稿件来源:微信公众号 甬者有磁 麦格利铽
永磁材料在实际应用过程中通常按照其相关技术磁参量进行分类,主要磁性能指标的包括剩磁Br、矫顽力(内禀矫顽力Hcj和磁感矫顽力Hcb)和最大磁能积(BH)max。相关的其它性能指标还有剩磁温度系数α、矫顽力温度系数β等。这些技术磁参量能够直接反应磁体磁性能的优劣,根据永磁材料在生产中的不同用途和需要,人们常常对这些特性提出不同的要求。这些磁参量可以从磁体的磁滞回线中直接读取或计算得到,下面对相关磁学技术参量做详细说明。
饱和磁化强度Ms
Ms是材料本身属性,属于非结构敏感参量,其数值取决于材料的磁性原子数、原子的磁矩和温度。两相磁体存在以下关系:
MsV = Ms1V1+Ms2V2
V表示体积,若第二相为非铁磁性则Ms2=0。减少磁体中的非铁磁性相的体积分数有利于提高磁体的饱和磁化强度。
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剩磁Br
剩磁是组织敏感参量,它对晶体的取向、畴结构、磁体的密度、主相的体积分数等十分敏感。剩磁与各因素的经验关系:
Br=A(1-β)d/d0 cosθMs
Ms为材料的饱和磁化强度,β为非铁磁性第二相的体积分数,d为材料的实际密度,d0为材料的理论密度,A为磁体中正向畴的体积分数,cosθ为粉末颗粒的取向因子。
内禀矫顽力Hcj
内禀矫顽力也是组织敏感参量,是衡量材料抗退磁性能的重要参数,它对各项异性场HA和显微组织结构十分敏感。内禀矫顽有以下经验公式:
Hcj = cHA - NeffMs
HN = HA = 2k1/μ0Ms
HA为材料的各向异性场,与材料本身属性有关,Ms为材料的饱和磁化强度,c和Neff为一常数,与材料的显微结构有关,HN为形核场,与晶粒的形态有关。
3.1 矫顽力理论
未进行技术磁化的磁体对外不显示磁性,技术磁化(充磁)的目的是将磁体内部随机取向的磁畴统一取向,使磁体表现出磁性。和磁化的目的相反,施加反向磁场过程中,磁体会被反向磁化(退磁),反磁化过程中在磁体内部发生的微观变化主要包括磁畴壁的移动以及磁矩的转动。烧结钕铁硼磁体的矫顽力主要有三种因素决定:磁畴壁移动时由应力和掺杂物决定的矫顽力,由形核场决定的矫顽力,由钉扎场决定的矫顽力。此外发动场理论能很好的解释矫顽力和取向度的关系。
图:不同退磁场下反向畴的形核和扩张
最大磁能积(BH)max
磁能积也是一个组织敏感参量(磁体的磁能积越大,在气隙中产生的磁场就越大)。对于高矫顽力磁体(Hcj≥Ms/2)的最大磁能积有以下公式:
(BH)max = μ0Ms2/4
对于高矫顽力磁体(NdFeB),磁体的磁能积主要由材料的剩磁Br决定,Br为组织敏感参量,关键是提高Ms;对于低矫顽力磁体(AlNiCo、Sm2(Co,Cu,Fe)17等),其磁能积主要有Hcj来决定,关键是优化组织结构。
方形度Q
方形度是永磁材料的主要性能之一,它不但反映了最大磁能积和抗干扰的本领而且反映了制造工艺(烧结、相对密度、晶粒大小及分布等)的影响。计算方形度Q的公式为:
Q = Hk/Hcj
温度系数
永磁材料的磁性能随外界环境温度的变化程度称为温度稳定性,是永磁材料在高温环境应用的一个重要衡量指标。一般采用温度系数来定量描述温度稳定性。在某一温度区间内,温度升高1K时,磁体磁性能变化的百分比即为该温度区间的温度系数,磁性材料一般具有负的温度系数。具体地,对应磁体的剩磁和矫顽力的温度稳定性分别有剩磁温度系数α和矫顽力温度系数β:
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