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永磁材料的磁性能和指标

发布时间:2018-08-12 11:27:13
1 、 什么是永磁材料的磁性能,它包括哪些指标? 永磁材料的主要磁性能指标是:剩磁 (Jr, Br) 、矫顽力 (bHc) 、内禀矫顽力 (jHc) 、磁能积 (BH)m 。我们通常所说的永磁材料的磁性能,指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有:居里温度 (Tc) 、可工作温度 (Tw) 、剩磁及内禀矫顽力的温度系数 (Brθ, jHcθ) 、回复导磁率 (μrec.) 、退磁曲线方形度 ( Hk/ jHc) 、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。 除磁性能外,永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等;机械性能则包括维氏硬度、抗压(拉)强度、冲击韧性等。此外,永磁材料的性能指标中还有重要的一项,就是表面状态及其耐腐蚀性能。 2 、 什么叫磁场强度 (H) ? 1820 年,丹麦科学家奥斯特 (H. C. Oersted) 发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转,从而揭示了电与磁的基本关系,诞生了电磁学。实践表明:通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比,与离开导线的距离成反比。定义载有 1 安培电流的无限长导线在距离导线 1/2π 米远处的磁场强度为 1A/m( 安 / 米,国际单位制 SI) ;在 CGS 单位制 ( 厘米 - 克 - 秒 ) 中,为纪念奥斯特对电磁学的贡献,定义载有 1 安培电流的无限长导线在距离导线 0.2 厘米远处磁场强度为 1Oe (奥斯特), 1Oe=1/(4π × 10 3 ) A/m 。磁场强度通常用 H 表示。 3 、 什么叫磁极化强度 (J) ,什么叫磁化强度 (M) ,二者有何区别? 现代磁学研究表明:一切磁现象都起源于电流。磁性材料也不例外,其铁磁现象是起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流,亦称分子电流。这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应,所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。定义在真空中每单位外磁场对一个磁偶极子产生的最大力矩为磁偶极矩 pm ,每单位材料体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度 J ,其单位为 T (特斯拉,在 CGS 单位制中, J 的单位为 Gs , 1T=10000Gs )。 定义一个磁偶极子的磁矩为 pm/μ0 , μ0 为真空磁导率,每单位材料体积内磁矩的矢量和为磁化强度 M ,其 SI 单位为 A/m , CGS 单位为 Gs( 高斯 ) 。 M 与 J 的关系为: J=μ0 M ,在 CGS 单位制中, μ0=1 ,故磁极化强度与磁化强度的值相等;在 SI 单位制中, μ0=4π×10 -7 H/m ( 亨 / 米 ) 。 4 、 什么叫磁感应强度 (B) ,什么叫磁通密度 (B) , B 与 H , J , M 之间存在什么样的关系? 理论与实践均表明,对任何介质施加一磁场 H 时 ( 该磁场可由外部电流或外部永磁体提供,亦可由永磁体对永磁介质本身提供,由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场 --- 关于退磁场的概念,见 9 Q) ,介质内部的磁场强度并不等于 H ,而是表现为 H 与介质的磁极化强度 J 之和。由于介质内部的磁场强度是由磁场 H 通过介质的感应而表现出来的,为与 H 区别,称之为介质的磁感应强度,记为 B : B=μ0 H+J ( SI 单位制) ( 1-1 ) B=H+4πM ( CGS 单位制) 磁感应强度 B 的单位为 T , CGS 单位为 Gs ( 1T=104Gs )。 对于非铁磁性介质如空气、水、铜、铝等,其磁极化强度 J 、磁化强度 M 几乎等于 0 ,故在这些介质中磁场强度 H 与磁感应强度 B 相等。 由于磁现象可以形象地用磁力线来表示,故磁感应强度 B 又可定义为磁力线通量的密度,磁感应强度 B 和磁通密度 B 在概念上可以通用。 5 、什么叫剩磁 (Jr , Br) ,为什么在永磁材料的退磁曲线上任意测量点的磁极化强度 J 值和磁感应强度 B 值必然小于剩磁 Jr 和 Br 值? 永磁材料在闭路状态下经外磁场磁化至饱和后,再撤消外磁场时,永磁材料的磁极化强度 J 和内部磁感应强度 B 并不会因外磁场 H 的消失而消失,而会保持一定大小的值,该值即称为该材料的剩余磁极化强度 Jr 和剩余磁感应强度 Br ,统称剩磁。 剩磁 Jr 和 Br 的单位与磁极化强度和磁感应强度单位相同。 根据关系式 (1-1) 可知,在永磁材料的退磁曲线上,磁场 H 为 0 时, Jr=Br ,磁场 H 为负值时, J 与 B 不相等,便分成了 J-H 和 B-H 二条曲线。从关系式 (1-1) 还可以看到,随着反向磁场 H 的增大, B 从最大值 Br=Jr 变化到 0 ,最后为负值,对于现代永磁材料, B 退磁曲线的变化规律往往为直线; J 退磁曲线的变化规律则不同:随着反向磁场 H 的增大, B 值线性减小,由于 B 值的减小量总是大于或等于反向磁场 H 的增大量,故在 J 退磁曲线上的一定区域内可以保持相对平直的直线,但其 J 值总是小于 Jr 。
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