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第Ⅰ篇 稀土永磁材料基础1

1 永磁材料概述1

1.1 磁性材料的概念1

1.2 永磁材料的分类及牌号表示方法2

1.3 永磁材料的发展3

1.4 永磁材料的应用5

1.5 稀土永磁材料的制备工艺6

1.6 NdFeB永磁材料7

1.6.1 NdFeB永磁材料与高新技术7

1.6.2 NdFeB永磁材料的进展8

1.6.3 中国NdFeB永磁材料的发展9

2 永磁材料磁学基础11

2.1 物质的磁性11

2.1.1 磁现象与磁学量11

2.1.2 材料磁性的类型13

2.1.3 原子磁矩15

2.2 铁磁性物质的自发磁化16

2.2.1 3d金属的自发磁化16

2.2.2 稀土金属的自发磁化与磁有序17

2.2.3 稀土金属化合物的自发磁化18

2.3 铁磁体的磁畴结构与技术磁化18

2.3.1 影响磁畴结构的能量19

2.3.2 磁畴壁与畴壁能20

2.3.3 磁畴结构20

2.3.4 铁磁体的技术磁化22

2.4 磁化过程的临界场与矫顽力23

2.4.1 畴壁移动的临界场23

2.4.2 磁矩转动的临界场25

2.4.3 反磁化核的形核场26

2.5 永磁材料的技术磁参量27

2.5.1 饱和磁化强度Ms27

2.5.2 剩磁Br28

2.5.3 各向异性场HA29

2.5.4 矫顽力30

2.5.5 磁能积（BH）max32

2.5.6 永磁体的工作点与负载线33

2.5.7 永磁材料的稳定性35

3 稀土永磁材料的晶体结构、相图及组织39

3.1 稀土永磁化合物的晶体结构39

3.1.1 CaCu5型晶体结构39

3.1.2 Th2 Ni17型和Th2Zn17型晶体结构39

3.1.3 Nd2Fe14B化合物的晶体结构40

3.1.4 RE2Fe17Nx和REFe12-xMNy间隙化合物晶体结构41

3.2 稀土永磁化合物的内禀磁特性42

3.2.1 稀土永磁化合物的居里温度42

3.2.2 稀土永磁化合物的分子磁矩与磁化强度43

3.2.3 稀土永磁化合物的各向异性45

3.3 稀土－钴永磁合金相图与显微组织46

3.3.1 RE-Co二元系合金相图46

3.3.2 SmCo5永磁合金的显微组织46

3.3.3 高矫顽力Sm（Co，Cu，Fe，Zr）74合金的显微组织48

3.4 稀土－铁－硼系永磁合金相图与显微组织49

3.4.1 Nd-Fe二元系和Fe-B二元系相图49

3.4.2 Nd-Fe-B三元系相图51

3.4.3 Nd-Fe-B三元系的变温截面图52

3.4.4 Nd-Fe-B三元系非平衡状态图53

3.4.5 Pr-Fe-B三元系相图55

3.4.6 烧结NdFeB系永磁合金的显微组织56

第Ⅱ篇 稀土永磁材料制备过程62

4 稀土永磁合金的熔炼及铸锭62

4.1 真空感应熔炼原理62

4.1.1 真空感应电炉设备63

4.1.2 感应电炉的工作原理64

4.1.3 感应电炉的熔化特点65

4.1.4 真空熔炼过程的特点66

4.1.5 冷坩埚悬浮熔炼技术69

4.2 真空感应熔炼稀土永磁合金工艺69

4.2.1 原材料选择69

4.2.2 原材料处理及配料72

4.2.3 坩埚的选择和准备72

4.2.4 真空感应熔炼操作73

4.3 稀土永磁合金铸锭组织的控制74

4.3.1 稀土永磁合金结晶过程的机制74

4.3.2 稀土永磁合金铸锭的晶体生长特征75

4.3.3 稀土永磁合金铸锭的凝固方式及对铸锭组织的控制77

4.4 熔体快淬法和速凝法制备稀土永磁合金78

4.4.1 熔体快淬法制备NdFeB磁粉工艺79

4.4.2 快淬磁各向同性NdFeB合金的结构与磁性能79

4.4.3 速凝法制备NdFeB合金工艺81

4.4.4 速凝磁各向异性NdFeB鳞片铸锭的显微组织82

4.5 真空热还原扩散法制备稀土永磁合金84

4.5.1 还原扩散法的基本原理84

4.5.2 原材料准备85

4.5.3 混料88

4.5.4 还原扩散处理89

4.5.5 去除氧化钙和钙90

5 稀土永磁合金制粉原理与技术92

5.1 稀土永磁粉末的细度特征及要求92

5.1.1 粉末体性能概述92

5.1.2 粉体的粒度分布94

5.1.3 颗粒粒度的测量94

5.1.4 对稀土永磁合金磁性粉末的要求96

5.2 机械球磨制粉96

5.2.1 机械法制粉原理96

5.2.2 机械法制粉过程98

5.2.3 滚动球磨制粉技术99

5.2.4 机械球磨制粉过程的防氧化保护100

5.3 气流磨制粉102

5.3.1 气流磨制粉原理102

5.3.2 气流磨制粉过程103

5.3.3 气流磨制粉的特点104

5.4 HD和HDDR法制粉技术105

5.4.1 氢与RE-TM化合物的相互作用105

5.4.2 HD处理过程和HD磁粉107

5.4.3 NdFeB各向同性黏结磁粉的HDDR处理110

5.4.4 NdFeB各向异性黏结磁粉的HDDR处理112

5.5 双合金法和机械合金化法制备NdFeB永磁材料115

5.5.1 双合金法制备烧结NdFeB永磁材料115

5.5.2 机械合金化法制备黏结永磁体磁粉117

6 稀土永磁粉末磁场取向与成型121

6.1 稀土永磁粉末磁场取向原理121

6.1.1 稀土永磁粉末磁场取向与磁体磁性能的关系121

6.1.2 粉末颗粒在磁场中的取向过程122

6.1.3 粉末颗粒的错取向123

6.1.4 影响粉末颗粒取向度的因素124

6.2 粉末压制成型原理126

6.2.1 粉末压制过程126

6.2.2 压制时的压力分布127

6.2.3 压坯的弹性后效129

6.3 粉末压制成型方法与设备130

6.3.1 模压130

6.3.2 模压加等静压131

6.3.3 橡胶模等静压133

6.4 磁场取向与压制工艺136

6.4.1 模压压模的计算和设计136

6.4.2 模压工艺操作137

6.4.3 等静压压制工艺操作138

6.4.4 压制成型时粉末的防氧化保护140

6.5 黏结稀土永磁体的制备技术141

6.5.1 黏结永磁材料及其应用与发展141

6.5.2 黏结稀土永磁体的制备方法142

6.5.3 黏结永磁体的磁性能与影响因素146

7 稀土永磁材料的真空烧结、热处理及磁体加工149

7.1 烧结现象和基本规律149

7.1.1 粉末体固相烧结过程149

7.1.2 粉末体固相烧结的致密化机理151

7.1.3 烧结过程中的再结晶及晶粒长大153

7.2 稀土永磁体的液相烧结154

7.2.1 稀土永磁体的液相烧结现象154

7.2.2 液相烧结的基本过程155

7.2.3 影响液相烧结的因素157

7.2.4 烧结过程中对磁体晶粒尺寸的控制160

7.3 稀土永磁材料的烧结与热处理工艺162

7.3.1 烧结与热处理工艺制度162

7.3.2 真空烧结与热处理设备166

7.3.3 烧结工艺操作167

7.4 烧结稀土永磁体的加工与检验168

7.4.1 机械加工168

7.4.2 表面处理171

7.4.3 产品的检测174

7.4.4 产品的充磁与退磁175

第Ⅲ篇 稀土永磁材料产品的性能及发展178

8 烧结NdFeB永磁材料178

8.1 烧结NdFeB永磁合金的成分设计178

8.1.1 烧结NdFeB永磁材料的牌号与性能178

8.1.2 三元烧结NdFeB永磁材料的成分与性能180

8.1.3 氧在烧结NdFeB永磁体中的作用182

8.2 三元以上的烧结NdFeB永磁材料184

8.2.1 三元以上的（Nd，RE）（Fe，M1，M2）B烧结永磁材料184

8.2.2 低成本的RE-Fe-B（RE＝La，Ce，MM，Pr）烧结永磁材料186

8.2.3 具有低温度系数的烧结RE-Fe-B永磁材料188

8.3 烧结NdFeB永磁材料的磁能积189

8.3.1 烧结NdFeB永磁体的Br和（BH）m的极限值190

8.3.2 烧结NdFeB永磁体主相体积分数和取向度与磁性能的关系190

8.3.3 高磁能积烧结NdFeB永磁材料的成分考虑192

8.3.4 高磁能积烧结NdFeB永磁材料的理想显微结构193

8.3.5 实验室研制的高磁能积NdFeB永磁材料195

8.4 烧结NdFeB永磁材料的矫顽力197

8.4.1 烧结NdFeB永磁材料的形核场HN与矫顽力197

8.4.2 烧结NdFeB永磁体的形核场HN与各向异性（K1和HA）的关系198

8.4.3 烧结NdFeB永磁材料的形核场HN200

8.4.4 添加元素的晶界显微结构202

8.4.5 高矫顽力烧结NdFeB永磁材料的成分及结构设计204

9 稀土钴永磁材料208

9.1 稀土钴永磁材料的品种规格及性能208

9.2 RECo5型稀土钴永磁材料210

9.2.1 SmCo5永磁材料的成分与磁性能的关系210

9.2.2 SmCo5永磁合金的750℃回火效应211

9.2.3 SmCo5合金烧结和热处理工艺与磁性能的关系213

9.2.4 PrCo5和（Sm，Pr）Co5永磁材料216

9.2.5 MMCo5和Ce（Co，Cu，Fe）5永磁材料218

9.3 2:17型Sm（Co，Cu，Fe，Zr）z稀土钴永磁材料218

9.3.1 2:17型Sm（Co，Cu，Fe，Zr）z永磁材料的成分219

9.3.2 高矫顽力Sm（Co，Cu，Fe，Zr）7.4 合金的显微组织221

9.3.3 高矫顽力Sm（Co，Cu，Fe，Zr）7.4 合金的矫顽力222

9.3.4 高矫顽力Sm（Co，Cu，Fe，Zr）74永磁材料的稳定性223

10 其他稀土－铁系永磁材料225

10.1 热变形各向异性REFeB永磁材料225

10.1.1 REFeB合金的铸造－热变形制备技术225

10.1.2 REFeB合金的粉末－致密化－热变形制备技术231

10.2 稀土－铁系间隙化合物永磁材料234

10.2.1 稀土－铁系间隙化合物永磁材料的基本原理234

10.2.2 Sm2Fe17Nx间隙化合物永磁材料235

10.2.3 其他稀土－铁系间隙化合物永磁材料240

10.3 双相纳米晶复合永磁材料242

10.3.1 双相纳米晶复合永磁材料的特征242

10.3.2 双相纳米晶复合永磁材料的磁学分析243

10.3.3 双相纳米晶复合RE2Fe14B/α-Fe系永磁材料245

10.3.4 双相纳米晶复合Fe3B/α-Fe＋Nd2Fe14B系永磁材料248

10.3.5 双相纳米晶复合永磁材料的新进展249

参考文献253