1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指標？

永磁材料的主要磁性能指標是：剩磁(Jr,Br)、矯頑力(bHc)、內(nèi)稟矯頑力(jHc)、磁能積(BH)m。我們通常所說的永磁材料的磁性能，指的就是這四項。永磁材料的其它磁性能指標還有：居里溫度(Tc)、可工作溫度(Tw)、剩磁及內(nèi)稟矯頑力的溫度系數(shù)(Brθ,jHcθ)、回復(fù)導(dǎo)磁率(μrec.)、退磁曲線方形度(Hk/jHc)、高溫減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還包括密度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等；機械性能則包括維氏硬度、抗壓（拉）強度、沖擊韌性等。此外，永磁材料的性能指標中還有重要的一項，就是表面狀態(tài)及其耐腐蝕性能。

2、什么叫磁場強度(H)？

1820年，丹麥科學(xué)家奧斯特(H.C.Oersted)發(fā)現(xiàn)通有電流的導(dǎo)線可以使其附近的磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而揭示了電與磁的基本關(guān)系，誕生了電磁學(xué)。實踐表明：通有電流的無限長導(dǎo)線在其周圍所產(chǎn)生的磁場強弱與電流的大小成正比，與離開導(dǎo)線的距離成反比。定義載有1安培電流的無限長導(dǎo)線在距離導(dǎo)線1/2π米遠處的磁場強度為1A/m(安/米，國際單位制SI)；在CGS單位制(厘米-克-秒)中，為紀念奧斯特對電磁學(xué)的貢獻，定義載有1安培電流的無限長導(dǎo)線在距離導(dǎo)線0.2厘米遠處磁場強度為1Oe（奧斯特），1Oe=1/(4π×103)A/m。磁場強度通常用H表示。

3、什么叫磁極化強度(J)，什么叫磁化強度(M)，二者有何區(qū)別？

現(xiàn)代磁學(xué)研究表明：一切磁現(xiàn)象都起源于電流。磁性材料也不例外，其鐵磁現(xiàn)象是起源于材料內(nèi)部原子的核外電子運動形成的微電流，亦稱分子電流。這些微電流的集合效應(yīng)使得材料對外呈現(xiàn)各種各樣的宏觀磁特性。因為每一個微電流都產(chǎn)生磁效應(yīng)，所以把一個單位微電流稱為一個磁偶極子。定義在真空中每單位外磁場對一個磁偶極子產(chǎn)生的較大力矩為磁偶極矩pm，每單位材料體積內(nèi)磁偶極矩的矢量和為磁極化強度J，其單位為T（特斯拉，在CGS單位制中，J的單位為Gs，1T=10000Gs）。

定義一個磁偶極子的磁矩為pm/μ0，μ0為真空磁導(dǎo)率，每單位材料體積內(nèi)磁矩的矢量和為磁化強度M，其SI單位為A/m，CGS單位為Gs(高斯)。

M與J的關(guān)系為：J=μ0M，在CGS單位制中，μ0=1，故磁極化強度與磁化強度的值相等；在SI單位制中，μ0=4π×10-7H/m(亨/米)。

4、什么叫磁感應(yīng)強度(B)，什么叫磁通密度(B)，B與H，J，M之間存在什么樣的關(guān)系？

理論與實踐表明，對介質(zhì)施加一磁場H時(該磁場可由外部電流或外部永磁體提供，亦可由永磁體對永磁介質(zhì)本身提供，由永磁體對永磁介質(zhì)本身提供的磁場又稱退磁場)，介質(zhì)內(nèi)部的磁場強度并不等于H，而是表現(xiàn)為H與介質(zhì)的磁極化強度J之和。由于介質(zhì)內(nèi)部的磁場強度是由磁場H通過介質(zhì)的感應(yīng)而表現(xiàn)出來的，為與H區(qū)別，稱之為介質(zhì)的磁感應(yīng)強度，記為B：

B=μ0H+J（SI單位制）（1-1）

B=H+4πM（CGS單位制）

磁感應(yīng)強度B的單位為T，CGS單位為Gs（1T=104Gs）。

對于非鐵磁性介質(zhì)如空氣、水、銅、鋁等，其磁極化強度J、磁化強度M幾乎等于0，故在這些介質(zhì)中磁場強度H與磁感應(yīng)強度B相等。

由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來表示，故磁感應(yīng)強度B又可定義為磁力線通量的密度，磁感應(yīng)強度B和磁通密度B在概念上可以通用。

5、什么叫剩磁(Jr，Br)，為什么在永磁材料的退磁曲線上任意測量點的磁極化強度J值和磁感應(yīng)強度B值小于剩磁Jr和Br值？

永磁材料在閉路狀態(tài)下經(jīng)外磁場磁化至飽和后，再撤消外磁場時，永磁材料的磁極化強度J和內(nèi)部磁感應(yīng)強度B并不會因外磁場H的消失而消失，而會保持一定大小的值，該值即稱為該材料的剩余磁極化強度Jr和剩余磁感應(yīng)強度Br，統(tǒng)稱剩磁。剩磁Jr和Br的單位與磁極化強度和磁感應(yīng)強度單位相同。

根據(jù)關(guān)系式(1-1)可知，在永磁材料的退磁曲線上，磁場H為0時，Jr=Br，磁場H為負值時，J與B不相等，便分成了J-H和B-H二條曲線。從關(guān)系式(1-1)還可以看到，隨著反向磁場H的增大，B從較大值Br=Jr變化到0，最后為負值，對于現(xiàn)代永磁材料，B退磁曲線的變化規(guī)律往往為直線；J退磁曲線的變化規(guī)律則不同：隨著反向磁場H的增大，B值線性減小，由于B值的減小量總是大于或等于反向磁場H的增大量，故在J退磁曲線上的一定區(qū)域內(nèi)可以保持相對平直的直線，但其J值總是小于Jr。

6、什么叫矯頑力(bHc)，什么叫內(nèi)稟矯頑力(jHc)？

在永磁材料的退磁曲線上，當反向磁場H增大到某一值bHc時，磁體的磁感應(yīng)強度B為0，稱該反向磁場H值為該材料的矯頑力bHc；在反向磁場H=bHc時，磁體對外不顯示磁通，因此矯頑力bHc表征永磁材料抵抗外部反向磁場或其它退磁效應(yīng)的能力。矯頑力bHc是磁路設(shè)計中的一個重要參量之一。

值得注意的是：矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁Jr。因為從（1-1）式可以看到，在H=bHc處，B=0，則μ0bHc=J，上面已經(jīng)說明，在J退磁曲線上任意點的磁極化強度值總是小于剩磁Jr，故矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁Jr。例如：Jr=12.3kGs的磁體，其bHc不可能大于12.3kOe。換句話說，剩磁Jr在數(shù)值上是矯頑力bHc的理論極限。

當反向磁場H=bHc時，雖然磁體的磁感應(yīng)強度B為0，磁體對外不顯示磁通，但磁體內(nèi)部的微觀磁偶極矩的矢量和往往并不為0，也就是說此時磁體的磁極化強度J在原來的方向往往仍保持一個較大的值。因此，bHc還不足以表征磁體的內(nèi)稟磁特性；當反向磁場H增大到某一值jHc時，磁體內(nèi)部的微觀磁偶極矩的矢量和為0，稱該反向磁場H值為該材料的內(nèi)稟矯頑力jHc。

內(nèi)稟矯頑力jHc是永磁材料的一個重要的物理參量，對于jHc遠大于bHc的磁體，當反向磁場H大于bHc但小于jHc時，雖然此時磁體已被退磁到磁感應(yīng)強度B反向的程度，但在反向磁場H撤消后，磁體的磁感應(yīng)強度B仍能因內(nèi)部的微觀磁偶極矩的矢量和處在原來方向而回到原來的方向。也就是說，只要反向磁場H還未達到j(luò)Hc，永磁材料便尚未被全部退磁。因此，內(nèi)稟矯頑力jHc是表征永磁材料抵抗外部反向磁場或其它退磁效應(yīng)，以保持其原始磁化狀態(tài)能力的一個主要指標。

矯頑力bHc和內(nèi)稟矯頑力jHc的單位與磁場強度單位相同。

7、什么叫磁能積(BH)m？

在永磁材料的B退磁曲線上(二象限)，不同的點對應(yīng)著磁體處在不同的工作狀態(tài)，B退磁曲線上的某一點所對應(yīng)的Bm和Hm（橫坐標和縱坐標）分別代表磁體在該狀態(tài)下，磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強度和磁場的大小，Bm和Hm的絕對值的乘積（BmHm）代表磁體在該狀態(tài)下對外做功的能力，等同于磁體所貯存的磁能量，稱為磁能積。在B退磁曲線上的Br點和bHc點，磁體的（BmHm）=0，表示此時磁體對外做功的能力為0，即磁能積為0；磁體在某一狀態(tài)下（BmHm）的值較大，表示此時磁體對外做功的能力較大，稱為該磁體的較大磁能積，或簡稱磁能積，記為(BH)max或(BH)m。因此，人們通常都希望磁路中的磁體能在其較大磁能積狀態(tài)下工作。磁能積的單位在SI制中為J/m3(焦耳/立方米)，在CGS制中為MGOe(兆高奧斯特)，100/4πJ/m3=1MGOe。

8、什么叫居里溫度(Tc)，什么叫磁體的可工作溫度Tw，二者有何關(guān)系？

隨著溫度的升高，由于物質(zhì)內(nèi)部基本粒子的熱振蕩加劇，磁性材料內(nèi)部的微觀磁偶極矩的排列逐步紊亂，宏觀上表現(xiàn)為材料的磁極化強度J隨著溫度的升高而減小，當溫度升高至某一值時，材料的磁極化強度J降為0，此時磁性材料的磁特性變得同空氣等非磁性物質(zhì)一樣，將此溫度稱為該材料的居里溫度Tc。居里溫度Tc只與合金的成分有關(guān)，與材料的顯微組織形貌及其分布無關(guān)。

在某一溫度下永磁材料的磁性能指標與室溫相比降低一規(guī)定的幅度，將該溫度稱為該磁體的可工作溫度Tw。由于磁性能的這一降低幅度需要視該磁體的應(yīng)用條件及要求而定，因此，所謂的磁體的可工作溫度Tw對于同一磁體來說是一個待定值，也就是說，同一永磁體在不同的應(yīng)用場合可以有不同的可工作溫度Tw。顯然，磁性材料的居里溫度Tc代表著該材料的理論工作溫度極限。事實上，永磁材料的實際可工作Tw遠低于Tc。例如，純?nèi)腘d-Fe-B磁體的Tc為312℃，而其實際可工作Tw通常不到100℃。通過在Nd-Fe-B合金中添加重稀土金屬以及Co、Ga等元素，可顯著提高Nd-Fe-B磁體的Tc和可工作Tw。值得注意的是，永磁體的可工作Tw不僅與磁體的Tc有關(guān)，還與磁體的jHc等磁性能指標、以及磁體在磁路中的工作狀態(tài)有關(guān)。

9、什么叫永磁體的回復(fù)導(dǎo)磁率(μrec)，什么叫J退磁曲線方形度(Hk/jHc)，它們有何意義？

當磁體處在動態(tài)工作條件下時，外部反向磁場H或磁體內(nèi)部的退磁場Hd呈周期性變化，此時工作點D亦呈周期性往復(fù)變化，定義在磁體的B退磁曲線上工作點D往復(fù)變化的軌跡為磁體的動態(tài)回復(fù)線，該線的斜率為回復(fù)導(dǎo)磁率μrec。顯然，回復(fù)導(dǎo)磁率μrec表征了磁體在動態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性，它也是永磁體的B退磁曲線方形度，因此它是永磁體的一個重要的磁特性指標之一。對于Nd-Fe-B燒結(jié)磁體，B退磁曲線為直線且bHc約等于Br，其回復(fù)導(dǎo)磁率μrec等于B退磁曲線的斜率且μrec.=1.03~1.10。μrec越小，磁體在動態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性就越好。

值得注意的是，若磁體的B退磁曲線不是直線，則磁體的回復(fù)導(dǎo)磁率μrec在不同工作點就有不同的值，此時如何把磁體設(shè)計在穩(wěn)定的工作狀態(tài)，就顯得非常重要。

定義磁體的J退磁曲線上，J=0.9Jr時的反向磁場大小為Hk，Hk/jHc可以直觀地表示磁體的J退磁曲線方形度。對于具有高jHc的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體，jHc遠遠大于bHc，當反向磁場大于bHc但小于jHc時，相應(yīng)的B退磁曲線已進入第三象限。由（1-1）式可知，此時若磁體的J退磁曲線仍為直線，則相應(yīng)第三象限的B退磁曲線亦保持直線，此時磁體的?μrec仍保持較小值，在反向外磁場撤消后，磁體的工作點仍能恢復(fù)到原來的位置。因此，Hk/jHc也是永磁體的一個重要的磁特性指標之一，它和μrec一樣，表征了磁體在動態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性。

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