磁性材料 压电、热释电与铁电材料磁性材料 第二节

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1、第二节永磁材料定义：被外加磁场磁化以后，除去外磁场，仍能保留较强磁性的一类材料。*基本要求：（1）Br要高；（2）Hc要高；（3）(BH)max要高；（4）材料稳定性要高。*种类：（1）金属永磁材料：Al-Ni-Co系和Fe-Cr-Co系永磁合金；（2）铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要组元的复合氧化物强磁材料；特点：电阻率高，适合高频和微波领域应用；（3）稀土永磁材料：以稀土族元素和铁族元素为主要成分的合金间化合物，包括SmCo5系、Sm2Co17系以及Nd-Fe-B系。特点：磁能积高，应用领域广泛

2、。*发展史：1880年左右：碳钢，紧接着又发现钨钢、钴钢等金属永磁材料；1931年以来：Al-Ni-Fe系磁钢(MK钢)和Al-Ni-Co系磁钢，后者占据主导地位一直到60年代；20世纪30年代：铁氧体永磁材料，材料便宜，工艺简单，磁性能居中；同时Fe-Cr-Co永磁合金问世，改善了Al-Ni-Co机械性能差的缺点；20世纪60年代：Sm-Co系稀土永磁材料；20世纪80年代：Nd-Fe-B系稀土永磁材料；(BH)max～460KJ/m3，称为“磁王”；近年来：纳米双相永磁材料，RE(稀土元素)-Fe

3、-N系永磁体。2.1衡量永磁材料的重要指标1、剩磁Br*如果撤去外加磁场，在磁铁两个磁极之间的空隙中便产生恒定磁场（气隙磁场），对外界提供有用的磁能。*撤去外加磁场后，在退磁场作用下，永磁体将工作在磁滞回线的第二象限。所以永磁材料性能的好坏，应该用退磁曲线上的有关物理量来表征。剩磁Br，矫顽力HC，最大磁能积(BH)max等。*永磁体由于磁路中存在空隙，因此处于开路应用状态。此时工作点在退磁场作用下由Br点移到D点，所以剩磁应该等于Bd（表观剩磁）。*工作点D和坐标原点O的连线OP称为开路磁导线，OP

4、的斜率称为磁导系数。2、矫顽力HC*两种定义：*第二象限中，H<0，所以B-H退磁曲线将位于0M-H退磁曲线下方*当B=0时，*的最高值不可能超过材料的剩磁值。3、最大磁能积(BH)max*若永磁体的尺寸比取(BH)max的形状，则能保证永磁体单位体积的磁场能为最大。注：不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。*可根据(BH)max确定各种永磁体的最佳形状。(BH)max越高的永磁体，产生同样的磁场所需的体积越小；在相同体积下，(BH)max越高的永磁体获得的磁场越强。注：(BH)max是评价永磁体强度

5、的最主要指标。稀土永磁体－(BH)max～450KJ/m3；普通磁钢－(BH)max～8KJ/m3*在矩形磁滞回线中，理论值：*上式成立的条件：（1）剩余磁化强度Mr=MS（2）内禀矫顽力4、稳定性*受到温度、外磁场、冲击、振动等外界因素影响时，有关磁性能在长时间使用过程中保持不变的能力。*变化率：2.2提高永磁体性能的途径*(BH)max是表征永磁体性能的最主要指标。为使其尽可能大，要求Br和HC要高。3.2.1如何提高材料的剩磁Br*要求MS高，同时矩形比Br／BS应接近于1。提高Br／BS的基本

6、途径：1、定向结晶控制铸件的冷却条件不同的晶粒结构*快冷时沿热流相反的方向会生长出柱状晶，柱状晶晶粒长大方向往往就是它的易磁化方向。2、塑性变形*多晶体材料拔丝、轧扳、挤压、压缩等塑性变形晶粒转动晶粒的晶体学方位会发生一定程度的定向排列，即择优取向、织构等可诱导磁各向异性3、磁场成型*加工成型时，施加外磁场，使易磁化轴沿磁场方向取向，经高温烧结及回火以后，可得较高的Br。4、磁场处理*外部磁场中热处理，可控制磁性颗粒的析出形态，沿外场方向呈细长状生长，使磁矩沿磁场方向择优取向。2.2.2如何提

7、高HC*形成HC的原因：畴壁的不可逆移动和不可逆畴转动*决定HC大小的因素：各种因素(磁各向异性、掺杂、晶界等)对上述行为的阻滞作用的大小。*某些永磁材料：铁磁性微细颗粒(单畴)＋非磁性或弱磁性基体1、磁畴的不可逆转动*磁晶各向异性：磁晶各向异性＋形状各向异性＋应力各向异性N和N分别为沿短轴和长轴所对应的退磁因子a，b，c是和晶体结构颗粒取向分布有关的系数。*若材料MS较高，最好通过第二项来提高HC方法：增加颗粒细长比（N－N）增加*若K1，S高，应主要考虑第1、3项当颗粒取向完全一致时，

8、a=2，c=1当颗粒取向完全混乱时，a=0.64(立方晶体)，a=0.96(单轴晶体)，c=0.48所以颗粒易磁化方向完全平行排列时，永磁性好2、畴壁的不可逆位移*永磁材料的反磁化过程如果由畴壁的不可逆位移所控制，有两种情况：（1）反磁化时材料内部存在着磁化在反方向的磁畴晶体缺陷、杂质、晶界等的存在，在这些区域由于内应力或内退磁场的作用。磁化矢量很难改变方向。当晶体磁化到饱和时，这些区域的磁化仍沿着相反的方向。在反磁化时，它们构成反磁化核，在反磁场作用下