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1、钕铁硼基本知识入门知识肖忠洋2015.03.16 磁学基础知识钕铁硼介绍磁钢运用磁学基础知识什么是永磁材料？可用于制造磁功能器件的强磁性材料称为磁性材料。磁性材料包括：硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致收缩材料、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。其中用量最大、用途最广的是硬磁材料和软磁材料。硬磁材料与软磁材料的区别在于硬磁材料的各向异性场(HA)高，矫顽力 (Hc)高，这就意味着软磁材料很容易退磁，而硬磁材料可以长期保存很强的磁性，因此硬磁材料又成为永磁材料。永磁材料分类现代工业与科学技术的广泛应用的永磁材料有铸造永磁材料、铁氧体永磁材料、稀土永磁材料和其他永磁材料
2、等四大类。铸造永磁材料是指AlNiCo（铝镍钴）系永磁材料；铁氧体永磁材料包括：Ba 铁氧体永磁， Sr 铁氧体永磁；稀土永磁材料包括：稀土钴系永磁材料和稀土铁系永磁材料；其他永磁材料主要有Fe-Cr-Co系， Fe-Ni-Gu系， Pt-Co系， Fe-Pt 系.稀土钴系包括： 1:5 型 Sm-Co永磁， 2:17 型 Sm-Co永磁和粘结Sm-Co永磁。稀土铁系包括：烧结Nd-Fe-B 系永磁，粘结Nd-Fe-B永磁， 2:17 与 1:12 型间隙化合物永磁，纳米符合型永磁和热变型永磁。永磁材料的性能对照表永磁材料的主要磁性能指标是那些？永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁（Jr，Br）
3、、矫顽力（ Hcb） 、内禀矫顽力（Hcj） 、磁能积 (BH)m。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度（Tc） 、可工作温度（Tw） 、剩磁及内禀矫顽力的温度系数（、 ） 、回复导磁率（rec）退磁曲线方形度（Hk/Hcj） 、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。永磁材料技术磁参量永磁材料的技术磁参量可分为非结构敏感参量（即内禀磁参量）如饱和磁化强度Ms、居里温度Tc等，和结构敏感参量如剩磁Mr或 Br、Hcb、(BH)m等。前者主要有材料的化学成分和晶体结构来决定；后者除了与内禀参量有关外，还与晶粒尺寸、晶粒取向、晶体缺陷、参杂物等因素有关。
4、1、饱和磁化强度Ms饱和磁化强度Ms是用此材料极为重要的磁参量。用此材料均要求Ms强度越高越好。 饱和磁化强度决定于组成材料的磁性原子数、原子磁矩和温度。2、居里温度Tc强铁磁体有铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称此为居里温度或居里点Tc。Tc是磁性材料的重要参数，Tc高的材料的工作温度可提高，也有利于提高磁性材料的温度稳定性。3、各向异性场HA对于单晶体， 热退磁状态下的原子磁矩均沿易磁化方向排列。对于立方晶体， 则可能沿多个方向分布， 也就会出现易磁化方向和难磁化方向，沿难磁化轴时铁磁体磁化到饱和所需要的磁化场称为各向异性HA场。 HA是用此材料的重要参量，是内禀磁特性，是娇顽力的极
5、限值。4、剩磁 Br铁磁体磁化到饱和并去掉磁场后，在磁化方向保留的Mr或 Br简称为剩磁。 Mr称为剩余磁化强度， Br称为剩余磁感应强度。Mr是由 Ms到 Mr的反磁化过程来决定的。剩磁是组织敏感参量， 它对晶体取向和畴结构十分敏感。为了获得高剩磁，首先应该选用高Ms的材料，并常采取获得晶体结构和磁结构的办法来提高剩磁。5、矫顽力Hc铁磁体磁化到饱和以后，使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向磁场成为娇顽力，分别记作Hcj和 Hcb，前者又称为内禀娇顽力，后者称为感应娇顽力。娇顽力与体磁体由 Mr到 M=0 的反磁化过程的难易度有关。由此可知，娇顽力越大的磁体，其反磁化能力越强，也就
6、意味着它更稳定。6、磁能积 (BH) m永磁材料用作磁场源或磁力源，主要是利用它在空气隙中产生的磁场。磁能积(BH) m主要取决于磁铁内部的Bm、Hm的乘积，同时它与Ms还有加工工艺有密切联系。磁能积越强，在空气隙中产生的磁场就会越大，最次要求永磁体的磁能积越大? NdFeB烧结磁体的矫顽力（Hcb）与哪些因素有关？NdFeB烧结磁体的矫顽力Hcb的大小既不可能大于剩磁Br的绝对值， 也不可能大于内禀矫顽力Hcj，所以对于内禀矫顽力Hcj较高的磁体， Hcb 主要取决于剩磁Br；而对于内禀矫顽力 Hcj较低的磁体， Hcb主要取决于Hcj。由于 NdFeB 烧结磁体的内禀矫顽力Hcj的温度系数
7、较大，随温度的升高，Hcj降低的很快，因此通常在高温下使用的磁体需要有较高的内禀矫顽力Hcj才行。磁体的宏观磁极化强度J是磁体内部磁畴磁极化强度的矢量和，一切宏观磁行为都与磁体的磁畴结构有关。理论与实践均表明：在NdFeB烧结磁体退磁过程中，磁极化强度J的变化完全取决于磁体内部形成反向磁畴的情况。若在退磁过程中各个主相晶体内部的反向磁畴不是同时形成、反向磁畴又容易生成的话，J退磁曲线的方形度Hk/Hcj就会很差。从磁体的显微结构来看，磁体的主相晶粒越细小，尺寸分布越均匀、取向度越高、晶粒与晶粒之间的弥散磁场就越小，这样每个晶粒内部形成反向磁畴的难度就越大，几率就越小，J退磁曲线方形度Hk/Hc
8、j就越好。因此，NdFeB 烧结磁体的退磁曲线是一个纯组织敏感参量，它主要决定于磁体的主相取向度、晶粒度极其均匀性。在 Nd FeB 烧结磁体的B退磁曲线和J退磁曲线上，任意一点都应满足（1-1）式。因此， J退磁曲线的方形度Hk/Hcj与 B 退磁曲线的方形度是相互关联的。影响J退磁曲线的方形度 Hk/Hcj的因素，都影响B 退磁曲线的方形度rec。什么叫 NdFeB永磁体，它分几大类？NdFeB永磁体是1982 年发现的迄今为止磁性能最强的永磁材料。其主要化学成分Nd(钕)、Fe(铁)、B(硼)，其主相晶胞在晶体学上为四方结构，分子式为Nd2Fe14B（简称： 2：14： 1） 。除主相N
9、d2Fe14B 外， NdFeB永磁体中还含有少量的富Nd 相，富 B 相等其它相。其中主相和富Nd 相是决定Nd FeB磁体永磁特性的最重要的二个相。今天， Nd FeB 永磁体已广泛应用于计算机、医学器械、通讯器件、电子器件、磁力机械等领域。Nd FeB磁体分为烧结和粘结二大类。通常的NdFeB烧结磁体是粉末冶金方法制造的各向异性致密磁体；而通常的NdFeB 粘结磁体是用激冷的方法获得微晶粉末，每个粉末内含有多个NdFe B微晶晶粒，再用聚合物或其它粘结剂将粉末粘成大块磁体，因而通常的NdFeB粘结磁体是非常致密的各向同性磁体。因此，通常的NdFeB 烧结磁体的磁性能远高于Nd FeB粘结
10、磁体，但NdFeB粘结磁体有着许多NdFe B烧结磁体不可替代的优点：可以用压结、注射等成型方法制作尺寸小、形状复杂、几何精度高的永磁体，并容易实现大规模自动化生产；另外，NdFeB粘结磁体，还便于任意方向充磁，能方便制作多极乃至无数极的整体磁体，而这对于NdFeB 烧结磁体来说是通常很难实现； 由于 NdFeB 粘结磁体中主相Nd2Fe14B 呈微晶状态， 因此它还具有比烧结磁体耐蚀性好等优点。什么叫 Nd2Fe14B 主相？主相 Nd2Fe14B 是 Nd FeB永磁体中唯一具有单轴各方向异性的硬磁性相，其体积分数占磁体中各相的90以上，因而称为主相。其晶体结构如图3 所示：晶体常数a0.
11、882nm,c=1.224nm,c 轴为易磁化轴，每个但胞含有4 个分子的 68 个原子。 Nd2Fe14B 的内禀性是：居里温度Tc585K，室温各向异性常数K1=4.2MJ/m3,各项异性场 0H 7.3T, 室温磁饱和强化强度Js 1.61T。Nd2Fe14B 的基本磁畴结构参数为：畴壁能密度30MJ/m3,畴壁厚度 5.2nm,单畴粒子临界尺寸Dc0.26m。若磁体的成分中添加了合金元素，主相的晶体结构不会发生改变，但其内禀磁性会发生改变， 添加合金元素的目的是改善磁体的内禀矫顽力或其他特性。值得注意的是： 在磁体中加入任何合金元素都会降低Nd2Fe14B的饱和磁极化强度Js。钕铁硼介
12、绍烧结钕铁硼（NdFeB ）系永磁材料制造原理和技术烧结钕铁硼（ NdFeB）制造流程 ：确定性能要求选择原料熔炼铸锭制粉取向压型烧结表面处理充磁成品检测包装磁性检测后加工出货检测1、原材料选择、烧结钕铁硼（ NdFeB）系用此材料的磁性能主要有Nd2Fe14B 基本相决定的，因为其磁极化强度 Js和各向异性场HA主要取决于Nd2Fe14B 的化学成分， Js、HA直接与剩磁Br、内禀娇顽力 Hci和磁能积 (BH)m有关。所以合金成分社及和原材料的选择是至关重要的。实践表明，纯Nd 原料中稀土元素中Ce、La、Gd、Sm 等对 NdFeB磁性都是有害的，因此原材料中这些元素的含量要尽量低。铁
13、以外的其它金属如：Si、Mn 、Cr、Ni、V、Al、W、Mo 、C、N、 S 、P、O 等都会将第磁性能，所以纯铁原料中这些元素应该尽量少。而在重稀土元素中Dy 或 Tb 比 Nd 的 HA高出两倍多，因此NdFeB在 NdFeB添加 Dy 或Tb 能有效提高娇顽力。2、熔炼熔炼的目的是将金属料溶化，并确保合金液“清、准、均、净”。3、铸锭技术铸锭组织不仅对制粉、取向、 烧结工艺有重要影响，还会影响粉末的性质和最终烧结磁性能造成很大影响。铸锭的结晶过程是铸锭的关键所在，通常情况下，要求结晶过程快，也就是常说的“速冷” ，这就要求提高冷却能力和铸锭模具导热性能良好。4、制粉原理和技术制粉目的是
14、将大块合金锭破碎到一定尺寸的粉末体，包括粗破和磨粉两个工艺过程。粗破： 粗破一般有两种方法，一种是氢破碎（用HD 表示） ，另一种是机械破碎。HD 是NdFeB 永磁工业生产的主要方法。它是将合金锭放入不锈钢容器，然后抽真空到10-2Pa 以下，然后充入高纯氢气，压力达到105Pa(大约相当于一个大气压)左右，经过2030 分钟后，就会听到合金锭的爆裂声和容器温度升高。HD处理可将NdFeB合金锭破碎到45355m 范围的颗粒，大部分是125 m 左右的颗粒。磨粉： 磨粉方法有机械球磨粉和气流磨粉技术，目前比较常用， 效果比较好的方法的是气流磨粉。气流磨粉是利用高速喷嘴喷出超音速气流，加速颗粒
15、运动碰撞破裂。（具体原理将会在设备篇中详述）烧结 NdFeB要求粉末达到1m7m 之间，最好3m4m 的颗粒占80%以上，呈球状、无缺陷、无杂质。5、粉末磁场取向与压型原理和技术粉末磁场取向：烧结 NdFeB系永磁体的磁性能主要来源于具有四方结构的Nd2Fe14B 基本相。它是单轴晶体，c 轴为易磁化轴，a轴为难磁化抽。对于但晶体来说，取向对其剩磁Br和磁能积 (BH)m均有重大影响，因此粉末磁场取向是制造高性能烧结NdFeB永磁体的关键技术之一。 NdFeB永磁体的晶体取向的程度受多方面因素影响，如：取向磁场的强度、粉末颗粒的形状与尺寸、成型方式、 取向场与成型压力的相对方向，以及取向的粉末
16、的送装密度等，其中取向场的强度至关重要。粉末压型： 粉末压型的目的有两个，一是按照客户需求将粉末压制成一定的形状与尺寸的压坯；二是保持磁场取向中所获得的晶体取向度。目前普遍采用的压型方法有：模压法；模压加冷等静压；橡皮模压。也可分为干压和湿压，所谓湿压就是将粉末与某种介质混合，处于胶泥状或半湿状进行压型，优点是减少粉末的氧化，缺点是在烧结时对真空系统有影响。6、烧结原理压坯的相对密度只要50%70%，孔隙率达50%30%，颗粒间的接触基本上是机械接触，结合强度低，当压力过大时，相互接触的粉末颗粒有的已经变形，因此不具备高永磁性能的显微组织。为了进一步提高密度，改善颗粒间的接触性质，提高强度，使其符合高永磁性能的纤维组织特征，需要将压坯加热到粉末基本相融点以下的温度，进行一段时间的热处理，这一过程称为烧结。烧结过程使压坯发生一系列的物理化学变化。首先是颗粒表面吸附的气体备排出，有机物蒸发或挥发， 应力相处， 颗粒
