磁性材料课件.pptx

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1、 磁性材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料 一、一、磁性材料的分类磁性材料的分类1、按物质磁性按物质磁性的强弱分类的强弱分类（1）抗磁性抗磁性材料：材料：磁化率为磁化率为 -10-5-10-8（2）顺）顺磁性磁性材料：材料：磁化率为磁化率为 10-310-6（3）反铁磁性反铁磁性材料：材料：磁化率为磁化率为 10-310-5（4）亚铁磁性亚铁磁性材料：材料：磁化率为磁化率为 1104（5）铁磁性铁磁性材料：材料：磁化率为磁化率为 11052、按原子磁矩排列次序按原子磁矩排列次序分类分类（1）有序排列磁性有序排列磁性材料材料 如：如：抗磁性和顺磁性物质抗磁性和顺磁性物质。（2）无）无

2、序排列磁性序排列磁性材料材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料 （2）无）无序排列磁性序排列磁性材料材料 如：如：铁磁性铁磁性、亚铁磁性亚铁磁性、反铁磁性反铁磁性物质等。物质等。3、按外磁场作用下物质磁行为的表现按外磁场作用下物质磁行为的表现分类分类（1）抗磁抗磁材料：材料：抗磁性物质抗磁性物质（2）弱磁弱磁材料：材料：顺磁性和反铁磁性物质顺磁性和反铁磁性物质（3）强磁强磁材料：材料：亚铁磁性和铁磁性物质亚铁磁性和铁磁性物质 如：铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质，如：铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质，通常统称为通常统称为磁性材料磁性材料。 EXITEXITEXIT 磁性材料

3、磁性材料 二二、磁性物质的、磁性物质的磁化磁化起始磁化曲线：起始磁化曲线：外加磁化场强度由零单调地增加的和之间外加磁化场强度由零单调地增加的和之间的关系曲线的关系曲线 基本磁化曲线基本磁化曲线 ：磁锻炼后的和之间的关系曲线磁锻炼后的和之间的关系曲线 磁滞回线：磁滞回线：磁场强度变化一个周期后形成一个闭合曲线磁场强度变化一个周期后形成一个闭合曲线 正常磁滞回线：正常磁滞回线：对应饱和时的磁滞回线，又称极限磁滞回线。对应饱和时的磁滞回线，又称极限磁滞回线。 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料 三三、表征磁性材料性质的基本参表征磁性材料性质的基本参量量1、饱和磁感应强度、饱和磁感应强度 (饱

4、和磁通密度饱和磁通密度)磁化饱和状态时的磁感应强度。实际应磁化饱和状态时的磁感应强度。实际应用中，往往是指某一指定磁场下的磁感应强用中，往往是指某一指定磁场下的磁感应强度（基本上达到磁饱和时的磁场）度（基本上达到磁饱和时的磁场） 。 2、剩磁感应强度、剩磁感应强度从磁性体的饱和状态，磁场（包括自退从磁性体的饱和状态，磁场（包括自退磁场）单调减小到磁场）单调减小到0时磁感应强度。时磁感应强度。 3、磁通密度矫顽力、磁通密度矫顽力 从饱和磁化状态，沿饱和磁滞回线单调从饱和磁化状态，沿饱和磁滞回线单调改变磁场强度，磁感应强度改变磁场强度，磁感应强度B减小到减小到0时的磁时的磁场强度。场强度。 EXI

5、TEXITEXIT 磁性材料磁性材料 三三、表征磁性材料性质的基本参量表征磁性材料性质的基本参量 4 4、内禀矫顽力、内禀矫顽力 从饱和磁化状态，磁化强度从饱和磁化状态，磁化强度M M减减小到小到0 0的磁场强度。的磁场强度。 5、磁能积、磁能积在退磁曲线上的任意点的磁感应强在退磁曲线上的任意点的磁感应强度和磁场强度的乘积（度和磁场强度的乘积（BH）。）。6、 起始磁导率起始磁导率在磁中性状态下在磁中性状态下H0时磁导率的极时磁导率的极限值。限值。7、最大磁导率最大磁导率过过坐标原点与基本磁化曲线相切直坐标原点与基本磁化曲线相切直线切点处的磁导率。线切点处的磁导率。EXITEXITEXIT 磁

6、性材料磁性材料 三三、表征磁性材料性质的基本参量表征磁性材料性质的基本参量8、损耗角正切、损耗角正切串联复数磁导率的虚数部分与实数部分的比值。物理意串联复数磁导率的虚数部分与实数部分的比值。物理意义为磁性材料在交变磁场的每周期中，损耗能量与储存能量义为磁性材料在交变磁场的每周期中，损耗能量与储存能量之比。之比。 9、比损耗角正切、比损耗角正切损耗角正切与起始导磁率的比值。损耗角正切与起始导磁率的比值。 10、温度系数、温度系数在两个给定温度之间，被测的变化量除以温度变化量。在两个给定温度之间，被测的变化量除以温度变化量。 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料 三三、表征磁性材料性质的基本

7、参量表征磁性材料性质的基本参量1111、磁导率的比温度系数、磁导率的比温度系数磁导率的温度系数与磁导率的比值。磁导率的温度系数与磁导率的比值。 1212、居里温度、居里温度在此温度上，自发磁化强度为零，即铁磁性材料或亚在此温度上，自发磁化强度为零，即铁磁性材料或亚磁性材料由铁磁状态或亚铁磁状态转变为顺磁状态的临界磁性材料由铁磁状态或亚铁磁状态转变为顺磁状态的临界温度。温度。 磁性材料是指常温下表现为强磁性的亚铁磁性和铁磁磁性材料是指常温下表现为强磁性的亚铁磁性和铁磁性材料。性材料。按磁性材料不同特点又可分为按磁性材料不同特点又可分为软磁、硬磁、铁氧体软磁、硬磁、铁氧体等等材料。材料。EXITE

8、XITEXIT 磁性材料磁性材料软磁材料软磁材料矫顽力很低矫顽力很低( (0.80.8KA/m)KA/m)的磁性材料的磁性材料。当材料在磁场当材料在磁场中被磁化，移出磁场后，磁性便会全部或大部丧失。中被磁化，移出磁场后，磁性便会全部或大部丧失。软磁材料的主要磁特性软磁材料的主要磁特性、矫顽力和磁滞损耗低矫顽力和磁滞损耗低；、电阻率较高，磁通变化时产生的涡流损耗小电阻率较高，磁通变化时产生的涡流损耗小；、磁导率高，有时要求在低的磁场下具有恒定的磁导率高，有时要求在低的磁场下具有恒定的磁导率磁导率；、饱和磁感应强度高饱和磁感应强度高；、某些材料的磁滞回线呈矩形，要求高矩形比。某些材料的磁滞回线呈矩

9、形，要求高矩形比。 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特征值一、软磁材料特征值 1. 1. 磁导率磁导率 一一般希望般希望值越高越好。值越高越好。但但值高的材料在很低频率时出现自然共振、畴壁值高的材料在很低频率时出现自然共振、畴壁共振现象共振现象。在高频使在高频使用用时时，将将有有很大的铁磁共振损耗。很大的铁磁共振损耗。根据磁性材料应用目的根据磁性材料应用目的，分别选用材料起始磁导率分别选用材料起始磁导率i i和最大磁导率和最大磁导率m m。i i 值高的材料值高的材料m m亦较高亦较高，i i值是软磁材料的主要值是软磁材料的主要参数之一参数之一。6.1

10、软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特征值一、软磁材料特征值 2. 2. 品质因数品质因数 Q Q 值值 Q Q 值是损耗角正切的倒数，即值是损耗角正切的倒数，即 Q=1/(tan)Q=1/(tan)，tantan损耗角正切损耗角正切材料总的磁品质因素材料总的磁品质因素 Q Q 值上升时值上升时，值相应下降值相应下降，在一定条件下在一定条件下，Q Q 的乘积仍不变的乘积仍不变。一般用一般用Q Q 或或tan/tan/i i 来表示材料的质量指标或来表示材料的质量指标或损耗指标。损耗指标。 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特征值

11、一、软磁材料特征值 3. 3. 值的温度系数值的温度系数 值的温度系数值的温度系数表示表示为为6.1 软磁材料 211211TT1 1、2 2 温度温度T T1 1和和T T2 2时的磁导率时的磁导率；表示在两个给定温度之间表示在两个给定温度之间，温度变化一度时温度变化一度时，磁导磁导率的平均相对变化率。率的平均相对变化率。 ( (T2T2 T T1 1) )EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特征值一、软磁材料特征值 4. 减落减落 DA 在恒定温度下在恒定温度下，经过一定的时间间隔经过一定的时间间隔，磁性材料的磁磁性材料的磁导率相对减少导率相对减少，减少值表示为减少值表示

12、为DA=(1-2)/11、2不同时间依次测量的相对磁导率不同时间依次测量的相对磁导率。5. 铁损铁损 指铁磁性材料在交变磁场中反复磁化所消耗的功率。指铁磁性材料在交变磁场中反复磁化所消耗的功率。铁损一般由磁滞损耗和涡流损耗和剩余损耗所组成。铁损一般由磁滞损耗和涡流损耗和剩余损耗所组成。 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特征值一、软磁材料特征值 5. 5. 铁损铁损 磁滞损耗磁滞损耗：铁磁性材料磁化时，出现磁滞现象，每磁化一周所铁磁性材料磁化时，出现磁滞现象，每磁化一周所消耗的能量正比于磁滞回线的面积，这种能量损失称为消耗的能量正比于磁滞回线的面积，这种能

13、量损失称为磁滞损耗磁滞损耗。涡流损耗涡流损耗：按照电磁感应定律，铁磁材料在交变磁场中磁化按照电磁感应定律，铁磁材料在交变磁场中磁化，材料内磁通量发生变化时，在磁通的周围会产生感应电材料内磁通量发生变化时，在磁通的周围会产生感应电动势，因铁磁材料是导电物质，感应电动势将在垂直于动势，因铁磁材料是导电物质，感应电动势将在垂直于磁通方向的截面上感应出闭合的涡流电流。涡流磁通方向的截面上感应出闭合的涡流电流。涡流所引起所引起的焦耳损失称为的焦耳损失称为涡流损耗涡流损耗。6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特征值一、软磁材料特征值 5. 5. 铁损铁损 假定材料的磁导

14、率始终是一常数假定材料的磁导率始终是一常数，涡流损耗可用下涡流损耗可用下式计算式计算：6.1 软磁材料 310222W/m1064. 1meBdfPf f频率频率( (Hz)Hz)；d d材料厚度材料厚度( (mm)mm)；B Bm m最大磁感应最大磁感应强度强度( (T)T)；电阻率电阻率( (cmcm) )。 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特征值一、软磁材料特征值 5. 5. 铁损铁损 经过换算经过换算，PePe 的单位可以由的单位可以由 W/mW/m3 3 转换成转换成 W/kgW/kg。例如例如，PePe1.5/501.5/50 到为到为 2.34 2.34W/

15、kgW/kg，是指最大磁感应强度是指最大磁感应强度为为1.51.5T T，频率为频率为5 5OHzOHz时时，每公斤材料的铁损为每公斤材料的铁损为2.342.34W W。提高电阻率可降低涡流损耗。提高电阻率可降低涡流损耗。剩余损耗剩余损耗包括包括弛豫损耗弛豫损耗、畴壁共振损耗和自然共振损畴壁共振损耗和自然共振损耗。耗。6. 6. 矫顽力矫顽力 HcHc软磁材料在对称周期磁化条件下软磁材料在对称周期磁化条件下，磁感应强度磁感应强度 B=O B=O 时所相应的磁化场强度称为矫顽力时所相应的磁化场强度称为矫顽力H HC C。 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特

16、征值一、软磁材料特征值 7. 7. 饱和磁感应强度饱和磁感应强度 B BS S 在磁化场足够强的情况下在磁化场足够强的情况下，软磁材料可能达到的最软磁材料可能达到的最大磁感应强度大磁感应强度，称为饱和磁感应强度。称为饱和磁感应强度。8. 8. 剩余磁感应强度剩余磁感应强度 BrBr 软磁材料经一定强度的磁场磁化后软磁材料经一定强度的磁场磁化后，再将磁场强度再将磁场强度减至零减至零，材料内所剩的磁感应强度材料内所剩的磁感应强度，称为剩余磁感应强称为剩余磁感应强度度，通常简称为剩磁通常简称为剩磁B Br r。B Br r与材料本身有关与材料本身有关，也也与材料的磁化过程有关。与材料的磁化过程有关。

17、6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、软磁材料特征值一、软磁材料特征值 9. 复数磁导率复数磁导率 在交变电磁场中要用复数磁导率在交变电磁场中要用复数磁导率为为 = -j其中实部其中实部称称弹性磁导率弹性磁导率，虚部虚部称称粘性磁导率粘性磁导率。实部实部和虚部和虚部之比之比，即即 Tan=/称为称为损耗角损耗角，tan 称为称为损耗角正切或损耗因子损耗角正切或损耗因子。 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 常用的软磁材料有常用的软磁材料有纯铁纯铁、硅钢片硅钢片、铁铁镍镍合金合金、软磁软磁铁氧体铁氧体

18、等。等。1. 电工用纯铁电工用纯铁 （1）成分）成分 电工用纯铁，是一种含碳量低，含铁量电工用纯铁，是一种含碳量低，含铁量99.95以上以上的软钢。的软钢。（2）制备工艺）制备工艺 在平炉中进行冶炼时，用氧化渣除去碳、硅、在平炉中进行冶炼时，用氧化渣除去碳、硅、锰锰等等元素，再用还原渣除去磷和硫，出钢时在钢包中加入脱元素，再用还原渣除去磷和硫，出钢时在钢包中加入脱氧剂氧剂制备制备。6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 （3）主要特征值）主要特征值 起始磁导率起始磁导率i ：3005000，6000300000。 最大磁导率最大

19、磁导率m：6000120000，19000680000。 矫顽力矫顽力Hc： 39.895.5A/m，2.390.80 A/m 。（4 4）特点与应用）特点与应用 电工用纯铁属于高饱和材料，有较小的矫顽力，主要用电工用纯铁属于高饱和材料，有较小的矫顽力，主要用于制造于制造电磁铁电磁铁的铁芯和磁极的铁芯和磁极、继电器继电器的磁路和各种零件的磁路和各种零件、感感应式和电磁式应式和电磁式测量仪表的各种零件测量仪表的各种零件、扬声器扬声器的磁路的磁路、电话电话中中的振动膜的振动膜、电机电机中用以导引直流磁通的磁极中用以导引直流磁通的磁极。冶金原料冶金原料等。等。6.1 软磁材料 EXITEXITEXI

20、T 磁性材料磁性材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 2. 2. 硅铁合金硅铁合金 电工用纯铁只能在直流磁场下工作电工用纯铁只能在直流磁场下工作，在交变磁场下工在交变磁场下工作作，涡流损耗大。涡流损耗大。在纯铁中加人在纯铁中加人0.380.384.54.5硅，形成固溶体，可以提硅，形成固溶体，可以提高材料电阻率，减少涡流损耗，这种材料称为高材料电阻率，减少涡流损耗，这种材料称为硅铁合金硅铁合金，或者称或者称电工用硅钢片电工用硅钢片。6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 （1 1）主要物理性质的改变）主要物理性质的改

21、变纯铁中加入硅后，材料的纯铁中加入硅后，材料的一些一些物理性质发生变化。物理性质发生变化。 (a) 热导率热导率 改变。改变。铁的热导率在加入硅后剧烈地降低铁的热导率在加入硅后剧烈地降低，温度温度O时热时热导率随钢中含硅量的提高而发生变化导率随钢中含硅量的提高而发生变化。Si含含从从0%增加到增加到4.2%，从从0.130降低到降低到0.040 418.68W(mk)-1。取向硅钢片的取向硅钢片的纵向和横向纵向和横向热导率有很大差别热导率有很大差别，一般一般纵向热导率比横向热导率将近大纵向热导率比横向热导率将近大 2 个数量级个数量级。6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材

22、料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 (b) 电阻率电阻率改变改变。随着含硅量增加到随着含硅量增加到5%，硅铁合金的电阻率急剧上升。硅铁合金的电阻率急剧上升。在在0.255含硅量范围内含硅量范围内，电阻率与含硅量的关系电阻率与含硅量的关系为：为：=13.25+11.30Si% (c) 相对密度相对密度d 改变。改变。随着含硅量的增加随着含硅量的增加，密度，密度几乎是直线地降低几乎是直线地降低，变化关，变化关系式为：系式为：d=7.8740-0.0622Si% 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 （2）主要特点与应用

23、）主要特点与应用 硅铁合金属于高饱和材料硅铁合金属于高饱和材料，主要用各种形式的发电机主要用各种形式的发电机、电动机和变压器中电动机和变压器中；在扼流圈在扼流圈、继电器继电器、测量仪表中也大量测量仪表中也大量使用。使用。含含 3%Si 的的 Si-Fe 合金片合金片，饱和磁通密度高，饱和磁通密度高，在在电力变压电力变压器和配电变压器中大量采用。器和配电变压器中大量采用。这种材料的磁通密度这种材料的磁通密度受受最后退火处理时的最后退火处理时的温度影响较大温度影响较大，磁通密度随最后退火温度的升高而增加。磁通密度随最后退火温度的升高而增加。 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性

24、材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 3.镍镍铁合金铁合金 （1）组分与分类）组分与分类 镍镍铁合金主要是含铁合金主要是含镍镍量为量为 30%90% 的的镍镍铁合金铁合金，通常通常称称坡莫合金坡莫合金。镍镍铁合金由铁合金由 Fe、Ni、Mo、Cr、Cu 等元素组成。等元素组成。随着组分的不同，随着组分的不同，镍镍铁合金可能分为铁铁合金可能分为铁镍镍二元合金二元合金，铁铁镍镍三元或多元合金等。三元或多元合金等。二元合金中如果添加二元合金中如果添加 MoMo、CrCr、CuCu、V V 一类元素一类元素，可以减可以减慢从无序相到有序相转变的过程慢从无序相到有序相转变的过程；如果添加如果

25、添加 MnMn、SiSi、GeGe 等等元素，则可使合金的长程有序度几乎保持不变。元素，则可使合金的长程有序度几乎保持不变。6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 （2）特点与应用）特点与应用镍镍铁合金的起始磁导率铁合金的起始磁导率i 和最大磁导率和最大磁导率m很高很高，电阻电阻率在率在 50cm 左右左右，BS 较低。较低。 铁铁镍镍合金广泛应用在电讯工业、仪表、电子计算机、合金广泛应用在电讯工业、仪表、电子计算机、控制系统等领域中。控制系统等领域中。根据合金组分的不同根据合金组分的不同，能够用来制作小功率电力变压能够用来制作

26、小功率电力变压器、器、微电机微电机、继电器、互感器、磁调制器等等。、继电器、互感器、磁调制器等等。 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 4. 4. 软磁铁氧体软磁铁氧体 （1 1）组成与特性）组成与特性软磁铁氧体是铁氧体材料中的一种，是一种容易磁软磁铁氧体是铁氧体材料中的一种，是一种容易磁化和退磁的铁氧体。化和退磁的铁氧体。软磁铁氧体是氧离子和金属离子组成的尖晶石结构软磁铁氧体是氧离子和金属离子组成的尖晶石结构的氧化物，一般化学式为的氧化物，一般化学式为 ABAB2 20 04 4，其中其中 A A、B B 分别代表分别代表

27、二阶和三阶的阳离子。二阶和三阶的阳离子。软磁铁氧体的起始磁导率高，矫顽力小，损耗小，软磁铁氧体的起始磁导率高，矫顽力小，损耗小，使用频率可达高频、超高频范围。属于半导体类，电阻使用频率可达高频、超高频范围。属于半导体类，电阻率为率为 10 102 210101212cmcm。6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、软磁材料种类和应用二、软磁材料种类和应用 4. 软磁铁氧体软磁铁氧体 （2）常用种类与应用）常用种类与应用常用的软磁铁氧体有常用的软磁铁氧体有镍锌镍锌铁氧体铁氧体和和锰锌锰锌铁氧体铁氧体。镍锌镍锌铁氧体铁氧体：在高频领域中是很重要的材料，由于在高频领域中是很重

28、要的材料，由于电阻率高，可用于电阻率高，可用于 1200 MHz 的频率范围，在使用频的频率范围，在使用频率范围内，要求这种材料有尽可能小的磁损耗及起始磁率范围内，要求这种材料有尽可能小的磁损耗及起始磁导率的温度系数。导率的温度系数。锰锌锰锌铁氧体铁氧体：属于高导磁属于高导磁(低频低频)铁氧体，电阻率比铁氧体，电阻率比较低较低 (102cm)，适用于适用于 1MHz 以下以下。 6.1 软磁材料 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料硬磁材料是具有强的硬磁材料是具有强的抗退磁能力和高抗退磁能力和高的剩余磁感应强度的剩余磁感应强度的强磁性材料，又称的强磁性材料，又称永磁材料。永磁材料。 硬磁

29、材料性能的主要表征参数是剩余硬磁材料性能的主要表征参数是剩余磁感应强度磁感应强度BrBr、矫顽力矫顽力H HC C和最大磁能积和最大磁能积( (BH)maxBH)max，三者愈高，硬磁材料性能越好。三者愈高，硬磁材料性能越好。但但这类材料具有大的磁滞损耗。这类材料具有大的磁滞损耗。用磁滞回线形状用磁滞回线形状可可区分硬磁材料和软区分硬磁材料和软磁材料，软硬程度可以用磁材料，软硬程度可以用 B Br rH Hc c 乘积来乘积来度量。度量。6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值 硬磁材料主要用于制造永硬磁材料主要用于制造永久磁铁。久磁铁。6

30、.2 硬磁材料永久磁铁永久磁铁一旦经外加磁场一旦经外加磁场饱和磁化后，撤去外加磁场饱和磁化后，撤去外加磁场，在磁铁两个磁极之间的空在磁铁两个磁极之间的空隙中便可产生恒定磁场，对隙中便可产生恒定磁场，对外界提供有用的磁能。外界提供有用的磁能。磁铁本身受到退磁场作用磁铁本身受到退磁场作用，退磁场的方向和原来外加，退磁场的方向和原来外加磁场的方向是相反的，永磁磁场的方向是相反的，永磁体的工作点从剩磁体的工作点从剩磁BrBr点移到点移到磁滞回线第二象限，即退磁磁滞回线第二象限，即退磁曲线的某一点上，永久磁铁曲线的某一点上，永久磁铁的实际工作点用的实际工作点用D D表示。表示。 EXITEXITEXIT

31、 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值6.2 硬磁材料硬磁材料性能好坏硬磁材料性能好坏，应该应该 由退磁曲线上的有关物理量由退磁曲线上的有关物理量来衡量。来衡量。硬磁材料的特征值硬磁材料的特征值包括：包括：剩余磁感应强度剩余磁感应强度 B Br r表观磁感应强度表观磁感应强度 B BD D矫顽力矫顽力H Hc c最大磁能积最大磁能积( (BH)BH)maxmax回复磁导率回复磁导率revrev 等。等。EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值1. 剩磁剩磁Br 和表观剩磁和表观剩磁BD6.2 硬磁材料 剩余磁感应强度，简称剩余磁感应强度，简

32、称剩磁剩磁：磁性材料被磁化到相磁性材料被磁化到相应于最大磁化场应于最大磁化场 Hs 后，再后，再使磁化场为零时所剩留的磁使磁化场为零时所剩留的磁感应强度称为，用感应强度称为，用Br表示，表示，单位单位 T。 在工作状态下，永久磁在工作状态下，永久磁铁的工作点在退磁场作用下铁的工作点在退磁场作用下从从 Br 点移到点移到 D 点，这时永点，这时永磁体所具有的剩余磁感应强磁体所具有的剩余磁感应强度，称为度，称为表观剩磁表观剩磁 BD。EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值2. 2. 矫顽力矫顽力 H HC C6.2 硬磁材料永磁材料的矫顽力有两种永磁材料的矫

33、顽力有两种定义定义：（1）使磁感应强度使磁感应强度 B=0所所需的磁场值需的磁场值，常用常用 BHc或或 Hc 表示表示；（2）使磁化强度使磁化强度M=0所需所需的磁场值，常用的磁场值，常用MHc 表示。表示。矫顽力的大小主要由磁各矫顽力的大小主要由磁各向异性、掺杂、晶界等各种因向异性、掺杂、晶界等各种因素对畴壁不可逆位移和磁畴不素对畴壁不可逆位移和磁畴不可逆转动的阻滞作用的大小来可逆转动的阻滞作用的大小来决定决定。阻滞越大，矫顽力就越阻滞越大，矫顽力就越大。大。EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值3. 最大磁能最大磁能积积(BH)max和和凸出系数凸

34、出系数 6.2 硬磁材料 最大磁能积最大磁能积在数值上等在数值上等于于退磁曲线退磁曲线上各点所对应的磁上各点所对应的磁感应强度和磁场强度乘积中的感应强度和磁场强度乘积中的最大值。最大值。 硬磁材料的工作点位于退硬磁材料的工作点位于退磁曲线上具有磁曲线上具有(BH)max 的那一的那一点时，为了提供相同的磁能所点时，为了提供相同的磁能所需要的需要的材料体积最小材料体积最小。 材料的材料的(BH)max 越大，永越大，永磁体性能越好。磁体性能越好。EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值3. 最大磁能最大磁能积积(BH)max和和凸出系数凸出系数 6.2 硬磁

35、材料退磁曲线的形状与磁能积退磁曲线的形状与磁能积大小有密切关系。曲线的凸出大小有密切关系。曲线的凸出程度和磁能积有关。程度和磁能积有关。退磁曲线的凸出程度可用退磁曲线的凸出程度可用凸出系数凸出系数表示表示：(BH)max/BrHc两种不同的材料，两种不同的材料，Br和和Hc值相同，但退磁曲线形状不值相同，但退磁曲线形状不同，同，则则(BH)max值不同。值不同。 退磁曲线凸出程度越大，退磁曲线凸出程度越大，磁能积越大。磁能积越大。EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值 4. 4. 回复磁导率回复磁导率revrev 6.2 硬磁材料一块永磁材料去掉磁化场之

36、后一块永磁材料去掉磁化场之后, ,剩磁剩磁 B Br r在纵坐标轴上在纵坐标轴上 A A 点位置上点位置上, ,当受外界各种因素影响时当受外界各种因素影响时, ,永磁体永磁体的剩磁沿着退磁曲线降到某一位置的剩磁沿着退磁曲线降到某一位置M M。这些影响相当于退磁场的作用这些影响相当于退磁场的作用, ,当这些退磁场除去之后，磁性不再当这些退磁场除去之后，磁性不再回复到回复到 A A 位置位置，而是到一个新的而是到一个新的位置位置 MM。如果循环地改变在如果循环地改变在 M-M-MM之间的退磁场，永磁体特性将之间的退磁场，永磁体特性将按照回复曲线来改变。按照回复曲线来改变。这样形成这样形成一个狭窄的

37、局部磁滞一个狭窄的局部磁滞回回线。线。 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值 4. 4. 回复磁导率回复磁导率revrev 6.2 硬磁材料回线的面积很小，通常可用回回线的面积很小，通常可用回复曲线来代替，并用仰角复曲线来代替，并用仰角的正切的正切表示它的特性，被称为表示它的特性，被称为回复磁导回复磁导率率rev，即：即： revB/H=tan 5. 稳定性稳定性 稳定性是指它的有关磁性能稳定性是指它的有关磁性能在长时间使用过程中或者受到温在长时间使用过程中或者受到温度、外磁场、冲击、振动等外界度、外磁场、冲击、振动等外界因素影响时因素影响时，保持不变

38、的能力。保持不变的能力。用变化率用变化率来表示来表示：EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值 5. 稳定性稳定性6.2 硬磁材料Z 硬磁材料参数硬磁材料参数，如如Br、BD 等等；Z参数的变化量。参数的变化量。 稳定性是指它的有关磁性能稳定性是指它的有关磁性能在长时间使用过程中或者受到温在长时间使用过程中或者受到温度、外磁场、冲击、振动等外界度、外磁场、冲击、振动等外界因素影响时因素影响时，保持不变的能力。保持不变的能力。用变化率用变化率来表示来表示：%100ZZEXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 硬磁

39、材料可分成铸造硬磁合金硬磁材料可分成铸造硬磁合金、可变形硬磁合金可变形硬磁合金、稀土硬磁合金稀土硬磁合金、硬磁铁氧体硬磁铁氧体、粘结磁体粘结磁体等五等五类类。1. 1. 铸造硬磁合金铸造硬磁合金铸造硬磁合金指铸造的铸造硬磁合金指铸造的AlAl-Ni-Co-Ni-Co和和AlAl-Ni-Co-Ti-Ni-Co-Ti系等系等合金合金，高磁能积高磁能积，高矫顽力高矫顽力，应用广泛。应用广泛。特点特点：质脆而硬质脆而硬，只能通过铸造只能通过铸造( (或粉或粉末末冶金冶金) )成形成形和磨削加工成磁体和磨削加工成磁体，最大磁能积最大磁能积( (BH)BH)maxmax从从8 88 8O kJ/mO kJ

40、/m3 3。6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 2. 2. 可变形硬磁合可变形硬磁合金金可变形硬磁合金包括含碳可变形硬磁合金包括含碳( (或或钨钨、铬铬、钴钴) )的磁钢的磁钢，Fe-Cr-CoFe-Cr-Co系合金系合金，Fe-Co-V Fe-Co-V 系合金系合金，PtPt- -Co(PtCo(Pt-Fe)-Fe)系合系合金金，MnMn- -AlAl-C-C系合金系合金，Cu-Ni-Fe(Cu-Ni-Fe(或或 Cu-Ni-Co)Cu-Ni-Co)系合金等。系合金等。 这类材料可通过热、冷塑性变形和机械加工制成丝、这类材料

41、可通过热、冷塑性变形和机械加工制成丝、带及其他各种形状的永磁体带及其他各种形状的永磁体，最大磁能积最大磁能积( (BH)BH)maxmax从碳钢从碳钢的的l.6kJ/ml.6kJ/m3 3至至Pt-CoPt-Co的的 8 8OkJ/mOkJ/m3 3。6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 3. 3. 硬磁铁氧体硬磁铁氧体 硬磁铁氧体包括硬磁铁氧体包括钡钡铁氧体铁氧体BaFeBaFe1212O Ol9l9、锶锶铁氧体铁氧体SrFeSrFe12120 01919和铅铁氧体和铅铁氧体 PbFePbFe12120 01919。硬磁铁氧体

42、特点硬磁铁氧体特点：剩余磁通量小、矫顽力大、电阻率大、密度小剩余磁通量小、矫顽力大、电阻率大、密度小、重量重量轻、温度系数大、制造工艺简单等轻、温度系数大、制造工艺简单等。硬磁材料中价格最低硬磁材料中价格最低，用量最大的一类磁体用量最大的一类磁体，最大磁最大磁能积能积( (BH)BH)maxmax 为为 8 832 32 kJ/mkJ/m3 3。6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 4. 4. 稀土硬磁合金稀土硬磁合金 稀土硬磁合金包括稀土稀土硬磁合金包括稀土钴钴和稀土铁系和稀土铁系金属间化合物金属间化合物，为为硬磁材料中性能最

43、高硬磁材料中性能最高的一类。的一类。最早的稀土硬磁合金是稀土最早的稀土硬磁合金是稀土钴钴磁铁，可以用磁铁，可以用R Rx xM My y表示表示。 R R 属于周期表的第属于周期表的第 3 3 族，包括从原子序号为族，包括从原子序号为 57( 57(La) La) 到到 71( 71(Lu) Lu) 和和 39( 39(Y) Y) 表示的稀土元素表示的稀土元素；M M 表示铁族的过渡元素。表示铁族的过渡元素。稀土稀土钴钴磁铁的磁铁的 B Br r 值大致与铝值大致与铝镍钴镍钴合金的接近，矫顽合金的接近，矫顽力约为铁氧体的三倍。力约为铁氧体的三倍。6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材

44、料磁性材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 4. 4. 稀土硬磁合金稀土硬磁合金 稀土稀土钴钴磁铁磁铁的的特点还有特点还有：小体积可以产生大磁场，稳小体积可以产生大磁场，稳定性好，不易受外磁场的影响，高温下使用不会退磁等。定性好，不易受外磁场的影响，高温下使用不会退磁等。第一代永磁材料第一代永磁材料：RCoRCo5 5，已批量生产已批量生产。第二代永磁材料第二代永磁材料：R R2 2CoCo1717，已批量生产。用已批量生产。用FeFe、CuCu、Z Zr r取代部分取代部分CoCo，合金性能好合金性能好，SmSm含量少含量少，成本低成本低，( (BH)BH)maxmax为为297

45、.7297.7kJ/mkJ/m3 3，B Br r为为12601260mTmT。这这两代稀土永磁合金，各组分配比是提高材料磁性能两代稀土永磁合金，各组分配比是提高材料磁性能的关键。的关键。6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 4. 4. 稀土硬磁合金稀土硬磁合金 第三代永磁材料第三代永磁材料：CoCo 在价格上往往较高在价格上往往较高，用用 NdNd 取代取代 Co Co 的的 NdNd-Fe-B -Fe-B 合金在磁性能上及价格上都优于稀土合金在磁性能上及价格上都优于稀土钴钴磁磁铁材料，称之为铁材料，称之为第三代永磁材料第三代

46、永磁材料。 NdNd-Fe-B-Fe-B 材料的出现，立即引起广泛关注。材料的出现，立即引起广泛关注。NdNd-Fe-B -Fe-B 材料材料的的( (BH)BH)maxmax大于大于 39 39O O kJ/m kJ/m3 3。 第三代稀土永磁材料的第三代稀土永磁材料的最大缺点最大缺点是居里温度较低、温是居里温度较低、温度稳定性和环境稳定性较差。度稳定性和环境稳定性较差。解决的方法解决的方法主要有主要有：（1 1）改变）改变材料的化学成分材料的化学成分。（。（2 2）改进改进材料的表面处理材料的表面处理工艺工艺。6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、硬磁材料种类和应用

47、二、硬磁材料种类和应用 4. 稀土硬磁合金稀土硬磁合金 (1)改变化学成分的研究改变化学成分的研究：成分为成分为 (Nd,Dy)-(Fe,Co)-B系的永磁材料系的永磁材料，采用一般的采用一般的粉末冶金方法制备样品粉末冶金方法制备样品，在在10501120 烧结烧结，在在600附近退火。有的样品还加少量的附近退火。有的样品还加少量的Al、Ga、Nb 和和 Cu。剩磁和矫顽力的温度系数分别为剩磁和矫顽力的温度系数分别为-0.08%/K 和和 -0.5%/K，可能应用到可能应用到250。在潮温环境中的抗腐蚀能力比一般的稀土永磁材料提在潮温环境中的抗腐蚀能力比一般的稀土永磁材料提高约高约100倍。倍

48、。 6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 4. 4. 稀土硬磁合金稀土硬磁合金 (2)(2)表面处理研究表面处理研究: :防腐蚀的涂层或镀层方法防腐蚀的涂层或镀层方法。采用采用两层保护层两层保护层( (下层用下层用 Ni Ni 层，上层用层，上层用 Cr Cr 层层) )、Ni/Cu/Ni/CrNi/Cu/Ni/Cr多层保护层多层保护层、Zn Zn 层、层、亮亮 Ni Ni 层、亮层、亮 Au Au 层和环氧树脂暗层的表面保护层，以防层和环氧树脂暗层的表面保护层，以防止止NdNd-Fe-B-Fe-B永磁体受腐蚀。永磁体受腐蚀。在

49、这几种保护层中，以在这几种保护层中，以 Ni/Cr Ni/Cr 两层保护层的防腐蚀效两层保护层的防腐蚀效果最好果最好，而且对永磁性能的不利影响也小而且对永磁性能的不利影响也小。6.2 硬磁材料EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料第四代永磁材料第四代永磁材料：主 要 有主 要 有 S S m m2 2F eF e1 71 7C C x x 、S Sm m2 2FeFe1717NxNx、Sm-Fe-Ti Sm-Fe-Ti 等等，( (BH)BH)maxmax的理论的理论值值高达高达4545O O kJ/mkJ/m3 3。第四代永磁材料还处第四代永磁材料还处于研究和工业化试验阶段。于研究和工业

50、化试验阶段。不同永磁材料的主要不同永磁材料的主要用途。用途是相当广泛的。用途。用途是相当广泛的。 6.2 硬磁材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 4. 4. 稀土硬磁合金稀土硬磁合金 EXITEXITEXIT 磁性材料磁性材料二、硬磁材料种类和应用二、硬磁材料种类和应用 4. 4. 稀土硬磁合金稀土硬磁合金 近年来近年来，微晶永磁体微晶永磁体和和纳米晶稀土永磁体纳米晶稀土永磁体的研制受到的研制受到较大重视。较大重视。微晶永磁体微晶永磁体：基本原理基本原理是在冷却过程中出现部分晶粒来不及成长就是在冷却过程中出现部分晶粒来不及成长就被凝固在金属液体中被凝固在金属液体中，或者把制成的非