稀土永磁体是各向同性还是各向异性材料

稀土永磁&&永磁材料的退磁曲线与内享退磁曲线
对于永磁材料,磁滞回线的第二象限部分可用于描述其特性,称为退磁曲线,由于B为正而H为负,表达不便,故将H坐标轴的方向取反,如图2一3中曲线B一f ( H)所示。根据铁磁学理论,在上述坐标系下,永磁材料中的磁场满足B-一巧H+肠M ( 2一1 )式中,产。一47tx10一7H / m为真空的磁导率;M为单位体积内磁矩的矢量和,称为磁化强度,单位为A / m 。可以看出,在永磁材料中,B有两个分量,即与真空中一样的巧H和磁化后产生的分量内M,产。 M称为内察磁感应强度,用Bi表示。由式(2一1)可知,内察磁感应强度与磁感应强度之间满足如下关系:Bi一B+产oH ( 2一2 )描述内察磁感应强度与磁场强度关系的曲线Bi一f ( H)称为内票退磁曲线,如图2一3所示。
二、永磁材料的主要性能参数
1.剩磁密度、矫顽力和内察矫顽力
从永磁材料的退磁曲线可以看出,当磁场强度H为零时,磁感应强度不为零,而是一个较大的值,称为剩余磁感应强度或剩磁密度,用Br表示,单位为T 。当磁感应强度为零时,H不为零而是H 。,Hc称为磁感应矫顽力,通常简称为矫顽力,单位为A / m;同理,使内察磁感强度Bi降低至零所需的磁场强度称为内察矫顽力,用Hcj表示,单位为A / m 。对于内察矫顽力较小的永磁材料,Hc和Hcj相差不大,因此最初并不加以区别。随着永磁材料的发展,Hcj越来越高,如铁氧体、稀土永磁等都有较高的Hcj ,Hc和H灼差别较大,有必要予以区别。从本质上讲,Hcj更能表征材料保持磁化状态的能力。
2.表观剩磁
当永磁体两端开路时,外磁路具有较大的磁阻,相当于对永磁体产生了一个退磁场,这个退磁场的方向和材料内的磁感应强度方向相反。此时,永磁体表现出来的磁感应强度不是Br,而是退磁曲线上低于Br的某一点D所对应的磁感应强度,如图2一4所示,称为表观剩磁BD 。
3.最大磁能积
永磁体通常是在去磁状态下工作的,退磁曲线上任何一点代表一个磁状态,该点B和H的乘积代表了该磁状态下永磁体所具有的磁场能量密度,称为磁能积。磁能积随B变化的关系曲线称为磁能积曲线,如图2一5中纵轴右边的曲线所示。退磁曲线上存在一点d,该点的磁感应强度Bd和磁场强度玩的乘积有最大值,称为最大磁能积( BH ) max表示。最大磁能积越大,永磁材料性能越好。从理论上讲,在进行磁路设计时,将永磁体的工作点设计在最大磁能积点时,永磁体的利用率最高。
永磁材料的退磁曲线往往不是直线,而是有一定程度的弯曲。如果两种材料的剩磁密度和矫顽力相同,而弯曲程度不同,则最大磁能积也不同,退磁曲线凸出程度越大,则最大磁能积越大。退磁曲线的凸出程度可用凸出系数y表示,定义为。
4.回复磁导率
如图2一6所示,当永磁体处于外加磁场中时,工作点为A;当去掉外加磁场时,工作点不是沿着退磁曲线变化,而是到一个新的位置A,。如果循环地改变外磁场,得到一个局部磁滞回线,由于其非常狭窄,故可用一条直线代替,称为回复线。回复线的斜率称为回复磁导率产。从e 。与产。的比值称为相对回复磁导率,用从表示。若退磁曲线为直线,则回复线与退磁曲线重合。
实践证明:不同永磁材料的回复磁导率是不同的,即使是同一材料,退磁曲线上不同点的回复磁导率也有差别,但为了便于计算,通常认为永磁材料的回复磁导率为常数。可以看出,用相对回复磁导率表示永磁体的特性时,满足式中,风一Br加。为剩余磁化强度。
5.温度系数
永磁体通常工作在电磁装置内,装置所处环境温度的变化和装置产生的热量使永磁体工作温度变化,对永磁体的性能有一定影响,其影响可用温度系数表示。在永磁体允许的工作范围内,其所处环境温度每变化1 ℃,剩余磁感应强度变化的百分比称为剩磁温度系数,矫顽力变化的百分比称为矫顽力温度系数,分别用、 r和aH 。表示。温度系数表征了永磁材料的温度稳定性。
6.居里温度
磁性材料并不是在任何温度下都具有磁性的,存在一个临界温度Tc,在该温度以上,由于原子的剧烈热运动,原子磁矩的排列是混乱无序的,材料不显示磁性;在此温度以下,原子磁矩排列整齐,产生自发磁化,材料表现出铁磁性。居里首先发现了这一现象,因而人们将这一温度称为居里温度。居里温度实际上是将铁磁体转化为顺磁体的温度。
7.最高工作温度
将规定尺寸的永磁材料样品加热到某一特定温度,保持l000h,然后冷却到室温,其开路磁通不可逆损失小于5%的最高保温温度,称为该永磁材料的最高工作温度。
8.退磁曲线的拐点
铁氧体永磁的退磁曲线上部为直线。 NdFeB永磁的退磁曲线在室温下为直线,但温度升高到一定程度时下部会出现弯曲。退磁曲线上明显发生弯曲的点称为拐点。如果永磁体的工作点在拐点以下,会产生磁性能的不可逆损失。
9.临界场强
通常将内察退磁曲线上所对应的磁场强度称为临界场强,用HK表示。 HK越大,意味着内察退磁曲线的矩形度越好,磁性能越稳定。
10.各向同性与各向异性
在永磁体成形过程中,往往对其施加外磁场,使其磁畴的易磁化方向都沿同一方向,这样得到的永磁体称为各向异性永磁体,否则就是各向同性永磁体。对于各向同性永磁体,在任意方向上充磁都可以得到相同的磁性能。而对于各向异性永磁体,存在一个能获得最佳磁性能的充磁方向,称为永磁体的取向方向,也称作易磁化方向,要充分利用永磁体,必须沿该方向充磁。
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稀土过渡金属基各向异性纳米晶永磁材料的研究
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官方公共微信研究人员首次制备各向异性纳米复合稀土永磁多层膜
20:34原文出处:
多层膜的XRD谱  近日,沈阳与磁学研究部的在国际上首次成功制备了硬磁相、软磁相和隔离层组成的各向异性纳米复合稀土永磁多层膜。  科研人员认为,制备和研究各向异性纳米复合稀土永磁多层膜材料,对弄清交换耦合机制和继续提高纳米复合磁体的磁性能十分重要。  软磁材料的磁性能特征就像个子高高的瘦子,而硬磁材料的磁性能特征就像个子矮矮的胖子。纳米复合永磁材料的研究思路就是将这两队胖子和瘦子组成一个联合战斗小组,从而可以充分利用他们各自的优势条件。要实现这个目的,胖子和瘦子要充分结合在一起,最好是一个间一个地在纳米尺度整齐排列。但这之前还要突破几个技术难点。  首先,要让软磁材料和永磁材料两相整齐地排列,需要在高温下生长材料,而高温会导致不同材料间的元素扩散,从而无法形成两个不同的相。磁性材料与磁学研究部的科研人员采用磁控溅射方法在加热衬底上生长取向的硬磁层,同时采用在软磁和硬磁层间插入非磁性隔离层的思路,由此成功制备了硬磁相、软磁相和隔离层组成的各向异性纳米复合多层膜。  在此基础上,科研人员还研究了非磁性间隔层和硬磁层厚度、硬磁相和非磁性层材料、硬磁层织构对有效临界关联长度以及软磁层和硬磁层间的交换耦合的影响。  各向异性纳米复合多层膜的成功制备以及间接和长程交换耦合作用的相关工作引起国际同行的关注,促进了永磁体的磁性能的提高。各向异性的纳米复合永磁薄膜可以直接应用于微型马达和等。如果这种实现各向异性纳米复合永磁体的思路能成功地应用于块体材料,将会大大降低稀土永磁材料的成本,从而产生巨大的经济效益。
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