15個磁性材料相關知識

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1.磁性

實驗表明任何物質在外磁場中都能夠或多或少地被磁化,只是磁化的程度不同。根據物質在外磁場中表現出的特性,物質可分為五類:順磁性物質,抗磁性物質,鐵磁性物質,亞鐵磁性物質,反鐵磁性物質。我們把順磁性物質和抗磁性物質稱為弱磁性物質,把鐵磁性物質、亞鐵磁性物質稱為強磁性物質。

2.磁性材料

  • 軟磁材料:可以用最小的外磁場實現最大的磁化強度,是具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料。軟磁材料易于磁化,也易于退磁。例如:軟磁鐵氧體、非晶納米晶合金。

  • 硬磁材料:又叫永磁材料,是指難以磁化并且一旦磁化之后又難以退磁的材料,其主要特點是具有高矯頑力,包括有稀土永磁材料、金屬永磁材料及永磁鐵氧體。

  • 功能磁性材料:主要有磁致伸縮材料、磁記錄材料、磁電阻材料、磁泡材料、磁光材料以及磁性薄膜材料等。

3.釹鐵硼永磁材料

  • 燒結釹鐵硼永磁材料采用的是粉末冶金工藝,熔煉后的合金制成粉末并在磁場中壓制成壓胚,壓胚在惰性氣體或真空中燒結達到致密化,為了提高磁體的矯頑力,通常需要進行時效熱處理,再經后加工及表面處理后獲得成品。

  • 粘結釹鐵硼是由永磁體粉末與可繞性好的橡膠或質硬量輕的塑料、橡膠等粘結材料相混合,按照用戶要求直接成型為各種形狀的永磁部件。

  • 熱壓釹鐵硼在不添加重稀土元素的情況下可實現與燒結釹鐵硼相近的磁性能,具有致密度高、取向度高、耐蝕性好、矯頑力高和近終成型等優點,但機械性能不好且由于專利壟斷,加工成本較高。

4.剩磁 Br

是指將一個磁鐵在閉路環境下被外磁場充磁到技術飽和后撤消外磁場,此時磁鐵表現的磁感應強度。通俗的講可以暫且理解為充磁后磁體的磁力。單位為特斯拉(T)和高斯(Gs),1Gs=0.0001T。

5.矯頑力 Hcb

磁體在反向充磁時,使磁感應強度降為零所需反向磁場強度的值稱之為磁感矯頑力。但此時磁體的磁化強度并不為零,只是所加的反向磁場與磁體的磁化強度作用相互抵消,此時若撤消外磁場,磁體仍具有一定的磁性能。單位是奧斯特(Oe)或安/米(A/m),1A/m=79.6Oe。

6.內稟矯頑力 Hcj

使磁體的磁化強度降為零所需施加的反向磁場強度,我們稱之為內稟矯頑力。磁材牌號的分類就是按照其內稟矯頑力的大小劃分。低矯頑力N、中等矯頑力M、高矯頑力H、特高矯頑力UH、極高矯頑力EH、至高矯頑力TH。

7.最大磁能積 (BH)max

代表了磁鐵兩磁極空間所建立的磁能量密度,即氣隙單位體積的靜磁能量,是Br與Hcj乘積的最大值,它的大小直接表明了磁體的性能高低。在同等的條件下,即相同尺寸、相同極數和相同的充磁電壓,磁能積高的磁件所獲得的表磁也高,但在相同的(BH)max值時,Br和Hcj的高低對充磁有以下影響: 

  • Br高,Hcj低:在同等充磁電壓下,能得到較高的表磁;

  • Br低,Hcj高:要得到相同表磁,需用較高充磁電壓。

8.SI制和CGS制

即國際單位制和高斯單位制,就好比是長度單位中“米”和“里”的差別。國際單位制和高斯單位制之間存在一定的復雜換算關系。

9.居里溫度

是磁性材料在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度,低于居里溫度時該物質成為鐵磁體,此時和材料有關的磁場很難改變。當溫度高于居里溫度時,該物質成為順磁體,磁體的磁場很容易隨周圍磁場的改變而改變。

居里溫度代表著磁性材料的理論工作溫度極限,釹鐵硼的居里溫度約是320-380攝氏度,居里點的高低與磁鐵燒結形成的晶體結構相關。如果溫度達到居里溫度,磁體內部分子劇烈運動并出現退磁的情況,并且是不可逆的;磁體退磁后可再次被充磁,但磁力會大幅下降,只能達到原來的50%左右。

10.工作溫度

燒結釹鐵硼的最高工作溫度遠低于其居里溫度,在工作溫度內溫度升高磁力會下降,但是冷卻后磁力大部分會恢復。

工作溫度與居里溫度的關系:居里溫度約高,磁材的工作溫度也相對越高,并且溫度穩定性更好。燒結釹鐵硼原料中加入鈷、鋱、鏑等元素可提高其居里溫度,因此高矯頑力產品中(H、SH、…)普遍含都有加鏑。 

燒結釹鐵硼的最高使用溫度取決于其本身的磁性能和工作點的選取。對同一燒結釹鐵硼磁鐵而言,工作磁路越閉合,磁鐵的最高使用溫度就越高,磁鐵的性能就越穩定。所以磁鐵的最高使用溫度并不是一個確定的值,而是隨著磁路的閉合程度而變化。

11.磁場取向

磁性材料分為各向同性磁體和各向異性磁體兩類。各向同性磁體任何方向的磁性能都相同,能任意吸在一起;各向異性磁體在不同方向上磁性能會有不同,它能獲得最佳磁性能的方向稱為磁體的取向方向。

一塊方形的燒結釹鐵硼磁鐵,只有取向方向磁場強度最大,另外兩個方向磁場強度要小很多。磁性材料在生產過程中有取向工藝的話就是各向異性磁體,燒結釹鐵硼一般都用磁場取向成型壓制,那么就是各向異性了,因而在生產前需要確定取向方向,即將來的充磁方向。粉末磁場取向是制造高性能釹鐵硼的關鍵技術之一。(粘接釹鐵硼有各向同性的也有各向異性的)

12.表磁

是指磁體表面某一點的磁感應強度(磁體中心和邊緣的表磁不一樣),是高斯計與磁體某一表面接觸測得的數值,并非該磁體整體的磁性能。

13.磁通量

設在磁感應強度為B的勻強磁場中,有一個面積為S且與磁場方向垂直的平面,磁感應強度B與面積S的乘積,叫做穿過這個平面的磁通量,簡稱磁通,符號“Φ”,單位是韋伯(Wb)。 磁通量是表示磁場分布情況的物理量,是一個標量,但有正負,正負僅代表其方向。Φ=B·S,當S與B的垂面存在夾角θ時,Φ=B·S·cosθ。

14.電鍍

燒結釹鐵硼永磁材料采用粉末冶金工藝生產,是一種化學活性非常強的粉末材料,內部存在微小孔隙與空洞,在空氣中易被腐蝕和氧化,所以使用前必須進行嚴格的表面處理,電鍍作為一種成熟的金屬表面處理手段應用較為廣泛。

釹鐵硼強力磁鐵的鍍層最常用的分別為鍍鋅和鍍鎳這兩種,他們在外觀、耐腐蝕、使用壽命、價格等方面都有著很明顯的區別:

  • 拋光性區別:鍍鎳在拋光上面是優越于鍍鋅的,外觀上更為亮一些。對產品外觀要求高的一般會選擇鍍鎳,而一些磁鐵不外露,對產品外觀要求相對低一點的一般鍍鋅。

  • 耐腐蝕性區別:鋅是活潑金屬,能與酸反應,所以耐腐蝕性較差;鍍鎳表面處理過后,其耐腐蝕性更高。

  • 使用壽命區別由于耐腐蝕性不同,鍍鋅的使用壽命低于鍍鎳,主要表現在使用時間久了表面鍍層容易脫落,導致磁體氧化,從而影響磁性能。

  • 硬度區別:鍍鎳比鍍鋅高的,在使用過程中,可以極大程度的避免碰撞等情況,使得釹鐵硼強力磁鐵出現掉角、碎裂等現象。

  • 價格區別:在這方面鍍鋅是極具優勢的,價格從低到高排列為鍍鋅,鍍鎳,環氧樹脂等。

15.單面磁鐵

磁鐵都有兩極,但在某些工作位置需要單面極的磁鐵,所以需要用鐵片把一面磁鐵包住,使鐵片包住的那一面磁性被屏蔽,這樣的磁鐵被統稱為單面磁或者單面磁鐵。不存在真正的單面磁鐵。

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