1、硬磁性材料 组员及分工基本介绍：韩泽众、夏明明基本介绍：韩泽众、夏明明特性及分类：张尚杰、杨奕聪特性及分类：张尚杰、杨奕聪典型例子：李建宽、张尚杰典型例子：李建宽、张尚杰当前应用：肖丽翔、陈翔当前应用：肖丽翔、陈翔发展前景：时佳、张悦发展前景：时佳、张悦主讲：张婷主讲：张婷PPT制作：夏明明、韩泽众制作：夏明明、韩泽众目录contents 1 2 3 4 基本介绍基本介绍 特性及分类特性及分类典型例子典型例子 5发展前景发展前景 当前应用当前应用 基本基本介绍介绍硬磁性材料（永磁体）指磁化后能长久保持磁性的材料，即在外磁场撤去以后，各磁畴的方向仍能很好地保持一致，物体具有很强的剩磁 常见的有高
2、碳钢，铝镍钴合金，钛钴合金，钡铁氧体等 定义：定义：基本基本介绍介绍十九世纪末，碳钢，磁能积（十九世纪末，碳钢，磁能积（BH）max(衡量永磁体储存磁能密衡量永磁体储存磁能密度的物理量度的物理量)不足不足1MGOe(兆高奥兆高奥)，而目前国外批量生产的，而目前国外批量生产的Nd-Fe-B永磁材料，磁能积已达永磁材料，磁能积已达50MGOe以上。以上。二十世纪初，人们主要使用碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材二十世纪初，人们主要使用碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材料。料。二十世纪三十年代末，二十世纪三十年代末，AlNiCo永磁材料开发成功，才使永磁材料永磁材料开发成功，才使永磁材料的大规模应用成为可能
3、。的大规模应用成为可能。发展历史发展历史基本基本介绍介绍二十世纪三十年代，钡铁氧体的出现，既降低了永磁体成本，二十世纪三十年代，钡铁氧体的出现，既降低了永磁体成本，又将永磁材料的应用范围拓宽到高频领域。又将永磁材料的应用范围拓宽到高频领域。二十世纪六十年代，稀土钴永磁的出现，则为永磁体的应用开二十世纪六十年代，稀土钴永磁的出现，则为永磁体的应用开辟了一个新时代。辟了一个新时代。 1967年，美国年，美国Dayton大学的大学的Strnat等，用粉末粘结法成功地制成等，用粉末粘结法成功地制成SmCo5永磁体，标志着稀土永磁时代的到来。永磁体，标志着稀土永磁时代的到来。迄今为止，稀土永磁已经历第一
4、代迄今为止，稀土永磁已经历第一代SmCo5，第二代沉淀硬化型，第二代沉淀硬化型Sm2Co17，发展到第三代，发展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。永磁材料。硬磁铁氧体的制作工艺硬磁铁氧体的制作工艺永磁铁氧体的工艺流程永磁铁氧体的工艺流程特性及分类 高的最大磁能积高的最大磁能积最大磁能积最大磁能积符号为符号为(BH)m是永磁材料单位体积是永磁材料单位体积 存储和可利用的最大磁能量密度的量度；存储和可利用的最大磁能量密度的量度； 高的矫顽高的矫顽(磁磁)力力矫顽力矫顽力符号为符号为(H)c是永磁材料抵抗磁的和非磁的干是永磁材料抵抗磁的和非磁的干扰而保持其永磁性的量度扰而保持其永磁性的量度 高的剩余磁
5、通密度高的剩余磁通密度(符号为符号为Br)和高的剩余磁化强和高的剩余磁化强度度(符号为符号为Mr)它们是具有空气隙的永磁材料的气隙中磁场强度的它们是具有空气隙的永磁材料的气隙中磁场强度的量度；量度； 高的稳定性高的稳定性即对外加干扰磁场和温度、震动等环境因素变化的高稳定即对外加干扰磁场和温度、震动等环境因素变化的高稳定性。性。基本特性基本特性特性及特性及分类分类稀土永磁材料：这是当前稀土永磁材料：这是当前最大磁能积最高最大磁能积最高的一大类永磁材料，为稀的一大类永磁材料，为稀土族元素和铁族元素为主要成分的土族元素和铁族元素为主要成分的金属互化物金属互化物(又称金属间化合物又称金属间化合物)。我
6、国研制和生产的钕铁硼稀土合金永磁材料；我国研制和生产的钕铁硼稀土合金永磁材料；金属永磁材料：这是一大类发展和应用都较早的以铁和铁族元素金属永磁材料：这是一大类发展和应用都较早的以铁和铁族元素(如如镍、钴等镍、钴等)为重要组元的为重要组元的合金型永磁材料合金型永磁材料，主要有，主要有铝镍钴铝镍钴(AlNiCo)系系和和铁铬钴铁铬钴(FeCrCo)系系两大类永磁合金。铝镍钴系合金永磁性能和成本属两大类永磁合金。铝镍钴系合金永磁性能和成本属于中等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围较宽，于中等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围较宽，故应用范围也较广。铁铬钴系永磁合金的特点是
7、永磁性能中等，但其故应用范围也较广。铁铬钴系永磁合金的特点是永磁性能中等，但其力学性能可进行各种机械加工及冷或热的塑性变形，可以制成管状、力学性能可进行各种机械加工及冷或热的塑性变形，可以制成管状、片状或线状永磁材料而供多种特殊应用；片状或线状永磁材料而供多种特殊应用； 分类分类特性及特性及分类分类铁氧体永磁材料：这是以铁氧体永磁材料：这是以Fe2O3为主要组元的复合氧化物强磁材料为主要组元的复合氧化物强磁材料(狭义狭义)和磁有序材料如反铁磁材料和磁有序材料如反铁磁材料(广义广义)。其特点是。其特点是电阻率高电阻率高，特别有，特别有利于在利于在高频高频和和微波微波应用。如钡铁氧体应用。如钡铁氧
8、体(BaFe12O19)和锶铁氧体和锶铁氧体(SrFe12O19)等都有很多应用。等都有很多应用。除上述除上述3类永磁材料外，还有一些制造、磁性和应用各有特点的永磁类永磁材料外，还有一些制造、磁性和应用各有特点的永磁材料。例如材料。例如微粉永磁材料微粉永磁材料、纳米永磁材料纳米永磁材料、胶塑永磁材料胶塑永磁材料(可应用于电可应用于电冰箱门的封闭冰箱门的封闭)、可加工永磁材料可加工永磁材料等。等。 典型典型例子例子钕铁硼钕铁硼钕铁硼永磁铁的主要原材料有稀土金属钕（Nd）32%、金属元素铁（Fe）64%和非金属元素硼（B）1%（少量添加镝（Dy）、铽（Tb）、钴（Co）、铌（Nb）、镓（Ga）、铝
9、（Al）、铜（Cu）等元素）。钕铁硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作为基体的，其成分应与化合物Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比时，磁体的磁性能很低，甚至无磁。只是实际的磁体当中钕和硼的含量比Nd2Fe14B化合物的钕和硼含量多时才能获得较好的永磁性能。典型典型例子例子钕铁硼的加工工艺钕铁硼的加工工艺烧结：配料（配方）熔炼制粉压制（成型取向）烧结及时效磁性能检验机械加工表面涂层处理（电镀）成品检验粘结：原料粒度调整与粘结剂混练成型（压缩、挤压、注塑）烧成处理（压缩）再加工成品检验典型典型例子例子钕铁硼的质量标准钕铁硼的质量标准 剩磁Br（Residual I
10、nduction）:从饱和状 态去除磁场后，剩余的磁通密 度，代表了磁铁对外所能提供 磁场强弱 矫顽力Hc（Coercive Force）:把磁体放 三个参量： 在一个反向外加磁场中,当外 加 磁场增加到一定强 度时磁体 的磁性就会消失，把这个抵抗 外加磁场的能力称为矫顽力， 代表了衡量抗退磁能力 磁能积Bhmax:单位体积材料所产生的 磁场能量，是磁铁所能存储能量 多少的一个物理量典型典型例子例子钕铁硼的应用与用途钕铁硼的应用与用途目前主要应用领域有：永磁电动机、发电机、核磁共振成像仪、磁选机、音响扬声器、磁悬浮系统、磁力传动、磁力起重、仪器仪表、液体磁化、磁疗设备等等，已成为汽车制造、通用
11、机械、石油化工、电子信息产业和尖端技术不可缺少的功能材料。典型典型例子例子钕铁硼与其它永磁材料的比较钕铁硼与其它永磁材料的比较钕铁硼永磁材料是目前世界上磁性最强的永磁材料，其磁能积比广泛应用的铁氧体高十倍，比第一代、第二代稀土磁体（钐钴永磁）高约一倍，被誉为“永磁之王”。用他代替其他永磁材料，可使器件的体积和重量成倍下降。由于钕资源丰富，与钐钴永磁相比，以铁取代了昂贵的钴，使产品物美价廉，从而获得了极为广泛的应用。当前当前应用应用永磁材料的用途当前当前应用应用扬声器扬声器当前当前应用应用硬（永）磁直流步进电机硬（永）磁直流步进电机 用于变速控制系统用于变速控制系统当前当前应用应用可变形永磁合金
12、可变形永磁合金铁钴钼永磁合金铁钴钼永磁合金铁钴钒永磁合金铁钴钒永磁合金 铁铬钴永磁合金铁铬钴永磁合金 当前当前应用应用永磁材料的用途- 1机电类 稀土永磁体的出现，意味着电机领域将引起革命性的变化。这是因为稀土永磁体没有激磁损耗，不发热，用它制造的电机优点很多。因稀土永磁电机没有激磁线圈与铁心，磁体体积较原来磁场极所占空间小，没有损耗，不发热，因此为得到同样输出功率整机的体积，重量可减小30%以上，或者同样体积、重量，输出功率大50%以上。 永磁电机，尤其是微电机，每年世界产量约几亿台之多，主要用在汽车、办公自动化设备和家用电器中。所使用的多为高性能的铁氧体和稀土永磁体。 当前当前应用应用 今
13、后稀土永磁电机的最大市场之一将是汽车工业。钕铁硼永磁材料性能优异，用于制造电机，可以实现汽车电机“钕铁硼化”。在汽车方面，只有用小马达，才能降低汽车重量，增加舒适感，提高安全性，降低尾气排放，提高汽车的整体性能，目前用量最大的是启动电机。电机是汽车中不可缺少的部件，汽车上电机数量在逐年增加。一般汽车上有818台，高级轿车多达4050台，随着汽车工业的发展，汽车电机的需求是巨大的。高磁能积的稀土永磁体体积小，却能较铁氧体产生大得多的动力，因此提高了电效率。通过使用稀土磁体减少重量和尺寸，可以节约更多的燃料和增加设计的灵活性。 当前当前应用应用永磁材料的用途-2在医疗中的应用 核磁共振成像仪中的传
14、感器和磁场产生装置。当前当前应用应用永磁材料的用途- 3磁选机 一般的磁选机有永磁式和电磁式两种，以前，永磁式磁选机的磁体多用铁氧体。稀土永磁出现后，设计并制造了各种型号和类型的永磁磁选机，尤其是在中高磁场磁选机中，必须用稀土永磁体。 当前当前应用应用永磁材料的用途-4计算机及外围设备 在计算机中使用的稀土永磁材料稀土永磁材料最多的器件是磁盘驱动电机（VCM），另一种是数据输出打印机电机。 当前当前应用应用永磁材料的用途-5各种仪表 使用永磁体的仪表种类很多，如磁电式仪表、计数器等。 当前当前应用应用永磁材料的用途-6扬声器和耳机 扬声器和耳机是永磁体传统应用领域。扬声器有外磁式和内磁式二种，
15、稀土永磁出现后在同样输出功率与音质下，扬声器被做得非常小，目前稀土永磁扬声器和耳机已应用到高级随身听。 当前当前应用应用永磁材料的用途-7微波器件 在微波领域中，微波管、毫波管发生器或放大器需要稳定磁场。稀土永磁体在此中主要起电子运动的聚集作用。 发展发展前景前景研究方向研究方向 烧结稀土永磁体关键制备技术烧结稀土永磁体关键制备技术通过研究高性能钕铁硼永磁材料的结构、性能及制备技术与工艺的研究，使传统磁性材料高性能化，发展稀土永磁材料产业化关键技术，最终实现全工艺流程自动化，设备国产化。发展发展前景前景 永磁材料综合特性研究永磁材料综合特性研究社会经济生活和国防航天的迅速发展不仅要求永磁材料具
16、有优异的磁性能，而且对材料的耐侯性和稳定性的要求越来越苛刻。通过研究永磁材料的断裂机制、研究成分与制备工艺对永磁材料力学特性的影响，探索提高永磁材料力学特性的途径；研究永磁材料物理腐蚀机理，探索提高磁体耐腐蚀性的途径，发展新型表面防护方法；研究磁体老化退磁机制，研究温度对稀土永磁材料反磁化过程的影响规律和机制、矫顽力及其温度依赖关系的物理机理，探索提高材料磁性质温度稳定性，研究开发具有高温度稳定性和低剩磁温度系数的永磁材料。发展发展前景前景新型稀土永磁材料制备技术与磁性器件的设计与制备研究新型稀土永磁材料制备技术与磁性器件的设计与制备研究过渡族金属间化合物的成分和制备工艺对成相规律、结构和稳定
17、性的影响规律，研究晶体结构、微结构、原子替代等对微观磁交换作用和内禀磁性的影响规律，阐明稀土-过渡族离子相互作用机制和磁晶各向异性的物理起源；研究纳米晶永磁材料的制备工艺和合金成分，优化其微观结构和永磁性能；发展新型结构稀土永磁材料；设计和开发新型磁性功能器件，发展一次成型稀土永磁器件的制备技术发展发展前景前景仪器设备仪器设备电弧熔炼炉电弧熔炼炉发展发展前景前景快淬系统（甩带机）快淬系统（甩带机）发展发展前景前景Lake shore 7410 振动样品磁强振动样品磁强发展发展前景前景永磁材料高温测量系统永磁材料高温测量系统发展发展前景前景研究项目1、热压稀土永磁体规模化制备关键技术 2010AA03A402/国家重大863计划 2、高效节能电机用纳米晶多极永磁环的制造及应用研究 2010DFB53770/科技部国际合作项目 3、磁性材料科技创新服务平台 国家发改委平台建设项目 4、各向异性双相复合纳米晶永磁材料 50931001/国家自然科学基金重点基金5、低重稀土高性能N52钕铁硼永磁材料的研发 2010B10011/宁波市重大专项 6、高性能、耐高温烧结钕铁硼永磁材料研制 2008B10024/宁波市重大专项7、企业合作项目 五项谢谢
