36、。的關系。*1988年，年，Clemette在在Nd-Fe-B-Si系合系合金中得到了與上述理金中得到了與上述理論不符的結果。論不符的結果。Br/BS = 0.6*解釋：解釋：“交換耦合作用交換耦合作用” “交換耦合區域交換耦合區域” *晶晶粒內部，磁化強度平行于易磁化軸，而粒內部，磁化強度平行于易磁化軸，而在在晶粒邊界處有晶粒邊界處有一一層層“交換耦合區交換耦合區域域”，該區域內，該區域內磁磁化強度受周圍晶粒的化強度受周圍晶粒的影響偏離了易磁化軸，呈現磁影響偏離了易磁化軸，呈現磁紊亂紊亂狀態。剩磁狀態狀態。剩磁狀態下下，必，必然有然有一一些些晶晶粒的易磁化軸與原外加磁場方向粒的易磁化軸與原外

37、加磁場方向致，這些致，這些晶晶粒中的磁化強度會使得粒中的磁化強度會使得周周圍圍晶晶粒中粒中交換耦合交換耦合區域內的磁化區域內的磁化強度也大致停留在剩磁方向強度也大致停留在剩磁方向上上，從，從而而使得剩余磁化強度有使得剩余磁化強度有了了明明顯的提高。顯的提高。*若晶粒尺寸過大，則交換耦合區域所占的體積分數太小，若晶粒尺寸過大，則交換耦合區域所占的體積分數太小，交換耦合作用不明顯。只有在納米尺度內（交換耦合作用不明顯。只有在納米尺度內（600/min)將非晶帶升溫到硬磁相晶化將非晶帶升溫到硬磁相晶化溫度進行短時間保溫，并快速冷卻，讓硬磁相和軟磁相同時溫度進行短時間保溫，并快速冷卻，讓硬磁相和軟磁相