高矯頑力永磁材料

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1、高矯頑力永磁材料一、高矯頑力永磁材料概述鐵磁材料是與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)的一種功能材料。根據(jù)鐵磁性材料的矯頑力不同，可將其分為永磁材料和軟磁材料。永磁材料的矯頑力一般均大于1000A/m，而軟磁材料的矯頑力一般小于100A/m，最低可達(dá)0.08A/m左右。由于軟磁材料的矯頑力低，技術(shù)磁化到飽和并去掉外磁場(chǎng)后很容易退磁。永磁材料矯頑力高，磁化飽和并去掉外磁場(chǎng)后仍能長(zhǎng)期保持很強(qiáng)的磁性，因此又稱為恒磁材料。永磁材料在外磁場(chǎng)中磁化時(shí)，外磁場(chǎng)對(duì)永磁體做的功稱為磁化功。對(duì)于閉路永磁體來(lái)說(shuō)，磁化功以磁能(BH)m的形

2、式貯存于材料內(nèi)部。對(duì)于開(kāi)路永磁體來(lái)說(shuō)，磁化功一部分貯存于永磁材料內(nèi)部．另—部分以磁場(chǎng)的形式貯存于兩磁極附近的空間。所以，永磁體是一個(gè)貯能器。利用永磁體磁極的相互作用和氣隙磁場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能或聲能和電磁能的相互轉(zhuǎn)換，制成多種功能器件：利用磁場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線的相互作用，制造發(fā)電機(jī)、話筒、傳感器，將機(jī)械能或聲能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑螂娦盘?hào)；利用磁場(chǎng)與載流導(dǎo)線的相互作用可制各種永磁電機(jī)，如音圈電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及揚(yáng)聲器、耳機(jī)等，將電能或電信息轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、聲能或非電信息等；利用磁極間的相互作用力可實(shí)現(xiàn)磁傳動(dòng)、磁懸浮、磁起重、磁

3、分離等；利用磁場(chǎng)與荷電粒子的相互作用做成各種微波功率器件。如微波通訊中的行波管、返波管、環(huán)行器等；利用磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生的各種物理效應(yīng)，如磁共振效應(yīng)、磁化學(xué)效應(yīng)、磁生物效應(yīng)、磁光效應(yīng)、磁霍耳效應(yīng)等，制造核磁共振成像儀、霍耳探測(cè)器等；利用磁場(chǎng)使宏觀物質(zhì)磁化以改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)或鍵合力的性質(zhì)與狀態(tài)，制造磁水器、磁防蠟器、磁療器件等。矯頑力是永磁材料自身性能抵御外界磁場(chǎng)變化的一種能力。隨著磁性器件，尤其是信息、通訊、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所用器件(如HDD、FDD、CD-ROM、FAX等)向小型化、輕型化、高速化、低噪聲化方向發(fā)

4、展，人們對(duì)高矯頑力永磁材料的需求不斷增大。材料的矯頑力越高，表明它抗退磁能力越強(qiáng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)越不容易受外界干擾。同時(shí)，材料的矯頑力高，具有較好的溫度穩(wěn)定性，可在較高的溫度下工作。同時(shí)其負(fù)載性可低一些，磁體可做得更薄一些，有利于永磁體薄型化和輕量化。而且，材料的高矯頑力化有利于提高材料的磁能積。所以，在要求穩(wěn)定的高靜磁場(chǎng)的馬達(dá)以及擴(kuò)音器等小型馬達(dá)、電動(dòng)機(jī)以及核磁共振等大型儀器設(shè)備等方面的應(yīng)用，高矯頑力材料有其獨(dú)到之處。二、一些磁學(xué)參量和磁化曲線一個(gè)宏觀磁體由許多具有固有原子磁矩的原子組成，當(dāng)原子磁矩同向平

5、行排列時(shí)，對(duì)外顯示的磁性最強(qiáng)；當(dāng)原子磁矩紊亂排列時(shí)，對(duì)外不顯示磁性。宏觀磁體單位體積在某一方向的磁矩稱為磁化強(qiáng)度M。為了描述材料的磁化狀態(tài)(磁化強(qiáng)度和方向)，通常引入磁化強(qiáng)度矢量的概念。把每單位體積(或每摩爾、每克)內(nèi)的磁矩定義為磁化強(qiáng)度。式中μ為原于磁矩，V為磁體的體積，n為體積為V內(nèi)的磁性原子數(shù)。任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，除了外磁場(chǎng)H外，還要產(chǎn)生一個(gè)附加的磁場(chǎng)。物質(zhì)內(nèi)部的外磁場(chǎng)和附加磁場(chǎng)的總和稱之為磁感應(yīng)強(qiáng)度B。真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度和外磁場(chǎng)成正比。14式中μ0為真空磁導(dǎo)率。在物質(zhì)內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度為鐵磁性物

6、質(zhì)的磁化曲線B的單位為Wb/m2，1Wb/m2＝1T。J稱為磁極化強(qiáng)度，單位為Wb/m2．有時(shí)也稱為內(nèi)稟磁感應(yīng)強(qiáng)度。熱退磁狀態(tài)的鐵磁性物質(zhì)的M、J和B隨磁化場(chǎng)H的增加而增加的關(guān)系曲線稱為起始磁化曲線，簡(jiǎn)稱為磁化曲線，它們分別稱為M-H、J-H、B-H磁化曲線。Ms、Js。Bs分別為飽和強(qiáng)化強(qiáng)度、飽和磁極化強(qiáng)度以及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。三、高矯頑力材料中的磁自由能強(qiáng)磁性物質(zhì)中存在交換作用能、靜磁能、退磁場(chǎng)能、磁晶各向異性能和磁彈性能等。交換能屬于近鄰原子間靜電相互作用能，是各向同性的，它比其他各項(xiàng)磁自由能大10

7、2-104數(shù)量級(jí)。它使強(qiáng)磁性物質(zhì)相鄰原子磁矩自發(fā)有序排列。其他各項(xiàng)磁自由能不改變其自發(fā)磁化的本質(zhì)，而僅能改變其磁疇結(jié)構(gòu)。3.1、交換能在3d金屬如Fe、Co、Ni中，當(dāng)3d電子云重疊時(shí)，相鄰原子的3d電子之間以每秒108的頻率交換位置，因而它們之間存在交換作用，相鄰原子3d電子的交換作用能Eex與兩個(gè)電子自旋磁矩的取向(夾角)有關(guān)，若用經(jīng)典矢量模型來(lái)近似，則Eex可表示為式中φ是相鄰原子3d電子自旋磁矩的夾角；A為交換積分常數(shù)；σ是電子自旋角動(dòng)量。在平衡狀態(tài)，相鄰原子3d電子磁矩的夾角值應(yīng)遵循能量最小原

8、理。當(dāng)A＞0時(shí)，為使交換能最小，則相鄰原于3d電子的自旋磁矩夾角為零，即彼此同向平行排列，即鐵磁性；當(dāng)A＜0時(shí)，為使交換能最小，相鄰原子3d電子自旋磁矩夾角φ＝180，即相鄰原子3d電子自旋磁矩反向平行排列，稱為反鐵磁性耦合，即反鐵磁性；當(dāng)A=0時(shí)，相鄰原子3d電子自旋磁矩間彼此不存在交換作用，或者交換作用十分微弱。在這種情況下，由于熱運(yùn)動(dòng)的影響，原子自旋磁矩混亂取向，變成磁無(wú)序，即順磁性。在稀土金屬中，4f電子半徑較小，僅為0.6~0.8