概念軟磁和硬磁

1、磁性材料Office : 6358Mobile Phone:mail : 盧志紅n載流圓線圈磁矩 n安培分子電流的假說，揭示了磁鐵磁性的起源，它使我們認(rèn)識(shí)到：磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的非磁性原子磁性原子原子磁性的基礎(chǔ)知識(shí)1s2s22p63s23p63d64s2+2628214電子交換作用原子內(nèi)具有未成對的電子使得原子的固有磁矩不為零是物質(zhì)磁性的必要條件。但是，由于近鄰原子共用電子（交換電子）所引起的靜電作用，及交換作用可以影響物質(zhì)的磁性。交換作用所產(chǎn)生能量，通常用A表示，稱作交換能，它取決于近鄰原子未填滿的電子殼層相互靠近的程度，并決定了原子磁

2、矩的排列方式和物質(zhì)的基本磁性。一般地：n當(dāng)A大于零時(shí)，交換作用使得相鄰原子磁矩平行排列，產(chǎn)生鐵磁性。n當(dāng)A小于零時(shí)，交換作用使得相鄰原子磁矩反平行排列，產(chǎn)生反鐵磁性。n當(dāng)原子間距離足夠大時(shí)，A值很小時(shí)，交換作用已不足于克服熱運(yùn)動(dòng)的干擾，使得原子磁矩隨機(jī)取向排列，于是產(chǎn)生順磁性。HM)1 (HHHB00)1 ()(HB0磁化率與磁導(dǎo)率n磁化率:n磁導(dǎo)率: 二者實(shí)際上代表了磁性材料被磁化的容易程度，或者說是材料對外部磁場的靈敏程度。是磁化曲線上任意一點(diǎn)上B和H的比值。材料的磁性順磁性抗磁性抗磁性物質(zhì)有；惰性氣體、大部分有機(jī)合物、若干金屬(如Bi、Zn、Ag和Mg等)非金屬(如Si、P和S等)。 電

3、子殼層都是填滿的，所以，原子矩等于零或雖原子的磁矩不為零，但由子組成的分子的總磁矩為零。零。反鐵磁性順磁性反鐵磁性物質(zhì)有過渡族元素的鹽類及化合物，如MnO、Cr2O3、 CoO等。也有合金如FeMn，NiMn，MnPt 等鐵磁性各種磁性比較n抗磁性：原子沒有磁矩n反鐵磁性：反鐵磁性，由于交換作用，相鄰晶胞中的單電子自旋反向排列，引起相鄰磁矩反向排列。n順磁性和鐵磁性：兩者都具有永久磁矩，有外電場時(shí)，前者表現(xiàn)出極弱的磁性，后者磁化強(qiáng)度大，當(dāng)移去外磁場，則前者不表現(xiàn)出磁性，而后者則保留極強(qiáng)的磁性。n亞鐵磁性體：相鄰原子磁體反平行，與反鐵磁性類似，磁矩大小不同，產(chǎn)生與鐵磁性相類似的磁性。一般稱為鐵氧

4、體的大部分鐵系氧化物即為此。n磁性材料：鐵磁性與亞鐵磁性的統(tǒng)稱。各種磁性的磁化率物質(zhì)的磁性分類-磁序本章要點(diǎn)磁性材料溫度特性磁性材料的磁化-磁滯回線磁性材料被磁化后表現(xiàn)出一個(gè)重要特征，即有磁滯現(xiàn)象。磁滯回線是磁化磁場變化(H)一周時(shí)，磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)或磁化強(qiáng)度(M)隨之而變化的曲線。由于磁滯，B或M的值，不是沿著原來的磁化路徑改變，而是沿著當(dāng)H作循環(huán)變化時(shí)另外的路徑變化，以至于當(dāng)磁化磁場正反磁化一周所得的磁化曲線，形成一閉合回線。磁滯回線中的重要參量：矯頑場 Hc飽和場 Hs飽和磁化強(qiáng)度 Ms剩余磁化強(qiáng)度 Mr MsMrMrMs原子自發(fā)磁化n為什么鐵磁體中原子磁矩這樣容易排列起來呢？

5、這是因?yàn)樵阼F磁體中存在著由于原子間強(qiáng)烈的交互作用(稱為交換力)而產(chǎn)生的分子場分子場的作用和磁場一樣，使得原子的磁矩發(fā)生取向排列，分子場的大小，較普通的磁場強(qiáng)得多。（自發(fā)磁化） 例如，鐵在室溫下，就有95以上的原于磁矩由于分子場的作用而取向排列了起來。n但是鐵磁體在未經(jīng)磁化前并不表現(xiàn)出磁性，為什么？磁疇加上外磁場后，各個(gè)磁躊的磁矩方向轉(zhuǎn)向外磁場的方向，鐵磁體的總磁矩便不為零鑒于各個(gè)滋疇中的原于磁矩在沒有外磁場時(shí)就已取向了，所以鐵滋體在不大的外磁場中也表現(xiàn)出強(qiáng)磁性來每一鐵磁體實(shí)際上分成許多小區(qū)域，我們稱這樣的小區(qū)域?yàn)榇女牱肿訄鍪姑恳淮女犞懈鱾€(gè)原于的磁矩排列在同一方向，但各個(gè)磁疇的磁矩方向彼此不同，

6、因此在沒有外磁場時(shí)，雖然各個(gè)磁疇內(nèi)原于磁短已經(jīng)差不多全部排列起來了，鐵磁體的總磁矩仍為零，整個(gè)鐵磁體不呈現(xiàn)出磁性磁疇形貌磁性材料的分類軟磁材料軟磁材料硬磁材料硬磁材料半硬磁材料半硬磁材料旋磁材料旋磁材料矩磁材料矩磁材料壓磁材料壓磁材料按磁性種類按磁性種類按化學(xué)成份按化學(xué)成份金屬磁性材料金屬磁性材料非金屬磁性材料非金屬磁性材料按使用形態(tài)按使用形態(tài)塊體磁性材料塊體磁性材料粉末磁性材料粉末磁性材料薄膜磁性材料薄膜磁性材料 磁性材料磁性材料單晶體的易磁化和難磁化方向 軟磁材料軟磁材料主要是指那些容易反復(fù)磁化，且在外磁 場去掉后，容易退磁的磁性材料。 當(dāng)磁化發(fā)生在 Hc不大于1000A/m，這樣的材料稱

7、為軟磁體。典型的軟磁材料，可以用最小的外磁場實(shí)現(xiàn)最大的磁化強(qiáng)度。特點(diǎn)： 高磁導(dǎo)率：在較弱的外磁場下就能獲得高磁感應(yīng)強(qiáng)度，并隨外磁場的增強(qiáng)很快達(dá)到飽和。 低矯頑力：當(dāng)外磁場去除時(shí)，其磁性立即基本消失。磁滯回線矯頑場小飽和場小高性能軟磁材料主要的軟磁材料主要軟磁性材料的優(yōu)缺點(diǎn)主要軟磁性材料的優(yōu)缺點(diǎn)主要軟磁性材料的優(yōu)缺點(diǎn)主要軟磁性材料的優(yōu)缺點(diǎn)主要軟磁性材料的優(yōu)缺點(diǎn)軟磁材料的應(yīng)用提高磁導(dǎo)率的措施 提高軟磁性能工藝、方法n減小磁晶各項(xiàng)異性減小磁晶各項(xiàng)異性(K(K1)和磁致伸縮率和磁致伸縮率(s)(s)控制成分，使控制成分，使K10K10，s0s0，甚至同時(shí)為零。使磁導(dǎo)率，甚至同時(shí)為零。使磁導(dǎo)率大大提高。

8、大大提高?？刂朴行蛳嗪蜔o序相的比例?？刂朴行蛳嗪蜔o序相的比例。控制配方和控制冷速控制配方和控制冷速n高溫退火高溫退火將磁性材料加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，隨后緩慢冷卻將磁性材料加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，隨后緩慢冷卻到室溫，得到接近平衡組織的熱處理過程。到室溫，得到接近平衡組織的熱處理過程。退火過程中，材料結(jié)構(gòu)變化分為兩個(gè)階段：恢復(fù)和再結(jié)晶退火過程中，材料結(jié)構(gòu)變化分為兩個(gè)階段：恢復(fù)和再結(jié)晶作用：作用：消除應(yīng)力，改善金屬和合金的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。消除應(yīng)力，改善金屬和合金的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。 退火過程中，材料結(jié)構(gòu)變化分為兩個(gè)階段：恢復(fù)和再結(jié)晶退火過程中，材料結(jié)構(gòu)變化分為兩個(gè)階段：恢復(fù)和再結(jié)晶提高軟磁性

9、能的工藝、方法提高軟磁性能的工藝、方法n氫氣熱處理氫氣熱處理在H2氣氛保護(hù)下進(jìn)行高溫退火 作用：n防止材料在熱處理中氧化n防止在材料在熱處理中滲入雜質(zhì)n在熱處理中去除雜質(zhì)n消除應(yīng)力 缺點(diǎn)：n要求氫氣純高，成本高n溫度和氫氣流量較難控制n結(jié)晶織構(gòu)的形成結(jié)晶織構(gòu)的形成反復(fù)冷軋熱處理 應(yīng)力感生方向有序排列和晶格滑移感生方向有序排列定向結(jié)晶使磁性合金從熔融狀態(tài)開始，嚴(yán)格控制溫度梯度進(jìn)行冷卻，讓結(jié)晶沿一定方向進(jìn)行，從而得到定向結(jié)晶。n冷金屬板法n發(fā)熱鑄型法n蜂巢鑄型法非晶軟磁合金的制備n非晶態(tài)固體的制備方法非晶態(tài)固體的制備方法 非晶態(tài)固體與晶態(tài)固體相比，從微觀結(jié)構(gòu)講有序性低；從熱力學(xué)講，自由能要高，因而

10、是一種亞穩(wěn)態(tài)?；谶@樣的特點(diǎn)，制備非晶態(tài)固體必須解決下述2個(gè)問題： （ 1）必須形成原子或分子混亂排列的狀態(tài)； 2）必須將這種熱力學(xué)上的亞穩(wěn)態(tài)在一定的溫度范圍內(nèi)保存下來，使之不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變。 基于上述特點(diǎn)，最常見的非晶態(tài)制備方法有液相驟冷和從稀釋態(tài)凝聚，包括蒸發(fā)、離子濺射、輝光放電和電解沉積等，近年來還發(fā)展了離子轟擊、強(qiáng)激光輻照和高溫壓縮等新技術(shù)。材料制備方法1-石英管，2-惰性氣體，3-薄帶，4-噴嘴，5-熔體，6-熔池，7-輥輪，8-感應(yīng)線圈納米晶與微晶軟磁合金硬磁材料概念：這里的硬和軟并不是指力學(xué)性能上的硬和軟，而是指磁學(xué)性能上的硬和軟。 硬磁材料是指那些難以磁化，且除去外場以后，仍能保留

11、高的剩余磁化強(qiáng)度的材料，又稱永磁材料。（磁鐵）特點(diǎn)： 具有高矯頑力矯頑力剩磁磁能積與硬磁材料相關(guān)的特性常用的永磁材料主要具有4種磁特性：(1)高的最大磁能積。最大磁能積符號為(BH)m 是永磁材料單位體積存儲(chǔ)和可利用的最大磁能量密度的量度；(2)高的矯頑(磁)力。矯頑力符號為(H)c是永磁材料抵抗磁的和非磁的干擾而保持其永磁性的量度。(3)高的剩余磁通密度(符號為Br)和高的剩余磁化強(qiáng)度(符號為Mr)。它們是具有空氣隙的永磁材料的氣隙中磁場強(qiáng)度的量度。(4)高的穩(wěn)定性，即對外加干擾磁場和溫度、震動(dòng)等環(huán)境因素變化的高穩(wěn)定性硬磁材料的性能要求硬磁材料的種類nNd-Fe-B系合金是以Nd2Fe14B

12、化合物為基的一種不含Co的高性能硬磁材料，目前此類材料磁性已達(dá)如下的水平：最大磁能積407.6 kJ/m3，矯頑力2244.7kA/m。是迄今為止磁性能最高的永磁材料，被譽(yù)為“磁王。nNd-Fe-B系合金的另外一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是原材料豐富，價(jià)格便宜，其價(jià)格只相當(dāng)于釤鈷合金的50%左右。n它能吸起相當(dāng)于自重640倍的重物，而鐵氧體只能吸起自重的120倍；n居里溫度不高，穩(wěn)定性差。永磁材料的應(yīng)用n制成各種永磁體n應(yīng)用廣泛 各種電機(jī)，儀表，設(shè)備等等Nd-Fe-B永磁的成分和結(jié)構(gòu)永磁的成分和結(jié)構(gòu)1、成分成分Nd11.76+xFe82.35-x-yB5.88+y,大約為Nd15Fe77B8，以Nd2Fe14B化合物為基，并富B和富Nd。2、結(jié)構(gòu)nNd2Fe14B四方相、富Nd相和富B相Nd2Fe14B化合物一個(gè)單胞中由4個(gè)分子組成，有68個(gè)原子；它們構(gòu)成四方結(jié)構(gòu)，易磁化軸為c軸；鐵磁性。n富Nd相，沿晶粒邊界分布，其作用為：n能助熔促進(jìn)燒結(jié)，使磁體致密化，Br提高n沿晶界分布，有利于矯頑力的提高n易氧化，抗蝕性差。n富B相，大部分沿晶界分布。B為四方相形成的關(guān)鍵，但過多會(huì)使合金的Br下降。永磁體制備技術(shù)-燒結(jié)法 不足之處在于硬度高、脆性大、難以進(jìn)行機(jī)械加工。 真空熔煉制粉 (單疇粒子)鑄錠破碎