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稀土永磁材料的综述

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-03-02 09:08
tags:

-

2021年3月2日发(作者:胞嘧啶)


稀土永磁材料综述







:< /p>


磁性材料与我们的生活息息相关,


磁性材料经历了从非稀土到稀土 发展过程,


本文


综述了非稀土永磁材料的发展历程和第一代、< /p>


第二代、


第三代稀土永磁材料的发展史、


分类、


制造工艺及应用,并对稀土永磁材料发展现状做出展望与总结。

< br>


关键词:


稀土;磁性材料;工艺;应用





Review of rare earth permanent magnet materials


Abstract:


Magnetic materials is closely linked with our life,magnetic materials has experienced


from


non


rare


earth


to


rare


earth


permanent


magnetic


materials.


This


paper


summarized


the


development


of


non


rare


earth


permanent


magnetic


materials


and


development


history,


classification


,


manufacturing


process


and


application


of


the


first


generation,


second


generation,the third generation rare earth permanent magnetic the end the development


and prospect status of rare earth permanent magnetic materials was given.


Keywords:


rare earth; magnetic material; technology;application



0


绪论


< /p>


磁性材料是一种古老而年轻的、


用途广泛的基础功能材料,


在长期的发展过


程中,


其应用已经渗透到了国 民经济和国防的各个方面,


磁性材料本身也得到了


很大的发展。


人类使用永磁材料已经有几千年的历史,



发展至今,



永磁材料现


在在人们的日常生活中已经起着十分重要的作用,



其应用也几乎遍及人类生活


的各个方面,



并且其应用范围还在不断扩大。



与此 同时,


永磁材料的性能也已


经取得了长足的进步。



众所周知,在永磁材料更新换代的发展历史中,材料的

最大磁能积


(BH)max


一直是衡量材料性能水平的最基本指标。




1


非稀土永磁材料的发展历程



人类最早使用的永磁体是


1900


年前后出现 的淬火马氏体钢,二十世纪初,


科学家们想了各种办法,


试图提 高这种钢材的硬磁性能,


随后出现了钨钢、


铬钢


等,在



1917


年前后日本人发明了含有



W




Cr




C


的钴钢,从而使这种材料


的矫顽力



Hc


有了很大的提高。但有一部分人一直在试图寻找一种新型 的永磁


材料以全面取代这种碳钢。到



1931


年,日本人发明了铸造



AlNiCo


系永磁合


金,



从而使永磁材料的发展进入了一个全新的阶段,


虽然这种合金的价格颇高,

< p>
但基本上还是全部开始使用这种新型永磁材料。



于是人们又开始投入大量的精


力来研究这种



AlNiCo


系永磁材料。在对这种材料的研究中,



人们相继在铸造


法的基础上发展出粉末烧结法,



并研究出柱状晶



AlNiCo


合金,从而使这种材


料的性能有了很大的提高。

1950


年,磁铅石型钡铁氧体永磁材料



BaM


在荷兰



Philips


公司问世,其特点是虽然它的饱和磁化强度



Ms


比较低,



但矫顽力



Hc


很高,



价格十分便宜;到



1963


年,又出现了锶铁氧体永磁



SrM






1


2


第一代稀土永磁材料



稀土原子与钴原子按


1



5


组成的化合物为基相的稀土永磁合金。简称为


RCo

< p>
5



是第一代稀土永磁合金。

RCo


5


化合物具有


CaCu


5


型六方晶结构


(


如图中所



)


,空间群为


P


b



mmm


,稀土原子占据


a


晶位,


C o


原子占据


c



g


晶位。大多数


RCo


5

< p>
化合物都具有很高的磁晶各向异性,高的饱和磁化强度和高的居里温度,



1


示出了某些


RCo

< br>5


化合物在室温下的基本磁性。以


SmCo


5


为例,其磁晶各向


异性常数


K


1


=11



20


×


10


6


J



m


3



,各向异性场


HA=20


< p>
35MA



m


,饱和磁化 强



μ


0


M


S


=1.14T


,居里温度

< p>
Tc=1000K(727



)

< br>,因而是理想的永磁材料。





2.1


发展简史












RCo


5


化 合物的研究起始于


20


世纪


50


年代,由于稀土分离技术的进步,促


进了稀土与过渡族金属化合物的制 备与研究。最早发现


GdCo


5


具有单 轴各向异


性,


其粉末具有较高的矫顽力


(


达到


640kA


< br>m)



这预示着


RCo


5


系列化合物有可


能成为优良的永磁材料。


随后又发现


YCo


5



SmCo


5


有更高的磁晶各向异性 。


1967


年美国人斯特纳特


(K



J



Strna t)


粉末法制造出第一块实用的


SmCo


5


永磁体,


(BHmax=40


?< /p>


6kJ



ms



随着等静压和液相烧结技术的开发成功,


磁体的性能迅速


得到提高,



70


年 代初期,


RCo


5


型永磁合金的制造工 艺已逐步完善和成熟。


1975



RC o


5


系永磁合金已进入商品化市场。


1 980


年实验室的最高磁性水平为



2


(BH)max=223kJ



m


3




2.2


分类












1



5


型稀土钴永磁合金包括以下几种:


(1)SmCo


5


永磁合金。是使用最多的


一种合金,它有极高各向异性场和内禀矫顽力


H


CJ


=1200~2400kA


m


;商品的磁


能积为


(BH)ma x=130~180kJ



m


3



有良好的温度特性。


(2)(Sm



Pr)Co


5


永磁合 金。


这种合金是用镨取代


SmCo


5< /p>


合金中部分钐而得到的,目的是提高合金的最大磁


能积。


因为


PrCo


5


的饱和 磁化强度理论值高于


SmCo


5


的,< /p>


但是镨的加入降低了各


向异性场,因此合金的矫顽力低于


SmCo


5


,而且磁体的长时间稳定性也不如< /p>


SmCo


5



( 3)MMCo


5


永磁合金。



MM


”是富铈的混合稀土金属的简写。采用混合


稀土主要是为了降低成本,但磁性也随之下降,而且合金的居里温度降低


(


丁。



500~C)


,易于 氧化,温度稳定性不好。


(4)(Sm



HRE)Co


5


永磁合金。这类合


金 是用钆、镝、钬和铒等重稀土元素


(


缩写为

HRE)


取代


SmCo


5


中部分钐,目的


是改善磁体的温度稳定性,降低剩磁

B


,的温度系数。调整


Sm~HRE


的比例,


可使


Br


的温


度系



为零,


甚至


为正


。但


磁性下


降,< /p>


而且


成本


高得多。


(5)R(CoCuFe)


5~7


(R=Sm



Ce)


永磁合金。这类合金是在

RCo


5


合金基础上用铁和铜


取代 部分钴,最大磁能积略低,但矫顽力低许多,它是以


RCo


5< /p>


为基相,含有


R(CuFe)


5


相沉淀硬化的多相结构。低矫顽力的合金易于磁化,所需磁化场不像


Sm Co


5


的那样高,这在某些特殊应用场合是非常有用的。







一般认为


RCo

5


单相合金的磁硬化机制是反磁化畴的形核与长大。而


R( CoCuFe)


5



7


多相结构合金的磁硬化机制是阻碍畴壁位移的钉扎。



2.3


生产工艺







1



5


型稀土永磁 合金主要采用粉末冶金工艺液相烧结技术制造。


例如


SmCo< /p>


5


磁体,


在熔炼前配制两种成分的原料:


一种是基相,



32

< br>%~


33


%钐


+68

< p>
%~


67



钴;


另一种是液相,



60


%钐


+40


%钴配比。


两种原料分别进 行熔炼并浇注成锭。


然后,将两种钢锭按


36

< br>%~


37


%钐


+64

< p>
%~


63


%钴配置在一起,经在保护介质中


研磨,得到


3



5< /p>


μ


m


的粉末。也可以利用还原扩散工艺直 接从氧化钐和金属钴


粉制取两种合金粉末,然后混合在一起。最后,再经过磁场中成形和 烧结处理,


得到烧结磁体。中国颁布的国家标准


(GB4180 --84)


中对


1


< br>5


型稀土钴永磁合金


的牌号和磁性做了规定


(



2)







3


2.4


应用







RCo


5


永磁体虽有很高的磁性和居里温度,但在加热时,其内禀矫顽 力比剩


磁降低的速度要快得多,如


SmCo

5


磁体的磁性在


475


℃附近降低 到接近于零,


SmCo


5


磁体的使用温 度上限为


250


℃左右。这类磁体含有大量的钐、镨

< p>
(


或铈


)



钴,成本昂贵,且机械强度和加工性也较差。因此,限制了其应用范围的扩大,


只在一些特殊要求的电讯器件、


电子钟表、


微波器件和测量仪 表中使用。


很多应


用场合已被


2



17


型稀土钴永磁合金和钕铁硼永磁合金代 替。




3



第二代稀土永磁材料







稀土原 子与钴原子按


2



17


比例组成的化合物为基相的稀土永磁合金,简称


R


2< /p>


Co


17


是第二代稀土永磁合金。


R


2


Co


17


化合物在高温下具有


Th


2

< br>Ni


17


型晶体结构,


低温下要 转变为


Th


2


Zn

17


型晶体结构。


Th


2


Ni


17


型结构属六方晶系

(



1)


,空间群



P63/mmc


其中稀土占据


b



d


晶位,


Co


占据


g



k



f



j


晶位。


Th


2


Ni


17



Th


2


Zn


17


为同素异构体,二者结构 很相似


(



2)


,其中稀土占据


c


晶位,


co(



Fe)


占据


d< /p>



f



h



c


晶位。


Th


2


Zn


17


结构属 菱方晶系,空间群为


R3m



R


2


Co


17


系化合物 的饱


和磁化强度比


RCo


5

< p>
高许多,而且居里温度也较高,图


3


和图


4


分别示出


RCo


5< /p>



R


2


Co


17



R


2


Fe


l7



R


2


Fe


l4


B


相的饱和磁化强度与居里温度值。因此


R


2< /p>


Co


17


理论上


的最大磁能积也高,例如


Nd


2


Co< /p>


17


,其


μ


oM s=1.65T



[(BH)max]


理论


=539kJ/m


3


.

< p>


是除了钐、铒和铥外,大多数


R


2


Co


17


化合物都是易基面 的,各向异性较低,不


可能成为高性能永磁材料。


Sm


2


Co


17


虽有易磁化 轴,但各向异性场和矫顽力很低


(K


1


=3.2


×


10


-6

< br>J/m


3



HA=5200kA /m)


,也难以成为实用的永磁材料,必须通过其


他途径来改善 矫顽力。





3.1


简史







4

-


-


-


-


-


-


-


-



本文更新与2021-03-02 09:08,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/688772.html

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