文档介绍：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。
*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-N系永磁体。
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:
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。
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。