磁性材料參數(shù)

1、1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指標(biāo)？永磁材料的主要磁性能指標(biāo)是：剩磁(Jr, Br)、矯頑力(bHc)、內(nèi)稟矯頑力(jHc)、 磁能積(BH)mo我們通常所說的永磁材料的磁性能，指的就是這四項。永磁材料 的其它磁性能指標(biāo)還有：居里溫度(Tc)、可工作溫度(Tw)、剩磁及內(nèi)稟矯頑力的 溫度系數(shù)(BrO, jHcO)、回復(fù)導(dǎo)磁率(U rec.) 退磁曲線方形度(Hk/ jHc)、 高溫減磁性能以及磁性能的均一性等。除磁性能外，永磁材料的物理性能還包括密度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、熱膨脹系 數(shù)等；機(jī)械性能則包括維氏硬度、抗壓(拉)強(qiáng)度、沖擊韌性等。此外，永磁材 料的性能指標(biāo)中還有重要的一項，就是表面

2、狀態(tài)及其耐腐蝕性能。2、什么叫磁場強(qiáng)度(H)?1820年，丹麥科學(xué)家奧斯特(H. C. Oersted)發(fā)現(xiàn)通有電流的導(dǎo)線可以使其附近 的磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而揭示了電與磁的基本關(guān)系，誕生了電磁學(xué)。實(shí)踐表明：通 有電流的無限長導(dǎo)線在其周圍所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)弱與電流的大小成正比，與離開導(dǎo) 線的距離成反比。定義載有1安培電流的無限長導(dǎo)線在距離導(dǎo)線1/2 n米遠(yuǎn)處的 磁場強(qiáng)度為lA/m(安/米，國際單位制SI);在CGS單位制(厘米-克-秒)中，為紀(jì) 念奧斯特對電磁學(xué)的貢獻(xiàn)，定義載有1安培電流的無限長導(dǎo)線在距離導(dǎo)線0.2 厘米遠(yuǎn)處磁場強(qiáng)度為10e (奧斯特)，10e二1/(4兀X 10?) A/m。磁場強(qiáng)度

3、通常用H 表示。3、什么叫磁感應(yīng)強(qiáng)度，什么叫磁通密度(B), B與H, J, M之間存在什么樣 的關(guān)系？理論與實(shí)踐均表明，對任何介質(zhì)施加一磁場H時(該磁場可由外部電流或外部永 磁體提供，亦可由永磁體對永磁介質(zhì)本身提供，由永磁體對永磁介質(zhì)本身提供的 磁場乂稱退磁場-一關(guān)于退磁場的概念，見9Q),介質(zhì)內(nèi)部的磁場強(qiáng)度并不等于 H,而是表現(xiàn)為H與介質(zhì)的磁極化強(qiáng)度J之和。由于介質(zhì)內(nèi)部的磁場強(qiáng)度是由磁 場H通過介質(zhì)的感應(yīng)而表現(xiàn)出來的，為與H區(qū)別，稱之為介質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，記 為B：B二 uOH+J (SI 單位制)(1-1)B二H+4 JiM (CGS 單位制)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位為T, CGS單位為Gs (

4、lT=104Gs)o對于非鐵磁性介質(zhì)如空氣、水、銅、鋁等，其磁極化強(qiáng)度J、磁化強(qiáng)度M 幾乎等于0,故在這些介質(zhì)中磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B相等。由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來表示，故磁感應(yīng)強(qiáng)度B 乂可定義為磁力 線通量的密度，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁通密度B在概念上可以通用。4、什么叫磁極化強(qiáng)度（J）,什么叫磁化強(qiáng)度（M）,二者有何區(qū)別？現(xiàn)代磁學(xué)研究表明：一切磁現(xiàn)象都起源于電流。磁性材料也不例外，其鐵磁現(xiàn)象 是起源于材料內(nèi)部原子的核外電子運(yùn)動形成的微電流，亦稱分子電流。這些微電 流的集合效應(yīng)使得材料對外呈現(xiàn)各種各樣的宏觀磁特性。因?yàn)槊恳粋€微電流都產(chǎn) 生磁效應(yīng)，所以把一個單位微電流稱為一個磁偶極子。定義在

5、真空中每單位外磁 場對一個磁偶極子產(chǎn)生的最大力矩為磁偶極矩pm,每單位材料體積內(nèi)磁偶極矩 的矢量和為磁極化強(qiáng)度J,其單位為T （特斯拉，在CGS單位制中，J的單位為 Gs, IT二lOOOOGs）。定義一個磁偶極子的磁矩為pm/yO, U0為真空磁導(dǎo)率，每單位材料體積 內(nèi)磁矩的矢量和為磁化強(qiáng)度M,其SI單位為A/m, CGS單位為Gs （高斯）。M與J的關(guān)系為：J= P 0 M,在CGS單位制中，P0=l,故磁極化強(qiáng)度與磁 化強(qiáng)度的值相等；在SI單位制中，P 0=4 n X 10-7 H/m （亨/米）。5、什么叫剩磁伍，Br）,為什么在永磁材料的退磁曲線上任意測量點(diǎn)的磁極化 強(qiáng)度J值和磁感應(yīng)

6、強(qiáng)度B值必然小于剩磁Jr和Br值？永磁材料在閉路狀態(tài)下經(jīng)外磁場磁化至飽和后，再撤消外磁場時，永磁材料的磁 極化強(qiáng)度J和內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不會因外磁場H的消失而消失，而會保持一定 大小的值，該值即稱為該材料的剩余磁極化強(qiáng)度Jr和剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br,統(tǒng)稱 剩磁。剩磁Jr和Br的單位與磁極化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度單位相同。根據(jù)關(guān)系式(1-1)可知，在永磁材料的退磁曲線上，磁場H為0時，Jr=Br, 磁場H為負(fù)值時，J與B不相等，便分成了 J-H和B-H二條曲線。從關(guān)系式(1-1) 還可以看到，隨著反向磁場H的增大，B從最大值BwJr變化到0,最后為負(fù)值, 對于現(xiàn)代永磁材料，B退磁曲線的變化規(guī)律往往為直線；

7、J退磁曲線的變化規(guī)律 則不同：隨著反向磁場H的增大，B值線性減小，由于B值的減小量總是大于或 等于反向磁場H的增大量，故在J退磁曲線上的一定區(qū)域內(nèi)可以保持相對平直的 直線，但其J值總是小于氏。6、什么叫矯頑力(bHc),什么叫內(nèi)稟矯頑力(jHc) ?在永磁材料的退磁曲線上，當(dāng)反向磁場H增大到某一值bHc時，磁體的磁感應(yīng)強(qiáng) 度B為0,稱該反向磁場H值為該材料的矯頑力bHc；在反向磁場H二bHc時，磁 體對外不顯示磁通，因此矯頑力bHc表征永磁材料抵抗外部反向磁場或其它退磁 效應(yīng)的能力。矯頑力bHc是磁路設(shè)計中的一個重要參量之一。值得注意的是：矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁Jc因?yàn)閺?1-1)式

8、可 以看到，在H二bHc處，B二0,則P 0 bHc =J,上面己經(jīng)說明，在J退磁曲線上任 意點(diǎn)的磁極化強(qiáng)度值總是小于剩磁Jr,故矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁Jro 例如：Jr =12. 3kGs的磁體，其bHc不可能大于12. 3k0e。換句話說，剩磁Jr 在數(shù)值上是矯頑力bHc的理論極限。當(dāng)反向磁場H= bHc時，雖然磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0,磁體對外不顯示磁 通，但磁體內(nèi)部的微觀磁偶極矩的矢量和往往并不為0,也就是說此時磁體的磁 極化強(qiáng)度J在原來的方向往往仍保持一個較大的值。因此，bHc還不足以表征磁 體的內(nèi)稟磁特性；當(dāng)反向磁場H增大到某一值jHc時，磁體內(nèi)部的微觀磁偶極矩 的矢量和為

9、0,稱該反向磁場H值為該材料的內(nèi)稟矯頑力jHco內(nèi)稟矯頑力jHc是永磁材料的一個非常重要的物理參量，對于jHc遠(yuǎn)大于 bHc的磁體，當(dāng)反向磁場H大于bHc但小于jHc時，雖然此時磁體已被退磁到磁 感應(yīng)強(qiáng)度B反向的程度，但在反向磁場H撤消后，磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度B仍能因內(nèi) 部的微觀磁偶極矩的矢量和處在原來方向而回到原來的方向。也就是說，只要反 向磁場H還未達(dá)到j(luò)Hc,永磁材料便尚未被完全退磁。因此，內(nèi)稟矯頑力jHc是 表征永磁材料抵抗外部反向磁場或其它退磁效應(yīng)，以保持其原始磁化狀態(tài)能力的 一個主要指標(biāo)。矯頑力bHc和內(nèi)稟矯頑力jHc的單位與磁場強(qiáng)度單位相同。7、什么叫磁能積（BH）m?在永磁材料的B

10、退磁曲線上（二象限），不同的點(diǎn)對應(yīng)著磁體處在不同的工作狀 態(tài)，B退磁曲線上的某一點(diǎn)所對應(yīng)的Bm和Hm （橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)）分別代表磁體 在該狀態(tài)下，磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場的大小，Bm和Hm的絕對值的乘積（BmHm）代表磁體在該狀態(tài)下對外做功的能力，等同于磁體所貯存的磁能量，稱 為磁能積。在B退磁曲線上的Br點(diǎn)和bHc點(diǎn)，磁體的（BmHm） =0,表示此時磁 體對外做功的能力為0,即磁能積為0；磁體在某一狀態(tài)下（BmHm）的值最大， 表示此時磁體對外做功的能力最大，稱為該磁體的最大磁能積，或簡稱磁能積， 記為（BH）max或（BH）m。因此，人們通常都希望磁路中的磁體能在其最大磁能積 狀態(tài)下工

11、作。磁能積的單位在SI制中為J/m3（焦耳/立方米），在CGS制中為 MGOe （兆高奧斯特）,100/4 n J/m3=l MGOe。8、什么叫居里溫度（Tc）,什么叫磁體的可工作溫度Tw,二者有何關(guān)系？隨著溫度的升高，由于物質(zhì)內(nèi)部基本粒子的熱振蕩加劇，磁性材料內(nèi)部的微觀磁 偶極矩的排列逐步紊亂，宏觀上表現(xiàn)為材料的磁極化強(qiáng)度J隨著溫度的升高而減 小，當(dāng)溫度升高至某一值時，材料的磁極化強(qiáng)度J降為0,此時磁性材料的磁特 性變得同空氣等非磁性物質(zhì)一樣，將此溫度稱為該材料的居里溫度Teo居里溫 度Tc只與合金的成分有關(guān)，與材料的顯微組織形貌及其分布無關(guān)。在某一溫度下永磁材料的磁性能指標(biāo)與室溫相比降低

12、一規(guī)定的幅度，將該溫度稱 為該磁體的可工作溫度Two由于磁性能的這一降低幅度需要視該磁體的應(yīng)用條 件及要求而定，因此，所謂的磁體的可工作溫度Tw對于同一磁體來說是一個待 定值，也就是說，同一永磁體在不同的應(yīng)用場合可以有不同的可工作溫度Tw。顯然，磁性材料的居里溫度Tc代表著該材料的理論工作溫度極限。 事實(shí)上，永磁材料的實(shí)際可工作Tw遠(yuǎn)低于Tc。例如，純?nèi)腘d-Fe-B磁體的 Tc為312C,而其實(shí)際可工作Tw通常不到100C。通過在Nd-Fe-B合金中添加 重稀土金屬以及C。、Ga等元素，可顯著提高Nd-Fe-B磁體的Tc和可工作Tw。 值得注意的是，任何永磁體的可工作Tw不僅與磁體的Tc

13、有關(guān)，還與磁體的jHc 等磁性能指標(biāo)、以及磁體在磁路中的工作狀態(tài)有關(guān)。9、什么叫永磁體的回復(fù)導(dǎo)磁率(Prec.),什么叫J退磁曲線方形度(Hk/jHc), 它們有何意義？當(dāng)磁體處在動態(tài)工作條件下時，外部反向磁場H或磁體內(nèi)部的退磁場Hd呈周期 性變化，此時如圖2所示的工作點(diǎn)D亦呈周期性往復(fù)變化，定義在磁體的B退磁 曲線上工作點(diǎn)D往復(fù)變化的軌跡為磁體的動態(tài)回復(fù)線，該線的斜率為回復(fù)導(dǎo)磁率 P rec. o顯然，回復(fù)導(dǎo)磁率U rec.表征了磁體在動態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性，它 也是永磁體的B退磁曲線方形度，因此它是永磁體的一個重要的磁特性指標(biāo)之 -o對于Nd-Fe-B燒結(jié)磁體，B退磁曲線為直線且bHc約等

14、于Br,其回復(fù)導(dǎo)磁率 Prec.等于B退磁曲線的斜率且U rec. =1.031. 10o U rec越小，磁體在動態(tài)工 作條件下的穩(wěn)定性就越好。值得注意的是，若磁體的B退磁曲線不是直線，則磁體的回復(fù)導(dǎo)磁率 P rec.在不同工作點(diǎn)就有不同的值，此時如何把磁體設(shè)計在最穩(wěn)定的工作狀態(tài)， 就顯得非常重要。定義磁體的J退磁曲線上,J=0. 9Jr時的反向磁場大小為Hk, Hk/jHc 可以直觀地表示磁體的J退磁曲線方形度。對于具有高jHc的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體, jHc遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于bHc,當(dāng)反向磁場大于bHc但小于jHc時，相應(yīng)的B退磁曲線己進(jìn) 入第三象限。由(1-1)式可知，此時若磁體的J退磁曲線仍

15、為直線，則相應(yīng)第 三象限的B退磁曲線亦保持直線，此時磁體的?rec仍保持較小值，在反向外磁 場撤消后，磁體的工作點(diǎn)仍能恢復(fù)到原來的位置。因此，Hk/jHc也是永磁體的 一個重要的磁特性指標(biāo)之一，它和Prec-樣，表征了磁體在動態(tài)工作條件下的 穩(wěn)定性。10、什么叫磁力線，它有何特點(diǎn)？人們將磁力線定義為處處與磁感應(yīng)強(qiáng)度相切的線，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與磁力線方 向相同，其大小與磁力線的密度成正比。了解磁力線的基本特點(diǎn)是掌握和分析磁 路的的基礎(chǔ)。理論和實(shí)踐均表明，磁力線具有下述基本特點(diǎn)：1. 磁力線總是從N極出發(fā)，進(jìn)入與其最鄰近的S極，并形成閉合回路。這一現(xiàn)象在電磁學(xué)中稱為磁通連續(xù)性定理，由Maxwell

16、方程描述為： V. B二0（4-1）上式乂稱為磁場的高斯定律，表示任意磁場的散度為0,即通過任意閉 合曲面的凈磁通總是0,磁力線總是閉合的。2. 同電流類似，磁力線總是走磁阻最?。ù艑?dǎo)率最大）的路徑，因此 磁力線通常呈直線或曲線，不存在呈直角拐彎的磁力線。3. 任意二條同向磁力線之間相互排斥，因此不存在相交的磁力線。4. 當(dāng)鐵磁材料未飽和時，磁力線總是垂直于鐵磁材料的極性面。當(dāng)鐵 磁材料飽和時，磁力線在該鐵磁材料中的行為與在非鐵磁性介質(zhì)（如空氣、鋁、 銅等）中一樣。由于磁力線具有這樣的基本特性，因此介質(zhì)的磁化狀態(tài)取決于介質(zhì)的磁 學(xué)特性和幾何形狀。顯而易見，在通常情況下，介質(zhì)都處于非均勻磁化狀態(tài)，也 就是說通常介質(zhì)內(nèi)部的磁力線都成曲線狀態(tài)且分布不均勻；另