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磁性材料知识问答（定义类8-14）

8. 什么是磁能积 叠贬？

代表了磁铁在气隙空间（磁铁两磁极空间）所建立的磁能量密度，即气隙单位体积的静磁能量。由于这项能量等于磁铁的 Bm 和 Hm 的乘积，因此称为磁能积。

磁能积(BH)max：单位为焦/立方米（J/m3）或  高?奥（GOe）1 MGOe≈7. 96kJ/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(BH)max。磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之一 ，(BH)max 越大说明磁 体蕴含的磁能量越大。设计磁路时要尽可能使磁体的工作点处在最大磁能积所对应的 B 和 H 附近。

9. 什么是退磁曲线方形图？

退磁曲线方形图是永磁体的一个重要的磁特性指标。当磁体处在动态工作条件下时，外部反向磁场 H 或磁体内部的退磁场 Hd 呈周期性变化，对于 Nd-Fe-B 烧结磁体，B 退磁曲线越接近直线，磁体在动态工作条件下的稳定性就越好。

值得注意的是，若磁体的 B 退磁曲线不是直线，则磁体的回复导磁率 μrec.在不同工作点就 有不同的值，此时如何把磁体设计在最稳定的工作状态，就显得非常重要。

定义磁体的退磁曲线上，反向磁场大小为 Hk ， Hk/jHc 可以直观地表示磁体的退磁曲线方形度。对于具有高 jHc 的 Nd-Fe-B 烧结磁体，jHc 远远大于 bHc。Hk/jHc 也是永磁体的一个重要的磁特性指标之一 ，也表征了磁体在动态工作条件下的稳定性。

10. 什么是钕铁硼永磁材料的矫顽力理论？

1、成核理论

Kronmuller 等人提出了在晶粒边界软磁性缺陷区域反磁化成核的理论。他们采用的数学 模型表达式为：

K1(Z ) = K1 -△K/ch2（Z/r0）

式中，K1(Z)和 K1 分别表示缺陷区及晶粒内部的各向异性常数，△K 表示缺陷区各向异性常 数的减小，r0 为缺陷区的厚度，Ζ 表示表面层的深度。

该公式确定的是单变量连续变化的缺陷模型，根据该式，应用总自由能最小原理确定成核场，并指出成核场决定矫顽力：

Hc = Hn =2K1(Z)/Js－2πMs +2K1δB/Msπr0

式中，δB 为晶粒内畴壁厚度，Js 和 Ms 分别表示磁极化强度和饱和磁化强度。

该理论认为，钕铁硼磁体的矫顽力是由晶粒边界软磁性缺陷区域反磁化成核场来决定的。成核场高，则磁体的矫顽力就高，反之，磁体的矫顽力会较低。

2、热激活理论

Givord 等人提出了反磁化的热激活理论，主张晶粒边界激活体积处反磁化核的形成和扩张控制矫顽力。与成核理论的不同之处在于，激活体积处的各向异性常数并不明显地小于硬磁性晶粒内部的相应值，反磁化核的形成是由于热起伏的影响产生的。形成反磁化场的能量 E0 可以表示为：

E0 = μ0VMSHC +μ0VNeffMS2 +25KT

式中，V 表示激活体积，Neff 为有效退磁因子，K 为各向异性常数，T 为温度。第一项为外磁场能，第二项为偶极相互作用能，第三项为热起伏的能量势垒。E0 还应等于反磁化核与晶粒其他部分的相互作用能：

E0 = αγV2/3

式中 γ 为晶粒畴壁能密度，α 为比例系数，对比上两式，得矫顽力为：

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

Givord 指出，热起伏的影响导致反磁化核的形成，矫顽力是由晶粒边界激活体积处反磁化核的形成和扩张来控制的。

3、钉扎理论

根据对磁畴结构的观察及宏观磁性的测量，Li D 等人提出了控制钕铁硼磁体矫顽力的钉扎理论，认为晶粒的边界对畴壁有强烈的钉扎作用。Hadjipanayis 提出，晶粒边界处的富 Nd 相薄层具有吸引畴壁的作用，从而成为畴壁运动的钉扎部位。周寿增等经过系统的研 究，认为晶界、空位、位错等金属的缺陷是畴壁很强的钉扎中心，它们的存在将限制畴壁的 位移，从而提高磁体的矫顽力。

4、发动场理论

高汝伟等人经过系统的研究，结合实验事实提出了钕铁硼磁体的发动场理论。该理论认为，反磁化核的体积很小，仅具有畴壁的数量级，需要长大成畴并从晶粒表面到内部不可逆 畴壁位移才能将整个晶粒反磁化。在反磁化核的长大过程中，需要克服因畴壁能密度的变化造成的阻力，同时还要提供核的体积和表面积的增加所需要的能量，对应的临界场 H0 和扩张场 Hε 为：

H 0 =γ/2Jsr0, Hε=πγ/4J S r0

式中，γ 为晶粒内部畴壁能密度。反磁化核的长大（扩张）所需要的发动场 Hs 应等于 H0 和 Hε 之和，再考虑到有效退磁场的作用，发动场可表示为：

Hs =γ/2Js r0（1＋2/π)- Neff MS

使晶粒完全反磁化需要的矫顽力应该由成核场和发动场中较大的一个决定。经过对比，发动场大于成核场，因而磁体的矫顽力应该由发动场来决定。

11. 什么叫 狈诲-贵别-叠永磁体，它分几大类？

Nd-Fe-B 永磁体是 1982 年发现的迄今为止磁性能最强的永磁材料。其主要化学成分为 Nd （钕）、 Fe（铁）、 B（硼），其主相晶胞在晶体学上为四方结构，分子式为 Nd2Fe14B（简 称 2:14:1 相）。除主相 Nd2Fe14B 外，Nd-Fe-B 永磁体中还含有少量的富 Nd 相、富 B 相等其它相。其中主相和富 Nd 相是决定 Nd-Fe-B 磁体永磁特性的最重要的二个相。今天， Nd-Fe-B 永磁体已广泛应用于计算机、医疗器械、通讯器件、电子器件、磁力机械等领域。Nd-Fe-B 磁体分为烧结和粘结二大类。通常的 Nd-Fe-B 烧结磁体是用粉末冶金方法制造的各向异性致密磁体；而通常的 Nd-Fe-B 粘结磁体是用激冷的方法获得微晶粉末，每个粉末 内含有多个 Nd-Fe-B 微晶晶粒，再用聚合物或其它粘结剂将粉末粘结成大块磁体，因而通常的 Nd-Fe-B 粘结磁体是非致密的各向同性磁体。因此，通常的 Nd-Fe-B 烧结磁体的磁 性能远高于 Nd-Fe-B 粘结磁体，但 Nd-Fe-B 粘结磁体有着许多 Nd-Fe-B 烧结磁体不可替 代的优点：可以用压结、注射等成型方法制作尺寸小、形状复杂、几何精度高的永磁体，并 容易实现大规模自动化生产；另外，Nd-Fe-B 粘结磁体还便于任意方向充磁，能方便制作 多极乃至无数极的整体磁体，而这对于 Nd-Fe-B 烧结磁体来说通常很难实现；由于 Nd-Fe- B 粘结磁体中主相 Nd2Fe14B 呈微晶状态，因此它还具有比烧结磁体耐蚀性好等优点。

12. 什么是单面磁铁？

磁铁都有两极，但在某些工作位置需要单面极的磁铁，所以需要用铁片把一面磁铁包 住，使铁片包住的那一面磁性被屏蔽，通过铁片的折射到另外一面的磁铁，使另外一面的 磁铁磁力增强，这样的磁铁被统称为单面磁或者单面磁铁。不存在真正的单面磁铁。

单面磁铁所用的材料一般为弧形铁片和钕铁硼强力磁铁，单面磁铁所用的钕铁硼强力磁 铁的形状一般为圆片形状居多。

13. 什么是稀土磁光材料？

在磁场或磁矩作用下，物质的电磁特性(如磁导率、介电常数、磁化强度、磁畴结构、磁 化方向等)会发生变化。因而使通向该物质的光的传输特性也随之发生变化。光通向磁场或 磁矩作用下的物质时，其传输特性的变化称为磁光效应。

磁光材料是指在紫外到红外波段，具有磁光效应的光信息功能材料。利用这类材料的磁光特性以及光、电、磁的相互作用和转换，可制成具有各种功能的光学器件，如调制器、隔 离器、环行器、开关、偏转器、光信息处理机、显示器、存贮器、激光陀螺偏频磁镜、磁强计、磁光传感器、印刷机等。

稀土元素由于 4f 电子层未填满，因而产生：未抵消的磁矩，这是强磁性的来源，由于 4f 电子的跃迁，这是光激发的起因，从而导致强的磁光效应。单纯的稀土金属并不显现磁光效应，这是由于稀土金属至今尚未制备成光学材料。只有当稀土元素掺入光学玻璃、化合物晶体、合金薄膜等光学材料之中，才会显现稀土元素的强磁光效应。

磁光器件是指用具有磁光效应的材料制作的各类光信息功能器件。虽然 1845 年法拉弟就发现了磁光效应，但在其后一百多年中，并未获得应用。直到本世纪 60 年代初，由于激光和光电子技术的开发，才使得磁光效应的研究向应用领域发展，出现了新型的光信号功能器件—磁光器件。在激光应用中，除探索各种新型的激光器和接收器外，激光束的参数，例如强度、方向、偏转、频率、偏振状态等的快速控制也是很重要的问题，磁光器件，就是利用磁光效应构成的各种控制激光束的器件，类似微波铁氧体器件的发展和分类那样，因光通讯的需要，1966 年发展了磁光调制器、磁光开关、磁光隔离器、磁光环行器、磁光旋转器、磁光相移器等磁光器件。由于光纤技术和集成光学的发展，1972 年起又诞生了波导型的集成磁光器件。在 60 年代后期，因计算机存贮技术的发展，开发了磁光存贮技术。后来由于全息磁泡和光盘技术的日趋完善和商品化，从而出现了磁光印刷和磁光光盘系统。利用磁光效应研究圆柱状磁畴(磁泡)而发展了磁泡技术。因信息技术的需要，在 70 年代中后期，在磁泡技术的基础上，又发展了磁光信息处理机及磁泡显示器。激光陀螺的发展中遇到了“闭锁”问题，一度受挫，后来利用磁光效应，巧妙地克服了“闭锁”，从而发展了一个全固态(无机械部件)的磁光偏频激光陀螺。因此，每一种新型的磁光器件，都是在研究磁光效应的基础上开发成功的。

14. 什么是稀土巨磁电阻？

20 世纪 80 年代末，在磁性多层膜中发现了巨磁电阻效应（GMR），引起学术界和产业界的高度关注，因为它可以引起磁记录领域及微电子领域的新的革命。这时，在另一类与高温超  导体 Y-Ba-Cu-O 具有类似结构的 La-Ca-Mn-O 钙钛矿型锰基氧化物中，发现了大得多的 磁电阻效应，称为巨磁电阻效应（CMR）。这些都促进了一门新兴学科-自旋电子学的诞生。  目前， 自旋电子学已经在磁电阻随机存储器、磁电阻薄膜读出磁头、自旋极化金属二极管、 三极管等各类电子器件上显示出其优越性。我国的许多研究所和高等院校都与世界同步地开  展着这方面的工作。国家也将此课题列入"973"重点发展项目。