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第1章　绪论1

1.1　永磁材料的功能特性与种类1

1.1.1 永磁材料1

1.1.2　永磁材料的功能特性1

1.1.3　永磁材料的种类2

1.2　永磁材料的发展和寿命评估4

1.3　Nd-Fe-B系永磁材料与高新技术9

1.4 中国Nd-Fe-B永磁材料的发展13

1.5　稀土铁系永磁材料的种类与制造方法14

参考文献16

第2章　永磁材料磁学基础18

2.1　磁学量的定义与单位制18

2.2　原子磁性21

2.3　自发磁化理论要点25

2.3.1　3d金属的自发磁化25

2.3.2　稀土金属的自发磁化与磁有序26

2.3.3 稀土金属间化合物的自发磁化29

2.4　铁磁体中的磁自由能与磁畴结构29

2.4.2　磁晶各向异性能EK31

2.4.1 静磁能31

2.4.3　退磁场与退磁场能34

2.4.4　磁致伸缩与磁弹性能36

2.4.5　磁畴壁与磁畴能38

2.4.6　磁畴的形成与磁畴结构41

2.5　技术磁化与反磁化过程43

2.5.1　技术磁化与反磁化过程43

2.5.2 畴壁位移的磁化过程45

2.5.3　磁矩转动的磁化过程47

2.6.1 饱和磁化强度Ms48

2.6　永磁材料的技术磁参量48

2.6.2　居里温度Tc50

2.6.3　各向异性场HA51

2.6.4 剩磁Br53

2.6.5　矫顽力与矫顽力理论55

2.6.6　磁能积（BH）m63

2.6.7　永磁体的工作点与负载线67

2.6.8　回复导磁率Urec68

2.6.10　动态磁能积（BH）m（或称回复磁能积）69

2.6.9　J-H退磁曲线上的弯曲点Hk和方形度Q69

2.6.11　永磁材料的稳定性70

参考文献76

第3章　稀土铁系相图及其化合物77

3.1 引言77

3.2　R-Fe二元系相图和化合物78

3.3　Nd-Fe-B三元系相图及化合物84

3.4 R（Dy,Tb）-Fe-B三元系相图91

3.5 Nd-Fe-C三元系相图92

3.6 Nd-Fe-Al三元系相图93

3.7 Nd-Fe-B三元系非平衡状态图94

3.7.1 熔体以5℃／s冷速得到的Nd-Fe-B三元系相图95

3.7.2 熔体过热导致的不平衡状态图97

3.8 Pr-Fe-B三元系相图97

3.8.1 Pr-Fe-B三元系室温截面图98

3.8.2 Pr-Fe-B三元系垂直截面图98

3.8.3 亚稳定Pr-Fe-B三元系100

3.9 R-Fe-B-x四元系相图101

3.9.1 Nd-Dy（或Tb）-Fe-B四元系中［Ndl-x（Dy或Tb）x］2Fe14B截面图102

3.9.2 Nd-Fe-B-O四元系103

参考文献105

第4章 稀土铁系化合物的晶体结构与内禀磁特性107

4.1　概述107

4.2　稀土金属的晶体结构109

4.3　R2Fe14B、R2Co14B和R2Fe14C化合物的晶体结构与结构参数111

4.4　 R1+∈Fe4B4化合物的晶体结构120

4.5.1　Th2Ni17型晶体结构123

4.5　R2Fe17化合物的晶体结构123

4.5.2　Th2Zn17型晶体结构126

4.6　R2Fe14B化合物的交换作用、居里温度与线膨胀、弹性反常行为128

4.6.1 双亚点阵分子场理论对Tc的分析129

4.6.2　（Nd2-xRx）（Fe1-yMy）14B化合物Tc实验结果与分析133

4.6.3　R2Fe14B化合物热膨胀的反常行为134

4.7　R2Fe14B化合物的磁矩和磁极化强度135

4.7.1 R2Fe14B化合物的原子磁矩136

4.7.2　R2Fe14B中元素取代对磁矩的影响139

4.7.3　R2Fe14B化合物的磁极化强度与温度的关系141

4.8　R2Fe14B化合物的磁晶各向异性143

4.8.1 R2Fe14B系化合物的各向异性144

4.8.2　R2Fe14B系化合物的自旋再取向和一级磁化过程145

4.8.3　R2Fe14B系化合物各向异性的起因147

4.8.4　元素取代对R2Fe14B化合物各向异性的影响149

参考文献152

第5章 烧结Nd-Fe-B系永磁材料的制造原理与技术155

5.1 概述155

5.2.1　原材料选择156

5.2　原材料的选择与熔炼156

5.2.2　熔炼158

5.3　铸锭的晶体生长与铸锭组织的控制159

5.3.1　Nd-Fe-B系合金的结晶过程159

5.3.2　铸锭非平衡结晶过程晶体生长特征161

5.3.3　Nd-Fe-B系合金铸锭组织的控制163

5.4　制粉原理与技术165

5.4.1　粉末体的性质165

5.4.2　制造烧结Nd-Fe-B永磁体对磁性粉末的要求166

5.4.3　机械球磨制粉技术167

5.4.4　气流磨制粉原理与技术169

5.5　粉末磁场取向与压型原理和技术172

5.5.1　粉末磁场取向的重要性172

5.5.2　粉末颗粒在磁场中的取向过程173

5.5.3　粉末磁场取向程度的评价尺度177

5.5.4　粉末压型180

5.6　烧结原理与技术187

5.6.1 引言187

5.6.3　液相烧结的基本过程188

5.6.2 液相烧结188

5.6.4　液相烧结的致密化与晶粒长大控制191

参考文献192

第6章　烧结Nd-Fe-B系永磁材料194

6.1 概述194

6.2 三元Nd-Fe-B系烧结永磁材料的成分与性能198

6.3　Nd-Fe-B系永磁材料的烧结、热处理原理与技术202

6.3.1 Nd-Fe-B系永磁体的烧结203

6.3.2　Nd-Fe-B系永磁体的回火热处理206

6.4.1 烧结Nd-Fe-B系永磁材料的显微组织特征210

6.4　烧结Nd-Fe-B系永磁材料的显微组织210

6.4.2 晶界显微结构与晶界相215

6.4.3　添加元素的晶界显微结构219

6.5　烧结Nd-Fe-B系永磁体的畴结构与反磁化223

6.5.1 畴结构与畴宽223

6.5.2　稀土化合物永磁的畴结构参数226

6.5.3　烧结Nd-Fe-B系永磁体的反磁化过程与畴结构变化228

6.6.1 烧结Nd-Fe-B系永磁体的形核场HN与矫顽力230

6.6　烧结Nd-Fe-B系永磁材料的矫顽力230

6.6.2　烧结Nd-Fe-B永磁体的HN与各向异性（Kl和HA）的关系232

6.6.3 烧结Nd-Fe-B系永磁材料的形核场235

6.7　氧在烧结Nd-Fe-B系永磁材料中的行为与作用241

6.7.1 稀土氧化物的标准生成自由能242

6.7.2　氧进入Nd-Fe-B系磁体的过程与途径243

6.7.3　氧对烧结Nd-Fe-B永磁材料组织与性能的影响246

6.8　高磁能积烧结Nd-Fe-B系永磁材料的成分设计与制造249

6.8.1 Nd2Fe14B单晶（单相）体磁能积的理论值和实际的极限值250

6.8.2　烧结Nd-Fe-B系永磁材料的Br和（BH）m极限值251

6.8.3　烧结Nd-Fe-B系永磁体主相体积分数和取向度与性能的关系252

6.8.4 烧结Nd-Fe-B系永磁体各个相的体积分数的计算254

6.8.5　高磁能积烧结Nd-Fe-B系永磁材料的成分设计与制造257

6.9　高矫顽力烧结Nd-Fe-B系永磁材料的设计与制造261

6.9.1　决定烧结Nd-Fe-B系永磁材料矫顽力因素261

6.9.2　高矫顽力烧结Nd-Fe-B系永磁材料的成分考虑262

6.9.3 高矫顽力烧结Nd-Fe-B系永磁材料的结构设计264

6.10　三元以上的（Nd-R）（Fe-M1-M2）-B系烧结永磁材料266

6.10.1 添加Co的Nd-Fe-Co-B系永磁材料266

6.10.2　添加Al的Nd-Fe-Al-B系和Nd-Fe-Co-Al-B系永磁材料267

6.10.3 添加Dy或Dy2O3（或Tb4O7）的Nd-Dy-Fe-B系和Nd-Dy-Fe-Co-B系永磁材料270

6.10.4 添加Cu的（Nd,Dy）-Fe-B和（Nd,Dy）（Fe,Co）-B系烧结永磁材料275

6.10.5 添加Nb（或V）的Nd-Fe-Nb-B系和276

Nd-Dy-Fe-Co-Nb-B系永磁材料276

6.10.6 添加Ga的Nd-Fe-Ga-B或Nd-Dy-Fe-Ga-B系烧结永磁材料278

6.11　低成本的R-Fe-B系（R=La,Ce,MM,Pr）烧结永磁材料282

6.11.1 （Pr,Nd）-Fe-B系烧结永磁材料282

6.11.2 （Ce,Nd）-Fe-B系烧结永磁材料286

6.11.3 （La,Nd）-Fe-B系烧结永磁材料287

6.11.4 MM-Fe-B系烧结永磁材料290

6.12 具有低温度系数的烧结R-Fe-B系永磁材料293

6.13 烧结Nd-Fe-B系永磁材料的腐蚀与保护300

6.13.1 烧结Nd-Fe-B系永磁材料腐蚀行为与腐蚀试验301

6.13.2 Nd-Fe-B系磁粉的氧化行为301

6.13.3 大块烧结Nd-Fe-B系永磁材料的氧化与腐蚀303

6.13.4　烧结Nd-Fe-B系永磁材料的表面防腐307

6.14　用双合金法制造烧结Nd-Fe-B永磁材料308

参考文献312

第7章　稀土铁系粘结永磁材料及其永磁粉末的制造原理与技术312

7.1　粘结永磁材料及其应用与发展318

7.2　粘结Nd-Fe-B系永磁材料的制造320

7.3　粘结永磁体的磁性能与影响因素323

7.4　快淬法制造Nd-Fe-B永磁粉末的原理与技术326

7.5 HD和HDDR法制造Nd-Fe-B系磁粉的原理与技术333

7.5.1 氢与R-TM化合物的相互作用333

7.5.2 HD处理和HD磁粉336

7.5.3 Nd-Fe-B系各向同性HDDR磁粉的制造原理与技术337

7.5.4 Nd-Fe-B系各向异性HDDR磁粉的制造原理与技术344

7.6.1　机械合金化法的过程与原理352

7.6 机械合金化法制造Nd-Fe-B系永磁粉的原理与技术352

7.6.2　机械合金化和固态反应法制造Nd-Fe-B系永磁材料粉末354

参考文献356

第8章　稀土铁系热变形各向异性永磁材料359

8.1　概述359

8.2　Nd2Fe14B化合物为基体的永磁材料的力学性能与热变形行为359

8.2.1 Nd-Fe-B系永磁体的力学性能359

8.2.2　Nd-Fe-B系永磁材料的热形变行为361

8.3.1 Pr-Fe-B系永磁材料热压过程中磁性能与显微结构的变化364

8.3　R-Fe-B系永磁体热形变过程中磁性能与显微结构的变化364

8.3.2　Pr-Fe-Cu-B系永磁合金热轧形变过程中磁性能的变化369

8.3.3 合金成分对铸造热形变R-Fe-B系永磁材料磁性能的影响372

8.3.4　热变形MQⅢ磁体的成分、组织与性能374

8.4　热形变过程中R-Fe-B系永磁体各向异性的形成机理378

8.4.1　铸造-热变形过程中R-Fe-B系永磁材料的各向异性形成机理380

8.4.2　MQⅢ磁体在热压形变过程中各向异性形成机理386

参考文献388

第9章　稀土铁系间隙化合物永磁材料390

9.1 概述390

9.2.1 R2Fe17Nx间隙化合物的形成393

9.2　Sm2Fe17Nx间隙化合物稀土永磁材料393

9.2.2 R2Fe17Nx间隙化合物的结构398

9.2.3 R2Fe17Nx间隙化合物的内禀磁特性400

9.2.4 Sm2Fe17Nx化合物粉末与永磁材料的制造方法406

9.2.5 Sm2Fe17粉末的氮化与氮原子的扩散409

9.2.6 Sm2Fe17Nx各向同性粉末的成分、工艺与磁性能413

9.2.7 各向异性Sm2Fe17Nx磁粉的成分、工艺与磁性能417

9.2.8 Sm2Fe17Cx间隙化合物永磁材料420

9.3.1 1∶12型稀土铁系化合物的成分与晶体结构424

9.3 1∶12型间隙化合物稀土铁系永磁材料424

9.3.2 1∶12型稀土铁系化合物与其氮化物的内禀磁特性427

9.4 3∶29型间隙化合物稀土铁系永磁材料431

9.4.1 3∶29型稀土铁系化合物的发现与晶体结构431

9.4.2 3∶29型稀土铁系化合物的形成及其成分433

9.4.3 R3（Fel-xMx）29内禀磁特性和Srn3（Fe,M）29Nx间隙化合物稀土永磁材料433

参考文献435

第10章 双相纳米晶复合永磁材料439

10.1 双相纳米晶复合永磁材料的发展背景439

10.2 双相纳米晶复合永磁材料的特征和制造方法442

10.3　双相纳米晶复合永磁材料的交换耦合模型443

10.3.1　双相纳米晶复合永磁材料的一维交换耦合模型443

10.3.2　各向同性双相纳米晶复合永磁材料的二维与三维磁交换耦合模型446

10.3.3　各向异性双相纳米晶复合永磁材料交换耦合的三维模型449

10.4　发展中的双相纳米晶复合永磁材料454

10.5　Pr2Fe14B/a-Fe系纳米晶复合永磁材料454

10.5.1 快淬工艺参数、显微组织与磁性能的关系455

10.5.2 完全过快淬（非晶态）与部分过快淬（部分非晶态）Pr8Fe86B6合金带晶化退火后显微结构与磁性能的关系459

10.5.3 纳米晶复合永磁材料PrxFe94-xB6的组织结构与磁性的关系及剩磁增强效应463

10.5.4 元素（Nd,Dy,Zr,Nb等）取代对（Pr,Dy）2-（Fe,M）14B/a-Fe（M）纳米晶复合永磁材料组织结构与磁性能的影响466

10.5.5 Pr2Fe14B/a-Fe纳米晶复合粘结永磁材料471

10.6 R2Fe14B/a-Fe系（R＝Pr或Nd）纳米晶复合永磁材料的磁硬化473

10.6.1 硬磁性相与软磁性相两相交换作用473

10.6.2 双相纳米晶Pr2Fe14B/a-Fe永磁合金带起始磁化过程473

10.6.3 Pr8Fe86B6合金最佳快淬态的微观结构474

10.6.4 R2Fe14B/a-Fe纳米晶复合永磁材料反磁化形核场与交换耦合钉扎场477

10.7 Nd2Fe14B/a-Fe系纳米晶复合永磁材料480

10.8　纳米晶复合Fe3B/a-Fe+Nd2Fe14B系永磁材料481

参考文献485

第11章　烧结Nd-Fe-B系永磁材料新进展487

11.1　概述487

11.2　新牌号Nd-Fe-B系永磁材料491

11.2.1 实验室研制的高磁能积永磁体492

11.2.2 商品高性能烧结Nd-Fe-B磁体495

11.3 近快速凝固鳞片铸锭技术（SC）498

11.3.1　制造鳞片铸锭技术设备与工艺简介498

11.3.3　近快速凝固鳞片的显微组织499

11.3.2　制造高性能烧结Nd-Fe-B永磁体对厚带（或称鳞片）显微组织的要求499

11.3.4　鳞片铸锭的显微结构与成分的关系502

11.3.5　熔炼与鳞片铸锭（SC）的新设备503

11.4　氢破碎（HD）和气流磨（JM）制粉505

11.4.1　采用SC+HD+JM工艺制粉可获得优异磁性能的烧结Nd-Fe-B磁体505

11.4.2 HD过程508

11.4.3 HD设备和技术工艺510

11.4.4 制造烧结Nd-Fe-B永磁材料的添加剂512

11.5　粉末磁场取向与成形新技术512

11.5.1　粉末取向的新技术512

11.5.2　橡胶模压（RIP）新技术515

11.5.3　新开发的压形技术与装置518

11.6　低温烧结与磁体晶粒尺寸的控制520

11.6.1 影响烧结过程Nd-Fe-B晶粒长大的因素520

11.6.2 烧结时晶粒长大动力学522

11.6.3 烧结Nd-Fe-B永磁体晶粒反常长大（AGG——Adnormal grain growth）与临界烧结温度524

11.7　双合金法生产高性能Nd-Fe-B永磁材料526

11.8　高性能烧结Nd-Fe-B永磁体的显微结构模型与退磁曲线参数Q及μrec的关系529

11.8.1 概述529

11.8.2 烧结Nd-Fe-B永磁材料理想的显微结构模型530

11.8.3　烧结Nd-Fe-B显微结构模型与反磁化参数Q及μrec的关系531

11.8.4 影响永磁体的Q与μrec的工艺因素533

11.9 烧结Nd-Fe-B永磁体的力学性能535

11.9.1　烧结Nd-Fe-B永磁材料力学性能——强度与断裂韧性535

11.9.2　影响烧结Nd-Fe-B永磁材料冲击断裂韧性的因素537

参考文献538

第12章　稀土铁系粘结永磁材料的新发展542

12.1　概述542

12.1.1 稀土铁系粘结永磁材料的应用领域不断扩展542

12.1.2 粘结Nd-Fe-B的产量将迅速增加543

12.1.3 世界快淬Nd-Fe-B磁粉的产量544

12.2 各向同性快淬Nd-Fe-B磁粉的牌号与性能545

12.3　各向同性粘结Nd-Fe-B永磁材料548

12.4　双相纳米晶复合永磁材料的新发展554

12.5　各向异性磁粉与各向异性粘结磁体的新发展562

12.5.1　d-HDDR工艺563

12.5.2 添加元素（Nb,Ga,Co等）对NdFeCoNbGaB合金HDDR各向异性磁粉性能的影响565

12.5.3 用d-HDDR工艺制备各向异性Nd-Fe-B磁粉与各向异性粘结磁体的磁性能567

参考文献570

第13章 永磁材料应用的若干问题572

13.1　永磁体应用的原理572

13.2　永磁材料的应用领域与实例573

13.2.1 在微波通讯技术中的应用574

13.2.2　在电机工程中的应用576

13.2.3　在仪器仪表和计时装置中的应用580

13.2.4　在电声器件中的应用584

13.2.5　在磁力机械工程中的应用586

13.2.6　在交通运输工具中的应用590

13.2.7　在磁性分离技术中的应用592

13.2.8　在磁化技术中的应用593

13.2.9　在磁疗和健身器械方面的应用595

13.3　磁路设计与计算基础598

13.3.1 基本概念599

13.3.2　静态磁路分析与计算600

13.3.3　磁路的数值分析与计算602

参考文献606

附表1　磁学及其有关量的单位换算表607

附表2　元素周期表609

附表3　稀土金属的物理性质610

附表4-1　Nd-Fe-B产品牌号与性能表（一）611

附表4-2　Nd-Fe-B产品牌号与性能表（二）613

附表4-3　Nd-Fe-B永磁材料产品牌号与性能表（三）615

附表4-4　烧结Nd-Fe-B永磁材料牌号与性能表（四）616

附表4-5　烧结Nd-Fe-B永磁材料牌号与性能表（五）618

附表4-6　Nd-Fe-B永磁材料牌号与性能表（六）619

附表4-7　Nd-Fe-B永磁材料的牌号与性能表（七）622

附表4-8　Nd-Fe-B永磁材料牌号与性能表（八）626

术语索引628