磁性材料的基礎(chǔ)知識(shí)講座

1、一、磁性材料的定義、種類、特點(diǎn)和用途：一、磁性材料的定義、種類、特點(diǎn)和用途： 定義：可用于制造磁功能器件的強(qiáng)磁性材料稱為磁性材料。有硬磁、軟磁、磁薄膜、磁致伸縮材料等。其中應(yīng)用最廣的是硬磁材料和軟磁材料。硬磁材料：是指在外磁場的作用下（即充磁）會(huì)帶上磁性，外磁場消失后磁性仍然存在的一種材料。軟磁材料：是在外磁場的作用下會(huì)帶上磁性，外磁場消失后它的磁性也會(huì)跟著消失的一種材料。表現(xiàn)在性能參數(shù)上就是硬磁材料的Br和Hcj很大而且是越大越好，而軟磁材料它的磁導(dǎo)率高，Br特別是Hcj很小、一般的認(rèn)為是Hcj0.8KA/m的材料為硬磁材料，一般的磁性材料中都含有Fe、Ni、Co三種元素中的一種或幾種。 磁

2、性材料的發(fā)展：磁性材料的發(fā)展： 發(fā)明年代材料名稱成分Br(Gs)Hcj(Oe) （BH）maxTc()十九世紀(jì)碳鋼CFe9000500.2750十九世紀(jì)末鎢鋼WFe100001700.3750二十世紀(jì)初鈷鋼CoFe90002600.957501940年代鋁鎳鈷5AlNiCo1300050058001950年代鋁鎳鈷8、9AlNiCoTi100002000108001965釤鈷（1：5）SmCo51000020000247001972釤鈷（2：17）SmCoFeCuZr1100020000308001940鋇鐵氧體BaFe12O194000200044651960鍶鐵氧體SrFe12O19400

3、0400044651960鉑鈷PtCo70005000125001980鉑鐵PtFe108004300204001983釹鐵硼Nd2Fe14B130001500040310不同種類磁性材料的特點(diǎn)鐵氧體鐵氧體：廉價(jià)品，應(yīng)用非常普遍，但性能低 鋁鎳鈷鋁鎳鈷：在指針式儀表中占主導(dǎo)地位，年產(chǎn)不到一萬噸，工作溫度在450550度內(nèi)都可以正常工作，是可工作溫度最高的一種磁體，但鎳、鈷是戰(zhàn)略物資價(jià)格非常高，而且受國際國內(nèi)的政治局勢影響大；釤鈷釤鈷：在軍用品和高檔消費(fèi)品中占主導(dǎo)地位，年產(chǎn)12千噸，和鋁鎳鈷相比釤鈷的價(jià)格更高；但在一些對(duì)性能要求很高，而使用溫度也很高的地方就只能使用釤鈷，SmCo5工作溫度為25

4、0，Sm2Co17的工作溫度在350，因此它仍然會(huì)有一定的市場，否則以它的價(jià)格早就該淘汰了； 鉑鈷鉑鈷：主要在飛機(jī)“黑匣子”中應(yīng)用，產(chǎn)量很少； 釹鐵硼釹鐵硼：在電子計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備中已占主導(dǎo)地位；它的磁性最強(qiáng)，被稱為永磁王，價(jià)格中等，在表面鍍層的保護(hù)下，穩(wěn)定性良好，也就是說它的性價(jià)比最高，綜合性能最好，它的應(yīng)用是越來越廣，在很多地方只要不受溫度限制，都有取代其它磁鋼的趨勢。 二、磁性材料的磁性能參數(shù)：磁性材料的磁性能參數(shù)： 剩磁剩磁Br:鐵磁體磁化到飽和并去掉外磁場后，在磁化方向保留的磁化強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度，Mr或Br，就是在退磁曲線上磁場強(qiáng)度降為零時(shí)顯示的磁性能。矯頑力矯頑力：鐵磁體磁化到飽

5、和以后，使它的磁化強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度降低到零所需要的反向磁場稱為矯頑力，分別記作Hcj和Hcb。磁能積磁能積BH：表示磁性材料在其退磁曲線上任意一點(diǎn)工作時(shí)，能向外部磁路提供的能量。永磁材料的使用一般都是利用它在磁場源或者說是磁力源在空氣隙中產(chǎn)生的磁場，而磁能積是表征它在空氣隙中產(chǎn)生磁場大小的一種參量，因此它是非常關(guān)鍵的一參數(shù)。Hg=(BHVm/Vg)1/2=(BH)mVm/Vg)1/2其中Hg指氣隙磁場，Vg指氣隙體積Vm指磁體的體積 由上式可知：氣隙磁場強(qiáng)度Hg和（BH）max成平方根的關(guān)系，當(dāng)氣隙體積Vg和氣隙磁場強(qiáng)度Hg為一定的情況下，（BH）max大時(shí)，磁體的體積Vm可縮小，這也就是現(xiàn)在

6、很多的電子產(chǎn)品能越做越小的一個(gè)原因，如手機(jī)現(xiàn)在可以越做越小，有很大的一個(gè)原因是手機(jī)上的蜂鳴器磁鋼可以做得很小，以前的收音機(jī)喇叭要那么大的一個(gè)磁鋼，你想把它做得很小本身就是不可能的一件事 磁性材料的磁性能參數(shù)（磁性材料的磁性能參數(shù)（2 2）磁體的表磁或磁通磁體的表磁或磁通：表磁是指磁體的表面磁場；磁通是指通過線圈單位面積磁力線的根數(shù)。磁體磁參數(shù)的測量一般是對(duì)規(guī)則的圓柱或方塊來進(jìn)行的，對(duì)于一個(gè)已加工好的磁性器件因?yàn)樗拿娣e已經(jīng)很難計(jì)算得非常精確，就只能是通過表磁或磁通來反映它磁性能的強(qiáng)弱了。這是大部分購買磁體的廠家所關(guān)心的問題，一般的，磁體沿充磁方向的厚度越厚其表磁和磁通也會(huì)相應(yīng)增高。曲線的方形度

7、曲線的方形度Hk/HcjHk/Hcj：Hk指的是J=0.9Br時(shí)相對(duì)應(yīng)的磁場，Hk/Hcj可以直觀的表示J退磁曲線方形度?；貜?fù)磁導(dǎo)率回復(fù)磁導(dǎo)率recrec:當(dāng)磁體受到一個(gè)周期的外界反磁場后，它的磁性要下降，當(dāng)外磁場消失后它也不能完全回到原來的位置而是要下降一定的值，此時(shí)磁體的工作點(diǎn)將在退磁曲線以下形成一個(gè)小回路，不能和退磁曲線重合，我們稱此小回路的斜率為回復(fù)磁導(dǎo)率rec。這個(gè)值一般都大于1它越接近1說明磁體的抗退磁能力越強(qiáng)，越有利。值得注意的是值得注意的是，若磁體的B退磁曲線不是直線，則磁體的退磁回復(fù)磁導(dǎo)率rec在不同的工作點(diǎn)就有不同的值，此時(shí)要把磁體設(shè)計(jì)在最穩(wěn)定的工作狀態(tài)就增加了難度，也顯得

8、非常重要。 磁性材料的磁性能參數(shù)（磁性材料的磁性能參數(shù)（3 3）磁體的居里溫度磁體的居里溫度Tc：隨著溫度的升高磁體的磁性能要降低，當(dāng)溫度升高某一值后，磁性能將消失，也就是對(duì)外不顯示磁性，稱此溫度為居里溫度。居里溫度只與合金的成分有關(guān)，與材料的顯微組織及其分布無關(guān)。磁體的工作溫度磁體的工作溫度Tw：在某一溫度下，永磁材料的磁性能指標(biāo)與室溫相比降低一規(guī)定的幅度，將該溫度稱為磁體的可工作溫度。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(duì)于同一磁體來說是一個(gè)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。一般的，我們認(rèn)為磁體在該溫度

9、下保溫100個(gè)小時(shí)磁性能下降在5%之內(nèi)便認(rèn)為是合適的。磁體的不可逆損失磁體的不可逆損失：磁體經(jīng)過一定的溫度和時(shí)間加熱后，它的性能要下降一定的值，稱此下降的部分為磁性不可逆損失。 三、三、NdFeB磁體的介紹：磁體的介紹： 3.1NdFeB磁體牌號(hào)及特點(diǎn)磁體牌號(hào)及特點(diǎn)1、燒結(jié)、燒結(jié)NdFeB磁體的牌號(hào)命名及特點(diǎn)：磁體的牌號(hào)命名及特點(diǎn)： 燒結(jié)NdFeB的牌號(hào)一般由字母N、H、SH、UH、EH加上數(shù)字，常見的有30、35、38、40、42、45、48、50、52等組成。數(shù)字指該牌號(hào)磁體的磁能積的大小，而字母則是該牌號(hào)磁體矯頑力種類的代號(hào)，它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系為： 字 母NMHSHUHEHHcj值（KOe）

10、121417202530燒結(jié)燒結(jié)NdFeB磁體的牌號(hào)命名及特點(diǎn)磁體的牌號(hào)命名及特點(diǎn)(2)(2)例如：N50它表示磁體的矯頑力Hcj12，磁能積在4851MGsOe之間；40SH表示磁體的矯頑力Hcj20，磁能積在3841MGsOe之間；一般的，矯頑力越低的牌號(hào)它的磁能積可以做得越高，但它受外界的影響大易退磁，而矯頑力Hcj越高的磁體它抵抗外界磁場場的干擾越強(qiáng)，使用時(shí)越穩(wěn)定，但它能達(dá)到的磁能積會(huì)下降，通常以矯頑力Hcj和磁能積（BH）max之和為一定值的磁鋼稱為一個(gè)系列。 現(xiàn)在對(duì)磁鋼的發(fā)展趨勢是要求高矯頑力、中高磁能積的磁鋼，如40H，35SH等牌號(hào)的磁體，對(duì)于N52及磁能積更高的磁鋼由于矯頑力

11、較低，磁穩(wěn)定性差一些，反而用的也不是很多，而對(duì)于矯頑力很高的牌號(hào)如UH、EH由于磁能積較低且價(jià)格相對(duì)較高也只是在有特殊要求的情況下使用，用的也不是很多。 2、粘結(jié)、粘結(jié)NdFeB磁體牌號(hào)的命名及特點(diǎn)：磁體牌號(hào)的命名及特點(diǎn)： 粘結(jié)釹鐵硼的命名一般是以它的磁能積來命名的，如BN8指的是磁能積為8MGsOe、BN10指的是磁能積為10MGsOe，對(duì)于矯頑力有特別要求的產(chǎn)品一般會(huì)指明在數(shù)字后面加上一個(gè)數(shù)字以示區(qū)別，這對(duì)于不同的廠家一般會(huì)有些不同。因?yàn)檎辰Y(jié)磁體的性能主要是由磁粉來決定的，而使用的磁粉都是買來的，且都是以MQ公司的磁粉為標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)粘結(jié)NdFeB了解得較多的客戶就會(huì)直接要求用什么粉來生產(chǎn)。

12、而磁粉的命名則是以磁能積和矯頑力二項(xiàng)來命名的，如13-9、指的是出廠時(shí)它的磁粉測試性能，磁能積（BH）max為13MGsOe，矯頑力（Hcj）為9KOe；14-12則是指磁能積為14MGsOe，矯頑力為12KOe，以此類推。對(duì)于粘結(jié)磁體用的最普遍的是13-9和B粉也就是15-9粉，其它的也有針對(duì)不同的要求開發(fā)的不同的磁粉，如適合高溫的O粉，要求抗退磁性好的A粉和C粉以及易于充磁的高剩磁的15-7和16-7磁粉。 3、NdFeB粘結(jié)磁體的特點(diǎn)：粘結(jié)磁體的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）勿需切、割等機(jī)械加工，因而缺陷少，強(qiáng)度足夠高。投入產(chǎn)出率可達(dá)99.9%，而燒結(jié)磁體最高達(dá)98.5%；2）可加工成薄壁環(huán),棒

13、,片及各種特殊形狀(磁環(huán)壁厚0.5mm)的磁體; 3）精密的尺寸公差（0.01-0.05mm），無需拋磨；4）成型過程中可與其它另件復(fù)合壓制成一體，從而降低成本；5）耐蝕性優(yōu)于燒結(jié)磁體; 6）尺寸可大可小,可選范圍大；7）磁性可根據(jù)需要調(diào)節(jié),磁能積在0.5-13MGOe范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）磁性能低于燒結(jié)磁體；2）比燒結(jié)磁體的熱穩(wěn)定性低。 3.2NdFeB磁體的生產(chǎn)磁體的生產(chǎn) 1、燒結(jié)、燒結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)：磁體的生產(chǎn)：燒結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)流程為：配料（釹鐵、純鐵、硼鐵有其它的元素）熔煉 制粉 成型（這中間有個(gè)取向過程） 燒結(jié) 性能測試 機(jī)加工 電鍍 充磁包裝。在燒結(jié)NdFe

14、B的生產(chǎn)過程中，它的一個(gè)重中之重的貫穿始終的問題就是防氧化。實(shí)際上，燒結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)是在做材料，它只管做到材料的性能就可以了，不用去管產(chǎn)品的尺寸精度等；而粘結(jié)NdFeB做的是產(chǎn)品，這也是他們之間很大的差別所在。 2、粘結(jié)、粘結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)：磁體的生產(chǎn)：粘結(jié)NdFeB磁體的生產(chǎn)流程為：磁粉粒度處理 加粘結(jié)劑拌粉 壓制成型 固化 電泳 充磁包裝對(duì)于粘結(jié)磁體的生產(chǎn)，最重要的一點(diǎn)就是產(chǎn)品的一致性，要求非常高，其中一點(diǎn)就是密度要壓上去，密度如果能壓上去對(duì)于產(chǎn)品的很多方面都是很有利的，因?yàn)榇欧凼琴I來的，大家都能得相同的磁粉，怎樣把密度做上去，怎樣把產(chǎn)品尺寸控制住就是竟?fàn)幍闹攸c(diǎn)了。另外對(duì)于粘

15、結(jié)磁體的生產(chǎn)，人們也越來越發(fā)現(xiàn)充磁是它的一個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn)，應(yīng)該花更多的時(shí)間和精力在充磁上面，因?yàn)楹芏嗟臅r(shí)候產(chǎn)品的性能未達(dá)到客戶的要求，只是本身的磁性能沒有完全挖掘出來。 3、注塑NdFeB磁體的生產(chǎn)注塑NdFeB磁體的生產(chǎn)流程為：磁粉粒度處理 加粘結(jié)劑拌粉 造粒 注射成型 充磁包裝它的特點(diǎn)是：強(qiáng)度高，韌性好，一致性好，可以方便的和其他的配套件注成一體，如貴司的硅鋼片磁鋼。但是它的價(jià)格較高，因?yàn)橛貌牧现杏玫恼辰Y(jié)劑較多導(dǎo)致磁鋼的密度較低，因此相同的粉生產(chǎn)的磁鋼其性能就較壓制磁鋼低，相應(yīng)的生產(chǎn)同等性能的磁鋼注塑磁鋼用的原粉的性能要較壓制磁鋼高出2個(gè)能積高，而加的PA12粉的價(jià)格也很高，且用的設(shè)備價(jià)值也很高，模具的費(fèi)用也較壓制磁鋼高的較多，因此生產(chǎn)的產(chǎn)品價(jià)格也較高。在我們公司，用于造粒的設(shè)備其價(jià)值就相當(dāng)不斐。一般的，磁能積為4、5的磁鋼用的磁粉就得是磁能積為8的磁粉（13-9）粉生產(chǎn)，而性能超過5.5-6時(shí)就得用BH10的磁粉來生產(chǎn)。但在一些場合必需用注塑磁鋼才能達(dá)到。如鑲嵌件，以及強(qiáng)度和韌性要求較高的產(chǎn)品都只能注塑磁鋼來生產(chǎn)。3.3NdFeB磁體的應(yīng)用：磁體的應(yīng)用： 應(yīng)用都和性能和價(jià)格相聯(lián)系的，燒結(jié)磁體的性能高這是最大的特點(diǎn)，還有就是它比較便宜，因此能用燒結(jié)的地方一般都會(huì)盡量用燒結(jié)磁體，當(dāng)燒結(jié)受到限制時(shí)會(huì)用粘結(jié)磁體，因?yàn)樗膬r(jià)格高，性能低，但是它的精度高、強(qiáng)度優(yōu)于