2024-07-24 11:46:14
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磁性材料知識問(wèn)答(定義類(lèi)8-14)

8. 什么是磁能積 BH?

 

代表了磁鐵在氣隙空間(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。由于這項能量等于磁鐵的 Bm 和 Hm 的乘積,因此稱(chēng)為磁能積。

 

磁能積(BH)max:?jiǎn)挝粸榻?立方米(J/m3)或  高?奧(GOe)1 MGOe≈7. 96kJ/m3,退磁曲線(xiàn)上任何一點(diǎn)的 B 和 H 的乘積既 BH 我們稱(chēng)為磁能積,而 B×H 的最大值稱(chēng)之為最大磁 能積(BH)max。磁能積是恒量磁體所儲存能量大小的重要參數之一 ,(BH)max 越大說(shuō)明磁 體蘊含的磁能量越大。設計磁路時(shí)要盡可能使磁體的工作點(diǎn)處在最大磁能積所對應的 B 和 H 附近。

 

9. 什么是退磁曲線(xiàn)方形圖?

 

退磁曲線(xiàn)方形圖是永磁體的一個(gè)重要的磁特性指標。當磁體處在動(dòng)態(tài)工作條件下時(shí),外部反向磁場(chǎng) H 或磁體內部的退磁場(chǎng) Hd 呈周期性變化,對于 Nd-Fe-B 燒結磁體,B 退磁曲線(xiàn)越接近直線(xiàn),磁體在動(dòng)態(tài)工作條件下的穩定性就越好。

 

值得注意的是,若磁體的 B 退磁曲線(xiàn)不是直線(xiàn),則磁體的回復導磁率 μrec.在不同工作點(diǎn)就 有不同的值,此時(shí)如何把磁體設計在最穩定的工作狀態(tài),就顯得非常重要。

 

定義磁體的退磁曲線(xiàn)上,反向磁場(chǎng)大小為 Hk , Hk/jHc 可以直觀(guān)地表示磁體的退磁曲線(xiàn)方形度。對于具有高 jHc 的 Nd-Fe-B 燒結磁體,jHc 遠遠大于 bHc。Hk/jHc 也是永磁體的一個(gè)重要的磁特性指標之一 ,也表征了磁體在動(dòng)態(tài)工作條件下的穩定性。

 

10. 什么是釹鐵硼永磁材料的矯頑力理論?

1、成核理論

Kronmuller 等人提出了在晶粒邊界軟磁性缺陷區域反磁化成核的理論。他們采用的數學(xué) 模型表達式為:

K1(Z ) = K1 -△K/ch2(Z/r0)

 

式中,K1(Z)和 K1 分別表示缺陷區及晶粒內部的各向異性常數,△K 表示缺陷區各向異性常 數的減小,r0 為缺陷區的厚度,Ζ 表示表面層的深度。

 

該公式確定的是單變量連續變化的缺陷模型,根據該式,應用總自由能最小原理確定成核場(chǎng),并指出成核場(chǎng)決定矯頑力:

Hc = Hn =2K1(Z)/Js-2πMs +2K1δB/Msπr0

式中,δB 為晶粒內疇壁厚度,Js 和 Ms 分別表示磁極化強度和飽和磁化強度。

該理論認為,釹鐵硼磁體的矯頑力是由晶粒邊界軟磁性缺陷區域反磁化成核場(chǎng)來(lái)決定的。成核場(chǎng)高,則磁體的矯頑力就高,反之,磁體的矯頑力會(huì )較低。

 

2、熱激活理論

Givord 等人提出了反磁化的熱激活理論,主張晶粒邊界激活體積處反磁化核的形成和擴張控制矯頑力。與成核理論的不同之處在于,激活體積處的各向異性常數并不明顯地小于硬磁性晶粒內部的相應值,反磁化核的形成是由于熱起伏的影響產(chǎn)生的。形成反磁化場(chǎng)的能量 E0 可以表示為:

E0 = μ0VMSHC +μ0VNeffMS2 +25KT

式中,V 表示激活體積,Neff 為有效退磁因子,K 為各向異性常數,T 為溫度。第一項為外磁場(chǎng)能,第二項為偶極相互作用能,第三項為熱起伏的能量勢壘。E0 還應等于反磁化核與晶粒其他部分的相互作用能:

E0 = αγV2/3

式中 γ 為晶粒疇壁能密度,α 為比例系數,對比上兩式,得矯頑力為:

HC = Hn =αγ/NeffMSV1/3-NeffMs-25KT/μ0MSV

Givord 指出,熱起伏的影響導致反磁化核的形成,矯頑力是由晶粒邊界激活體積處反磁化核的形成和擴張來(lái)控制的。

 

3、釘扎理論

根據對磁疇結構的觀(guān)察及宏觀(guān)磁性的測量,Li D 等人提出了控制釹鐵硼磁體矯頑力的釘扎理論,認為晶粒的邊界對疇壁有強烈的釘扎作用。Hadjipanayis 提出,晶粒邊界處的富 Nd 相薄層具有吸引疇壁的作用,從而成為疇壁運動(dòng)的釘扎部位。周壽增等經(jīng)過(guò)系統的研 究,認為晶界、空位、位錯等金屬的缺陷是疇壁很強的釘扎中心,它們的存在將限制疇壁的 位移,從而提高磁體的矯頑力。

 

4、發(fā)動(dòng)場(chǎng)理論

 

高汝偉等人經(jīng)過(guò)系統的研究,結合實(shí)驗事實(shí)提出了釹鐵硼磁體的發(fā)動(dòng)場(chǎng)理論。該理論認為,反磁化核的體積很小,僅具有疇壁的數量級,需要長(cháng)大成疇并從晶粒表面到內部不可逆 疇壁位移才能將整個(gè)晶粒反磁化。在反磁化核的長(cháng)大過(guò)程中,需要克服因疇壁能密度的變化造成的阻力,同時(shí)還要提供核的體積和表面積的增加所需要的能量,對應的臨界場(chǎng) H0 和擴張場(chǎng) Hε 為:

H 0 =γ/2Jsr0, Hε=πγ/4J S r0

 

 

式中,γ 為晶粒內部疇壁能密度。反磁化核的長(cháng)大(擴張)所需要的發(fā)動(dòng)場(chǎng) Hs 應等于 H0 和 Hε 之和,再考慮到有效退磁場(chǎng)的作用,發(fā)動(dòng)場(chǎng)可表示為:

 

Hs =γ/2Js r0(1+2/π)- Neff MS

 

使晶粒完全反磁化需要的矯頑力應該由成核場(chǎng)和發(fā)動(dòng)場(chǎng)中較大的一個(gè)決定。經(jīng)過(guò)對比,發(fā)動(dòng)場(chǎng)大于成核場(chǎng),因而磁體的矯頑力應該由發(fā)動(dòng)場(chǎng)來(lái)決定。

 

11. 什么叫 Nd-Fe-B永磁體,它分幾大類(lèi)?

 

Nd-Fe-B 永磁體是 1982 年發(fā)現的迄今為止磁性能最強的永磁材料。其主要化學(xué)成分為 Nd (釹)、 Fe(鐵)、 B(硼),其主相晶胞在晶體學(xué)上為四方結構,分子式為 Nd2Fe14B(簡(jiǎn) 稱(chēng) 2:14:1 相)。除主相 Nd2Fe14B 外,Nd-Fe-B 永磁體中還含有少量的富 Nd 相、富 B 相等其它相。其中主相和富 Nd 相是決定 Nd-Fe-B 磁體永磁特性的最重要的二個(gè)相。今天, Nd-Fe-B 永磁體已廣泛應用于計算機、醫療器械、通訊器件、電子器件、磁力機械等領(lǐng)域。Nd-Fe-B 磁體分為燒結和粘結二大類(lèi)。通常的 Nd-Fe-B 燒結磁體是用粉末冶金方法制造的各向異性致密磁體;而通常的 Nd-Fe-B 粘結磁體是用激冷的方法獲得微晶粉末,每個(gè)粉末 內含有多個(gè) Nd-Fe-B 微晶晶粒,再用聚合物或其它粘結劑將粉末粘結成大塊磁體,因而通常的 Nd-Fe-B 粘結磁體是非致密的各向同性磁體。因此,通常的 Nd-Fe-B 燒結磁體的磁 性能遠高于 Nd-Fe-B 粘結磁體,但 Nd-Fe-B 粘結磁體有著(zhù)許多 Nd-Fe-B 燒結磁體不可替 代的優(yōu)點(diǎn):可以用壓結、注射等成型方法制作尺寸小、形狀復雜、幾何精度高的永磁體,并 容易實(shí)現大規模自動(dòng)化生產(chǎn);另外,Nd-Fe-B 粘結磁體還便于任意方向充磁,能方便制作 多極乃至無(wú)數極的整體磁體,而這對于 Nd-Fe-B 燒結磁體來(lái)說(shuō)通常很難實(shí)現;由于 Nd-Fe- B 粘結磁體中主相 Nd2Fe14B 呈微晶狀態(tài),因此它還具有比燒結磁體耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。

 

12. 什么是單面磁鐵?

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,通過(guò)鐵片的折射到另外一面的磁鐵,使另外一面的 磁鐵磁力增強,這樣的磁鐵被統稱(chēng)為單面磁或者單面磁鐵。不存在真正的單面磁鐵。

 

單面磁鐵所用的材料一般為弧形鐵片和釹鐵硼強力磁鐵,單面磁鐵所用的釹鐵硼強力磁 鐵的形狀一般為圓片形狀居多。

 

13. 什么是稀土磁光材料?

 

在磁場(chǎng)或磁矩作用下,物質(zhì)的電磁特性(如磁導率、介電常數、磁化強度、磁疇結構、磁 化方向等)會(huì )發(fā)生變化。因而使通向該物質(zhì)的光的傳輸特性也隨之發(fā)生變化。光通向磁場(chǎng)或 磁矩作用下的物質(zhì)時(shí),其傳輸特性的變化稱(chēng)為磁光效應。

 

磁光材料是指在紫外到紅外波段,具有磁光效應的光信息功能材料。利用這類(lèi)材料的磁光特性以及光、電、磁的相互作用和轉換,可制成具有各種功能的光學(xué)器件,如調制器、隔 離器、環(huán)行器、開(kāi)關(guān)、偏轉器、光信息處理機、顯示器、存貯器、激光陀螺偏頻磁鏡、磁強計、磁光傳感器、印刷機等。

 

稀土元素由于 4f 電子層未填滿(mǎn),因而產(chǎn)生:未抵消的磁矩,這是強磁性的來(lái)源,由于 4f 電子的躍遷,這是光激發(fā)的起因,從而導致強的磁光效應。單純的稀土金屬并不顯現磁光效應,這是由于稀土金屬至今尚未制備成光學(xué)材料。只有當稀土元素摻入光學(xué)玻璃、化合物晶體、合金薄膜等光學(xué)材料之中,才會(huì )顯現稀土元素的強磁光效應。

 

磁光器件是指用具有磁光效應的材料制作的各類(lèi)光信息功能器件。雖然 1845 年法拉弟就發(fā)現了磁光效應,但在其后一百多年中,并未獲得應用。直到本世紀 60 年代初,由于激光和光電子技術(shù)的開(kāi)發(fā),才使得磁光效應的研究向應用領(lǐng)域發(fā)展,出現了新型的光信號功能器件—磁光器件。在激光應用中,除探索各種新型的激光器和接收器外,激光束的參數,例如強度、方向、偏轉、頻率、偏振狀態(tài)等的快速控制也是很重要的問(wèn)題,磁光器件,就是利用磁光效應構成的各種控制激光束的器件,類(lèi)似微波鐵氧體器件的發(fā)展和分類(lèi)那樣,因光通訊的需要,1966 年發(fā)展了磁光調制器、磁光開(kāi)關(guān)、磁光隔離器、磁光環(huán)行器、磁光旋轉器、磁光相移器等磁光器件。由于光纖技術(shù)和集成光學(xué)的發(fā)展,1972 年起又誕生了波導型的集成磁光器件。在 60 年代后期,因計算機存貯技術(shù)的發(fā)展,開(kāi)發(fā)了磁光存貯技術(shù)。后來(lái)由于全息磁泡和光盤(pán)技術(shù)的日趨完善和商品化,從而出現了磁光印刷和磁光光盤(pán)系統。利用磁光效應研究圓柱狀磁疇(磁泡)而發(fā)展了磁泡技術(shù)。因信息技術(shù)的需要,在 70 年代中后期,在磁泡技術(shù)的基礎上,又發(fā)展了磁光信息處理機及磁泡顯示器。激光陀螺的發(fā)展中遇到了“閉鎖”問(wèn)題,一度受挫,后來(lái)利用磁光效應,巧妙地克服了“閉鎖”,從而發(fā)展了一個(gè)全固態(tài)(無(wú)機械部件)的磁光偏頻激光陀螺。因此,每一種新型的磁光器件,都是在研究磁光效應的基礎上開(kāi)發(fā)成功的。

 

14. 什么是稀土巨磁電阻?

 

20 世紀 80 年代末,在磁性多層膜中發(fā)現了巨磁電阻效應(GMR),引起學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注,因為它可以引起磁記錄領(lǐng)域及微電子領(lǐng)域的新的革命。這時(shí),在另一類(lèi)與高溫超  導體 Y-Ba-Cu-O 具有類(lèi)似結構的 La-Ca-Mn-O 鈣鈦礦型錳基氧化物中,發(fā)現了大得多的 磁電阻效應,稱(chēng)為巨磁電阻效應(CMR)。這些都促進(jìn)了一門(mén)新興學(xué)科-自旋電子學(xué)的誕生。  目前, 自旋電子學(xué)已經(jīng)在磁電阻隨機存儲器、磁電阻薄膜讀出磁頭、自旋極化金屬二極管、 三極管等各類(lèi)電子器件上顯示出其優(yōu)越性。我國的許多研究所和高等院校都與世界同步地開(kāi)  展著(zhù)這方面的工作。國家也將此課題列入"973"重點(diǎn)發(fā)展項目。


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