钕铁硼磁性材料知识.
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钕铁硼磁性材料知识
培训资料
广东富远稀土新材料股份有限公司
二○一○年十月一日
本公司职工上岗培训材料
钕铁硼磁性材料知识
广东富远稀土新材料股份有限公司
组织编写
技术部
编写：韩旗英
目 录
第一章磁性材料简介
一切物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和核外电子组成的。原子核和电子均由于运动而产生磁矩，但原子核的磁矩远小于电子磁矩，所以原子磁矩主要来源于电子磁矩，并且电子磁矩有包括电子轨道磁矩和电子自旋磁矩。量子力学表明，原子的核外一般分布有若干个电子，并且当电子分布在几个层次上时，由于内层电子之间的磁矩相互抵消，所以只有外层电子才对原子磁矩起作用。而只有3d过渡族金属和La系稀土金属等一些元素在一部分电子磁矩抵消以后，还剩余一部分电子磁矩没有被抵消。这样，这些元素原子具有总的原子磁矩。在此基础之上，由于“交换作用”的机理，这些原子磁矩得以按相同方向整齐排列起来，整个物体也就有了磁性。当然，抵消以后由于原子磁矩大小的不同，最终磁体显示的磁性强弱也不同。
3、按生产工艺可分为：热轧、冷轧、铸造、烧结、粘结等磁性材料。
4、从应用功能上分为：软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了，因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应，导致金属磁性材料无法使用，而铁氧体的电阻率非常高，将有效的克服这一问题、得到广泛应用。
由于原子所带电子数不同（电子壳层结构不一样），使物质具有各种不同的性质。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。从磁性来分类，物质大致可分为非磁性物质和磁性物质两种。磁性物质的原子具有原子磁距µ原子，在通常情况下，由于这些µ原子是杂乱无章分布的，所以在宏观上不显示磁性。当有外磁场存在时，这些µ原子磁距就会沿着磁场方向一致排列起来，对外界就显示很强的磁性，所以这类物质统称为磁性物质。非磁性物质原子磁距为零（µ原子=0），所以有磁场或无磁场它均不显示磁性，一般把这类物质叫做非磁性物质。
2、按材料的性质可分为：软磁材料（矫顽力≤1kA/m）（如电工钢、坡莫合金、软磁铁氧体等）、硬（永）磁材料（矫顽力＞1kA/m）（如铝镍钴永磁（ALNiCO）、稀土钴永磁(SmCo)、钕铁硼永磁（Nd2Fe14B）、铁氧体永磁等）和功能磁性材料（如磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光性薄膜材料等）。这是由于原子磁距的大小不一样及内部结构不同，使磁性物质的磁性能有很大的区别。
软磁材料按其组分分为A类—铁、B类—低碳软钢……I类—非晶软材料等9类；永（硬）材料按其组分分为Q类—磁致伸缩合金、R类永（硬）磁合金……T类—其他永（硬）磁材料（马氏体钢）等4类，粘结永（硬）磁材料按其制造工艺归在永（硬）磁材料的U类。
以上依据GB/T21219-2007/ IEC 60404-8-1:2000磁性材料分类标准。
退磁曲线的膝点：磁体退磁曲线上发生突变、明显发生弯曲的点。室温时退磁曲线呈直线的磁体，在温度升高到一定程度时都会出现膝点。如果磁体的工作点在膝点以下，磁体在动态磁路中工作时会产生不可逆损失。
负载线：连接工作点和退磁曲线坐标原点的一条直线。
磁化强度：指材料内部单位体积的磁矩矢量和，用M表示，单位是安/米（A/m）。
一、磁性材料的分类
磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料的种类很多，有不同的分类方法，
1、按材料组分可分为：金属（如电工钢、坡莫合金、铝镍钴永磁、稀土钴永磁、钕铁硼永磁等）和非金属（铁氧体等（Ferrite））两类。
铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。铁氧体磁性材料按其晶体结构可分为：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁铅石型（MFe12O19）；钙钛矿型（MFeO3）。其中M指离子半径与Fe2＋相近的二价金属离子，R为稀土元素。按铁氧体的用途不同，又可分为软磁、硬磁、矩磁和压磁等几类。
5、磁性材料从形态上分为：粉体材料、液体材料、块体材料、薄膜材料等。
我国稀土永磁产量结构：
二、磁性材料参数
反应磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。
各向同性磁体：任何方向磁性能都相同的磁体。
各向异性磁体：不同方向上磁性能会有不同；且存在一个方向，在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体。
磁感应强度：磁感应强度B的定义是：B=μ0(H+M)，其中H和M分别是磁化强度和磁场强度，而μ0是真空导磁率。磁感应强度又称为磁通密度，即单位面积内的磁通量。单位是特斯拉（T），CGS单位制中的单位为高斯（Gauss）。
取向方向：各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向称为磁体的取向方向。也称作“取向轴”，“易磁化轴”。
磁滞回线：铁磁材料在经过充磁、退磁、反向充磁、再退磁周期性变化时，所获得的关于磁感应强度（横坐标）相对于磁场强度（纵坐标）变化的闭合曲线。
退磁曲线（即B-H曲线）：磁滞回线中，位于第二象限中的部分我们称之为退质在外磁场中会显示很强的磁性，但当外磁场去掉后，它又没有磁性了，这种材料多用来作导磁材料用，如变压器铁芯、磁路轭铁等。常见的有硅（矽）钢片（含硅1～4%）、工业纯铁、低碳钢、铁钴、铁镍合金等。因材质是软的，通常称为软磁材料。
硬磁材料：磁性物质在外磁场中会显示磁性，被磁化后，去掉外磁场它仍保留一部分磁性，也就是说在没有磁场存在时，它仍有一定的磁性，要使这部分磁性去掉，则必须在原磁化方向上施加一与该材料内禀矫顽力相等的反向磁场，这时该材料便不显示磁性了，也就是说这种材料的磁性较硬，不加反向磁场它的磁性不会去掉，再者这类材料的材质都比较硬，故叫它为硬磁材料，但它具有永久保留磁性的特性，所以通常也叫永磁材料或恒磁材料。永磁材料有天然的和人工制造的两种。天然的叫磁石，即是铁磁矿石，它具有微弱的磁性，我们的祖先利用它做成指南针，这是人类最早利用永磁的发明。
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二○一○年十月一日
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钕铁硼磁性材料知识
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编写：韩旗英
目 录
第一章磁性材料简介
一切物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和核外电子组成的。原子核和电子均由于运动而产生磁矩，但原子核的磁矩远小于电子磁矩，所以原子磁矩主要来源于电子磁矩，并且电子磁矩有包括电子轨道磁矩和电子自旋磁矩。量子力学表明，原子的核外一般分布有若干个电子，并且当电子分布在几个层次上时，由于内层电子之间的磁矩相互抵消，所以只有外层电子才对原子磁矩起作用。而只有3d过渡族金属和La系稀土金属等一些元素在一部分电子磁矩抵消以后，还剩余一部分电子磁矩没有被抵消。这样，这些元素原子具有总的原子磁矩。在此基础之上，由于“交换作用”的机理，这些原子磁矩得以按相同方向整齐排列起来，整个物体也就有了磁性。当然，抵消以后由于原子磁矩大小的不同，最终磁体显示的磁性强弱也不同。
3、按生产工艺可分为：热轧、冷轧、铸造、烧结、粘结等磁性材料。
4、从应用功能上分为：软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了，因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应，导致金属磁性材料无法使用，而铁氧体的电阻率非常高，将有效的克服这一问题、得到广泛应用。
由于原子所带电子数不同（电子壳层结构不一样），使物质具有各种不同的性质。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。从磁性来分类，物质大致可分为非磁性物质和磁性物质两种。磁性物质的原子具有原子磁距µ原子，在通常情况下，由于这些µ原子是杂乱无章分布的，所以在宏观上不显示磁性。当有外磁场存在时，这些µ原子磁距就会沿着磁场方向一致排列起来，对外界就显示很强的磁性，所以这类物质统称为磁性物质。非磁性物质原子磁距为零（µ原子=0），所以有磁场或无磁场它均不显示磁性，一般把这类物质叫做非磁性物质。
2、按材料的性质可分为：软磁材料（矫顽力≤1kA/m）（如电工钢、坡莫合金、软磁铁氧体等）、硬（永）磁材料（矫顽力＞1kA/m）（如铝镍钴永磁（ALNiCO）、稀土钴永磁(SmCo)、钕铁硼永磁（Nd2Fe14B）、铁氧体永磁等）和功能磁性材料（如磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光性薄膜材料等）。这是由于原子磁距的大小不一样及内部结构不同，使磁性物质的磁性能有很大的区别。
软磁材料按其组分分为A类—铁、B类—低碳软钢……I类—非晶软材料等9类；永（硬）材料按其组分分为Q类—磁致伸缩合金、R类永（硬）磁合金……T类—其他永（硬）磁材料（马氏体钢）等4类，粘结永（硬）磁材料按其制造工艺归在永（硬）磁材料的U类。
以上依据GB/T21219-2007/ IEC 60404-8-1:2000磁性材料分类标准。
退磁曲线的膝点：磁体退磁曲线上发生突变、明显发生弯曲的点。室温时退磁曲线呈直线的磁体，在温度升高到一定程度时都会出现膝点。如果磁体的工作点在膝点以下，磁体在动态磁路中工作时会产生不可逆损失。
负载线：连接工作点和退磁曲线坐标原点的一条直线。
磁化强度：指材料内部单位体积的磁矩矢量和，用M表示，单位是安/米（A/m）。
一、磁性材料的分类
磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料的种类很多，有不同的分类方法，
1、按材料组分可分为：金属（如电工钢、坡莫合金、铝镍钴永磁、稀土钴永磁、钕铁硼永磁等）和非金属（铁氧体等（Ferrite））两类。
铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。铁氧体磁性材料按其晶体结构可分为：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁铅石型（MFe12O19）；钙钛矿型（MFeO3）。其中M指离子半径与Fe2＋相近的二价金属离子，R为稀土元素。按铁氧体的用途不同，又可分为软磁、硬磁、矩磁和压磁等几类。
5、磁性材料从形态上分为：粉体材料、液体材料、块体材料、薄膜材料等。
我国稀土永磁产量结构：
二、磁性材料参数
反应磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。
各向同性磁体：任何方向磁性能都相同的磁体。
各向异性磁体：不同方向上磁性能会有不同；且存在一个方向，在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体。
磁感应强度：磁感应强度B的定义是：B=μ0(H+M)，其中H和M分别是磁化强度和磁场强度，而μ0是真空导磁率。磁感应强度又称为磁通密度，即单位面积内的磁通量。单位是特斯拉（T），CGS单位制中的单位为高斯（Gauss）。
取向方向：各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向称为磁体的取向方向。也称作“取向轴”，“易磁化轴”。
磁滞回线：铁磁材料在经过充磁、退磁、反向充磁、再退磁周期性变化时，所获得的关于磁感应强度（横坐标）相对于磁场强度（纵坐标）变化的闭合曲线。
退磁曲线（即B-H曲线）：磁滞回线中，位于第二象限中的部分我们称之为退质在外磁场中会显示很强的磁性，但当外磁场去掉后，它又没有磁性了，这种材料多用来作导磁材料用，如变压器铁芯、磁路轭铁等。常见的有硅（矽）钢片（含硅1～4%）、工业纯铁、低碳钢、铁钴、铁镍合金等。因材质是软的，通常称为软磁材料。
硬磁材料：磁性物质在外磁场中会显示磁性，被磁化后，去掉外磁场它仍保留一部分磁性，也就是说在没有磁场存在时，它仍有一定的磁性，要使这部分磁性去掉，则必须在原磁化方向上施加一与该材料内禀矫顽力相等的反向磁场，这时该材料便不显示磁性了，也就是说这种材料的磁性较硬，不加反向磁场它的磁性不会去掉，再者这类材料的材质都比较硬，故叫它为硬磁材料，但它具有永久保留磁性的特性，所以通常也叫永磁材料或恒磁材料。永磁材料有天然的和人工制造的两种。天然的叫磁石，即是铁磁矿石，它具有微弱的磁性，我们的祖先利用它做成指南针，这是人类最早利用永磁的发明。
