烧结钕铁硼永磁材料国家标准磁学名词关于钕铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种:剩磁(Br)单位为特斯拉(T)和高斯(Gs) 1T=10000Gs将一个磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤消外磁场,此时磁体表现的磁感应强度我们称之为剩磁。
它表示磁体所能提供的最大的磁通值。
从退磁曲线上可见,它对应于气隙为零时的情况,故在实际磁路中没有多少实际的用处。
钕铁硼的剩磁一般是11500高斯以上。
磁感矫顽力(Hcb)单位是奥斯特(Oe)或安/米(A/m) 1A/m=磁体在反向充磁时,使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力(Hcb)。
但此时磁体的磁化强度并不为零,只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。
(对外磁感应强度表现为零)此时若撤消外磁场,磁体仍具有一定的磁性能。
钕铁硼的矫顽力一般是10000Oe以上。
内禀矫顽力(Hcj)单位为奥斯特(Oe)或安/米(A/m)使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度,我们称之为内禀矫顽力。
内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量,是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。
在磁体使用中,磁体矫顽力越高,温度稳定性越好。
磁能积((BH)max ) 单位为兆高·奥(MGOe)或焦/米3(J/m3)退磁曲线上任何一点的B和H的乘积既BH我们称为磁能积,而B×H的最大值称之为最大磁能积,为退磁曲线上的D点。
磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之一。
在磁体使用时对应于一定能量的磁体,要求磁体的体积尽可能小。
·各向同性磁体:任何方向磁性能都相同的磁体。
·各向异性磁体:不同方向上磁性能会有不同;且存在一个方向,在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。
烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体。
·取向方向:各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向称为磁体的取向方向。
也称作"取向轴","易磁化轴"。
·磁滞回线:铁磁材料在经过充磁、退磁、反向充磁、再退磁周期性变化时,所获得的关于磁感应强度(横坐标)相对于磁场强度(纵坐标)变化的闭合曲线。
退磁曲线(即B-H曲线):磁滞回线中,位于第二象限中的部分我们称之为退磁曲线。
也即我们所说的B-H的曲线。
如图所示:·退磁曲线的膝点:磁体退磁曲线上发生突变、明显发生弯曲的点。
室温时退磁曲线呈直线的磁体,在温度升高到一定程度时都会出现膝点。
如果磁体的工作点在膝点以下,磁体在动态磁路中工作时会产生不可逆损失。
·负载线:连接工作点和退磁曲线坐标原点的一条直线(见上图)。
·磁化强度:指材料内部单位体积的磁矩矢量和,用M表示,单位是安/米(A/m)。
·磁感应强度:磁感应强度B的定义是:B=μ0(H+M),其中H和M分别是磁化强度和磁场强度,而μ0是真空导磁率。
磁感应强度又称为磁通密度,即单位面积内的磁通量。
单位是特斯拉(T)。
CGS 单位制中的单位为高斯(Gauss)。
·磁通:给定面积内的总磁感应强度。
当磁感应强度B均匀分布于磁体表面A时,磁通的一般算式为=B×A。
磁通的SI单位是麦克斯韦。
·漏磁通:磁体回路中未能通过工作气隙而被泄漏的那部分磁通。
·磁场强度:指空间某处磁场的大小,用H表示,它的单位是安/米(A/m)。
·相对磁导率:媒介磁导率相对于真空磁导率的比值,即μr = μ/μo。
在CGS单位制中,μo=1。
另外,空气的磁导率在实际使用中往往值取为1。
·磁导:磁通Φ与磁动势F的比值,类似于电路中的电导。
是反映材料导磁能力的一个物理量。
·磁导系数,Pc:即为导磁率,磁感应强度Bd与其磁化强度的比率,即Pc = Bd/Hd。
也即我们所说的"负载线"或磁体的工作点。
导磁率可用来衡量磁性材料被磁化的容易程度,或者说是材料对外部磁场的灵敏程度。
磁导系数可用来估计各种条件下的磁通值。
在磁路中,近似有:Bd/Hd = lm/Lg,其中lm是磁体的长度;Lg是相对应磁体气隙的长度。
因此Pc是磁路设计中的一个重要的物理量。
·居里温度:对于所有的磁性材料来说,并不是在任何温度下都具有磁性。
一般地,磁性材料具有一个临界温度Tc,在这个温度以上,由于高温下原子的剧烈热运动,原子磁矩的排列由有序变成无序。
在此温度以下,原子磁矩一致排列,产生自发磁化,材料呈铁磁性。
·磁路:磁通流经的回路称为磁路。
永磁体和磁轭、气隙、极靴等构成闭合磁路。
·气隙:磁回路中磁导率为1的间隙部分,一般为空气间隙,但是也可为其它介质。
·气隙长度-Lg:磁路中气隙的长度。
·磁动势-F:它是磁路中任意两点间磁势的差值,类似于电路中的电压。
·磁阻-R:磁动势与磁通的比值称为磁阻,即R= F/ (类似于欧姆定律),其中F是磁动势,是磁通(CGS单位制)。
类同于电路中的电阻。
·磁轭:放置在磁体回路或两磁极中心、引导磁力线通过以减少磁通损失的高磁导率材料,一般为软磁铁、纯铁或低碳钢。
·极靴:放置在磁极处的用来约束磁束的分布及改变其流向的铁磁性材料。
·涡流:当磁场发生变化时,传导电流之中所产生的环形电流称之为涡流。
涡流能产生反向磁场。
涡流对于转动速度或者其它大多数磁路设计都是有害的,故涡流应尽量降低到最小。
·磁饱和度:任何可导磁材料在一定条件下都可达到饱和的状态。
铁磁材料在将其磁化时会达到饱和。
钢铁的磁饱和度为16000到20000高斯。
·稳定性:是衡量磁体抗退磁能力的物理量;影响磁体稳定性的因素有温度或外磁场等。
·可逆温度系数:一个衡量由温度变化引起的磁性能可逆变化的物理量。
日本磁性材料的现状及发展唐敏磁性材料是电磁力学的主要支柱材料。
在社会生活中,它的作用相当于能量仓库的钥匙,可用以取出“能量”并使其发挥作用,成为国民经济发展的一种必不可少的“维生素”。
磁性材料及其应用产品是典型的节能、节材、资源综合利用及出口创汇产品,因此,磁性材料的产量是表示一个国家或地区工业发达程度的指标,其需求量则能粗略体现一个国家或地区的国民生活水平。
由于日本在磁性材料的开发生产、推广应用等方面居世界之首,也是磁性材料最大的市场,该国的情况是一只“晴雨表”。
因此,了解日本磁性材料的现状及发展动向,对我国该行业的进一步发展有着非常重要的意义。
日本磁性材料的生产及应用现状从总的情况看,在各类磁性材料中,自90年代初期以来,日本除了在新兴的第三代稀土永磁—NdFeB上仍有较大发展外,其它磁性材料的产量、产值均为负增长或持平。
其中,日本铁氧体软磁的产量、产值由1991年的约万吨、亿美元降至1998年的万吨、亿美元,年递减分别为%和%,其产量约占世界总量的17%,产品主要用于消费类家用电器(包括小家电)、开关电源及抗电磁干扰等领域。
在烧结永磁中,烧结铁氧体永磁的产量、产值由万砘、亿美元降至到万吨、亿美元,年均分别减少%和%,目前占世界产量的%,产品主要用在汽车、摩托车电机及电声器件上;烧结稀土永磁由1698吨、亿美元增至4600吨、亿美元,年增长率分别达%和%,但这种高速增长主要发生在NdFeB永磁上,1999年日本烧结NdFeB已达6404吨,占世界产量的%,处于绝对的领先地位,产品大部分用在计算机硬盘驱动器(HDD)用音圈电机(VCM)、核磁共振成像仪(MRI)及其它电机上;烧结Sm-Co稀土永磁近年来呈下滑趋势,目前日本年产量约350吨,占世界产量的50%,产品主要作在军用电子对抗、电机及导航系统上。
铸造AlNiCo永磁由于处在廉价铁氧体和高性能NdFeB永磁的夹攻中,加之贵金属Co的价格居高不下,在日本的发展也不乐观,其产量、产值呈下降趋势,年均分别减少%和%,目前产量约为1000吨,占世界的%,产品主要用于工作条件恶劣、温度稳定性要求很高的仪表领域(如汽车传感器等)。
适应电子信息整机轻、薄、短、小要求而发展起来的粘结永磁,可分为粘结铁氧体和粘结稀土两类。
其中粘结铁氧体永磁应用最早、用量最大,但发展趋势于平缓,目前日本年产约2万吨(产值近亿美元),占世界产量的33%,传统用途是电冰箱门封条、复印机和打印机磁辊及各种磁片;粘结Sm-Co永磁60年代末进入市场,在粘结NdFeB出现后其产量明显下降,但因其热稳定性好,在精密电机和大功率电机中仍有一席之地,目前日本的产量约70吨,占世界产量的44%,预计今后几年日本的粘结氧体和粘结Sm-Co的产量将保持相对稳定;在粘结永磁中发展最快的是1987年才开始商品化的各向同性粘结稀土NdFeB,日本的产量由1987年的约15吨增至1999年的930吨左右,年均增长高达%,目前约占世界的60%,产品主要用在HDD、FDD(软驱)CD-ROM、DVD-ROM及家电中的微型直流主轴电机和步进电机上。
对于性能更优异、潜在应用市场更广阔的各向异性粘结NdFeB永磁,目前日本三菱和旭化成等公司已开始进行小批量生产。
这类磁体将给汽车挡风玻璃雨刮驱动电机、玻璃清结电机、观后镜驱动电机、电动门锁和电动调节座椅电机等带来使用性变化。
预计2004年日本各向异性粘结NdFeB永磁产量将达到3000吨以上。
值得一提的是,从上述数据中虽反映出日本近年来多种磁性材料的产量和产值均为负增长,但这并不意味着日本磁性材料需求量的相应用下降,比如铁氧体永磁,该国正继续将其生产转移到海外,以低成本来对付日元升值、劳动力成本增加以及满足日本在海外生产的整机的需求。
目前日本在海外工厂生产的铁氧体永磁已高达8万吨,加上本土生产的约5万吨,这就是说其实际产量在13万吨左右,仍比中国的产量略高,中国要成为真正的世界第一尚需持续努力。
表1是不完全统计的日本在海外发展的铁氧体永磁工厂情况。
而在NdFeB永磁上,日本之所以能不断增长,主要有三方面的原因:一是新用途不断被开发出来;二是计算机领域的需求量不断增大;三是国外特别是我国价格低廉的NdFeB永磁(仅为日本产品价格的1/3左右)无法进入受专利保护的日本市场,使其受冲击较少。
日本现约有60家厂商在从事磁性材料的开发与生产,其中TDK公司生产各类磁性材料元器件及磁应用制品,是全球磁性材料品种最全的生产厂家,该公司在铁氧体软磁、铁氧体永磁生产上长期稳居世界第一位,其稀土永磁生产也颇具有规模(在日本排第三位),是举世公认的磁性材料王国中的“王中王”。
住友特殊金属公司是世界烧结NdFeB永磁的专利拥有者和最大生产厂家,其AlNiCo永磁在日本也排第一位(其次是三菱制钢公司)。
但日本磁性材料行业一些人士评论,日本信越化学工业公司的NdFeB生产有可能赶超住友公司。