强磁体——稀土永磁材料原理、制造与应用
作者：潘树明 编著 出版日期：2011年8月 书号：978-7-122-10385-7
开本：16 版次：1版1次 页数：424页 定价：78.00元
读者对象：
本书适合从事永磁材料生产、研发与应用的技术人员以及相关的科技领域的科技人员阅读。
内容简介：
本书包括稀土永磁体——稀土钴基、铁基超强永磁材料、双相纳米晶复合永磁材料、稀土铁系间隙化合物永磁材料的制造工艺、设备、制造原理、应用和中国稀土永磁材料研发与产业化的创新；永磁材料的磁学基础；稀土永磁材料的相变与稀土金属间化合物晶体结构；当今国内外先进水平的制造工艺及设备、制造原理；第一代稀土永磁材料——稀土钴基永磁材料，第二代2∶17型稀土钴基永磁材料，第三代稀土永磁材料——稀土铁基永磁材料、纳米晶复合永磁材料、稀土过渡间隙化合物永磁材料的成分、性能、制作方法以及它们的相互关系，永磁材料的应用、磁路设计基础、永磁材料的稳定性、磁性测量、永磁体应用范围和典型范例与发展前景。 本书将铁磁学、晶体学、金属学、冶金学、材料科学的基本理论融会贯通地应用于稀土永磁材料，对相关的基本概念、基本原理作出了清晰的论述。本书针对中国稀土永磁材料行业在高性能产品生产向前发展的问题进行阐述，提出中国稀土永磁材料行业的研究目标和达到目标十种创新技术方法和策略，对国内外出现的磁性材料新理论、新学说、新材料、新技术作了详细阐述。 本书适合从事永磁材料生产、研发与应用的技术人员以及相关的科技领域的科技人员阅读。
前言：
材料是人类社会文明的柱石与里程碑，永磁材料已成为衡量一个国家文明和发达程度的标志之一，已广泛用于现代科学技术，如信息技术、通讯技术、计算机技术、航天航空技术、交通运输、办公自动化技术、家电和医疗设备中。 稀土永磁材料是重要的功能材料，也是磁性能最强的永磁材料，中国稀土永磁材料的发展令人振奋，也令世界瞩目，其产值占中国永磁材料的50％以上。世界对稀土永磁材料的需求量每年以20％～30％的速度增长，稀土永磁材料将成为永磁材料的主体产品。该材料的制造技术与工艺还在不断发展，产品的品种还在不断地扩展，产品的质量在不断地提高，产品的应用也在不断扩大。 撰写本书的目的是：研究、总结稀土永磁材料在制造中出现的新工艺、新技术、新设备，研究四十年来稀土永磁行业中的实用技术、发明创造和应用；总结国内外的发展，开拓国内外市场，推动永磁材料产业和相关高技术产业的发展，促进新型稀土永磁材料的研究创新；为在21世纪，中国稀土永磁材料产业技术与产品创世界一流水平，成为世界稀土永磁材料开发与生产基地，由产量大国变为稀土永磁经济强国贡献一份力量。 本书共二十章。第1章重点介绍稀土永磁材料的发展及其与高新技术的关系。 第2章是永磁材料的磁学基础。阐述了量子力学和磁性、量子顺磁性和反磁性、磁性的经典和量子唯象学论、稀土永磁合金的磁性来源，为研发新型稀土磁性材料提供基础理论知识，是新型磁性材料创新和高等院校磁学理论教学的基础。 第3章介绍了稀土永磁合金的相图与稀土化合物的晶体结构相图。结构相图是阐明合金系相关系和相转变的工具，它是表示金属或合金中各种相的平衡存在条件以及相之间平衡共存关系的一种简明图解，帮助人们系统地了解金属和合金在不同的条件下可能出现的各种组态，以及条件改变时，各种组态可能发生的转变的方向和限度。再把相图与相变机理和动力学结合起来，相图便可成为分析组织形成和变化的有力工具，是研制、生产和加工金属材料的重要参考资料。 第4章重点阐述合金相与相变的原理与基本规律。相变是材料科学的重要组成部分，固态相变理论是从事金属材料科学研究的一把金钥匙，不懂得固态金属相变，就等于不懂金属材料。在这一章里运用现代金属固态相变理论和观点，阐述本人三十多年来从事稀土永磁合金从室温到高温相变过程中的研究成果和发现，揭示稀土永磁合金高温相变，纳米晶形成与矫顽力的关系，稀土永磁合金高温相变驱动力、相变阻力、均匀形核、新相长大规律、相变自由焓等，目的是为科研人员和高等院校开发新型磁性材料，发现合金中新的磁性相，提高磁性材料性能提供参考。 第5章阐述稀土永磁材料的制备原理和熔炼工艺技术，目的是为稀土永磁材料研发和生产企业的技术人员提供参考，根据产品使用者对稀土永磁体性能的要求而设计配方，选择工艺技术，指导工人生产。 第6章阐述稀土永磁合金制粉原理和工艺技术，包括湿法制粉和干法制粉原理、工艺和设备。本章内容包括国内外最优秀的稀土永磁体制粉设备原理、制粉工艺，如氢爆碎炉的使用技术，气流粉碎机的原理与设备、工艺技术，制粉中如何防氧化的关键技术。 第7章阐述稀土永磁合金粉末磁场取向与成型工艺技术。 第8章介绍稀土永磁材料的烧结原理、工艺技术。烧结对粉末冶金材料和制品的性能有着决定性的影响。烧结结果是粉末颗粒之间发生黏结，对永磁体强度增加和密度的提高起重要作用。本章内容以烧结原理、烧结原动力、烧结中物质的迁移、固相烧结的过程和工艺、气氛的控制、烧结炉设备为重点，并介绍了本人在生产实践中创出的大幅度提高烧结效率的烧结新工艺的专利技术。 第9章介绍了稀土永磁材料的时效、后加工技术原理、工艺技术。稀土永磁材料烧结之后的时效可以成倍提高合金的内禀矫顽力，时效工艺合理可以使材料的稳定性大幅度提高。只有通过对稀土永磁体的后加工才能达到用户使用的规格尺寸和精度要求。本章也融入了本人从事研发实践中稀土永磁合金时效和后加工经验，利用这些优秀的工艺技术，材料成品率可大幅度提高。 第10章阐述黏结稀土永磁材料的原理、制备工艺技术。黏结稀土永磁体是把稀土永磁材料与树脂、塑料或低熔点合金等黏结剂均匀混合，然后用压制、挤出或注射成型方法制成的一种复合永磁体。当前此材料的用量增长很快，其增长幅度高于任何一种永磁材料。 第11章阐述HDDR稀土永磁材料的制备工艺技术和原理。 第12章～第14章阐述当前正在研发和走向产业化过程的稀土永磁材料粉末的机械合金制备工艺技术，纳米复合永磁材料制备工艺技术，稀土永磁材料的铸造——热变形法工艺技术。 第15章～第17章介绍第一、二、三代稀土永磁材料。包括第一代RCo5(R=Sm，Pr)、第二代Sm(Co，Cu，Fe，Er)Z(Z=6～8)、第三代RFe(M)B永磁材料的发现、材料性能和工艺技术，相变反应动力学，从室温到高温的相变和内禀矫顽力关系，矫顽力机制模型、材料的居里温度、材料的稳定性等。 第18章介绍双相纳米晶复合永磁材料。它是目前最有前途的永磁材料之一，这一材料及相关技术的发展，必将促进稀土永磁材料的技术进步和传统产品的性能升级，由此带来稀土永磁高新技术产品的发展。本章重点内容包括纳米晶复合材料的交换耦合模型、制造原理、制造工艺、产业化前景。 第19章阐述稀土永磁材料的稳定性，包括时间稳定性、温度稳定性、化学稳定性、冲击作用和机械振动下的稳定性、外磁场作用下的稳定性及磁性测量技术与设备。 第20章阐述永磁材料的应用与发展前景。 稀土永磁材料的永磁性来源于稀土与3d过渡族金属形成的某些特殊金属间化合物。人们利用永磁特性将其能量转换为磁的各种物理效应，已制成多种功能材料及器件，广泛用于电机工程、生物工程、微波通讯技术、计算机技术、自动化技术、磁分离技术、石化工业、汽车工业、仪表工业、音像工业等众多领域已成为新兴产业与社会进步、高新科学技术的重要物质基础之一，由于稀土元素结构的特殊性，而且有其他元素不具备的磁、电、光特性，从而可以制备成为用于高新技术的新品种，新材料，推动理论与材料的发展。本书作者水平有限，不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。 2011年5月
目录：
第1章绪论1 11稀土永磁材料在国民经济中的地位和作用1 12稀土永磁材料的现状与发展前景1 13稀土元素2 14稀土元素原子的外部电子层结构2 15稀土元素的原子半径和三价离子半径值3 16稀土元素的物理性质4 17永磁材料发展历程、磁学磁性材料发展大事记5 171永磁材料发展历程5 172磁学磁性材料发展的大事记9 18永磁材料优劣判断标准11 参考文献12 参考书目12 第2章永磁材料的磁学基础14 21永磁材料的技术磁参数14 22矫顽力的理论及其理论的发展21 221得到最大矫顽力的条件21 222矫顽力的应力理论和掺杂理论21 223形核场理论——形核场决定的矫顽力21 224钉扎场理论——钉扎场决定的矫顽力22 23强磁性的微观机理与铁磁性的量子力学理论29 231强磁性的微观来源机理与HeisenbergW的量子力学理论29 232Hei Senberg(海森堡)自发磁化理论要点30 233френелъ(弗伦克尔)提出的铁磁物质的自发磁化理论要点32 参考文献34 参考书目34 第3章稀土永磁材料的相图与稀土化合物的晶体结构36 31引言36 32稀土钴二元系相图及化合物37 33钐钴铜相图44 34钐钴铜铁系永磁体相图48 35钐钴铜铁金属系2∶17型永磁体相转变分析49 36稀土铁二元相图及化合物51 37稀土铁硼三元系相图及化合物55 38钕铁硼三元系的非平衡状态图64 39镨铁硼三元系相图64 310钕铁碳三元系相图70 311晶体与晶体的七大晶系70 312稀土永磁化合物的晶体结构概述71 313Th2Ni17型化合物的晶体结构72 314Th2Zn17型化合物的晶体结构74 315稀土钴系化合物的晶体结构76 316La2Fe14B化合物的晶体结构77 317R1+εFe4B4化合物的晶体结构78 参考文献82 参考书目83 第4章合金相与相变的原理及在稀土永磁合金高温相变中的应用85 41合金相与相变的原理85 411相与相变85 412合金与材料85 413组织与结构86 414相变与结构的变化86 415相变的分类——热力学分类86 416相变的分类——动力学的分类89 417相变的分类——结构学分类90 418相变的驱动力90 419相变阻力92 4110形核92 4111新相长大的一些规律92 4112固体相变动力学93 4113马氏体相变97 42烧结NdFeB系永磁合金的室温相与高温相变98 43稀土永磁合金高温相变的应用105 431在材料科学、理论研究方面的应用105 432在材料制备工艺上的应用106 参考文献108 参考书目108 第5章稀土永磁材料的熔炼工艺110 51合金熔炼技术110 52快速凝固鳞片的显微组织优劣的判定标准113 参考文献113 参考书目114 第6章稀土永磁合金制粉原理与工艺技术115 61制粉原理与稀土永磁体粉末的特点115 62制造烧结稀土永磁体对磁性粉末的要求115 63机械球磨制粉技术116 64氢破碎和气流磨制粉117 参考文献122 参考书目122 第7章稀土永磁合金粉末磁场取向与成形工艺技术123 71磁场下成形概述123 72粉末在磁场下成形的过程和压坯质量分析123 721粉末特性123 722压件的形状及尺寸124 723压制条件124 724加压方式124 725加压速度124 726压制过程中力的分析124 727成形剂124 728成形剂的选择标准125 729物料压制过程中压坯质量的影响因素125 73稀土永磁合金粉末磁场取向与成形实例126 74常见压坯缺陷分析及改进措施128 75压制工艺的制定130 76压制工艺有关的参数130 77脱模方式131 78压制压力131 79磁场中成形工艺131 参考文献133 参考书目133 第8章稀土永磁材料的烧结原理、工艺技术134 81烧结的目的与实质134 82烧结温度的设定134 83高温烧结保温时间的设定134 84烧结原动力135 85烧结中的物质迁移135 86固相烧结的过程136 87晶界扩散的作用与晶界扩散机构138 88晶界显微组织与晶界相139 89塑性流动机构142 810中间阶段烧结的基本过程143 811最终阶段烧结的基本过程144 812烧结过程中粉末体烧结时再结晶145 813活化烧结146 814活化烧结的方法146 815烧结工艺的制定与烧结工艺技术147 参考文献149 参考书目149 第9章SmCo5永磁材料的热处理与磁性能150 91SmCo5发展历程与回火效应150 92SmCo5永磁材料的750℃回火效应与矫顽力下降的机理151 93SmCo5永磁材料制备工艺中热处理对矫顽力的影响154 94SmCo5永磁材料的矫顽力机理157 参考文献159 参考书目160 第10章黏结稀土永磁材料的原理制备工艺技术161 101黏结稀土永磁材料的特点161 102黏结稀土永磁材料的分类161 103黏结稀土永磁体的制备工艺技术162 104黏结稀土永磁材料的磁性能163 105黏结稀土永磁材料的应用164 参考文献164 参考书目165 第11章HDDR法制备稀土永磁材料的原理与工艺技术166 111制备原理166 112制备工艺167 1121制备各向同性钕铁硼磁粉的HDDR工艺167 1122制备各向异性的钕铁硼黏结磁粉HDDR工艺169 1123Nd15Fe66Co12B7各向异性永磁材料的HDDR工艺技术171 1124Sm2Fe17型合金的不同含量Sm补偿及Sm2Fe17Nx的HDDR 工艺技术174 参考文献175 参考书目175 第12章稀土永磁材料粉末的机械合金化制备工艺技术176 121机械合金化高温合金176 122机械合金化制备工艺技术176 1221机械合金化制备各向同性SmFeN粉末177 1222机械合金化SmxFe85-xV15合金的结构和磁性178 参考文献180 参考书目180 第13章双合金法制造烧结稀土铁基永磁材料181 131双合金法制备烧结稀土永磁材料的制备原理181 132双合金法制造烧结稀土铁基永磁材料的工艺技术182 参考文献183 参考书目184 第14章稀土铁系间隙化合物永磁材料185 141稀土铁系间隙化合物永磁材料的发展185 142ThMn12晶体结构185 143R2Fe17Nx间隙化合物的结构188 144Sm2Fe17Cx间隙化合物永磁材料190 145Sm2(Fe,M)17Nx磁粉的制备方法192 146合金元素193 参考文献194 参考书目195 第15章稀土钴永磁材料197 151稀土钴永磁材料的种类、品种和磁性197 152RCo5永磁材料的制造工艺技术202 1521粉末冶金法202 1522还原扩散法205 153PrCo5永磁材料207 1531Cr2O3的添加对烧结PrCo5磁性能的影响208 154（SmPr）Co5永磁材料209 155MMCo5永磁材料211 156（SmHR）Co5永磁材料211 157Ce（Co，Cu，Fe）5永磁材料211 158第一代稀土永磁材料研究中的新进展212 1581重稀土钴系合金的相变212 1582SmCo5化合物的价电子结构与磁性的关系214 1583SmCo5永磁合金高温相变与磁性214 参考文献215 参考书目216 第16章第二代稀土永磁材料2∶17型稀土钴永磁材料217 1612∶17型稀土钴永磁材料的发展和钐钴铜系永磁材料217 162钐钴铜铁系永磁材料219 163钐钴铜铁金属系——（2∶17型SmCo）永磁材料221 1631钐钴铜铁金属系永磁材料的种类和性质221 1632钐钴铜铁金属系（2∶17型永磁材料）的成分221 1633Sm(Co，Cu,Fe,Zr)z永磁材料成分与高温相及其结构224 1642∶17型SmCo合金液相烧结工艺、显微组织与磁性224 16412∶１７型SmCo合金液相烧结工艺224 1642Sm(Co,Cu,Fe,Zr)Z(7≤Z≤85)永磁材料的显微组织形成机制228 165沉淀硬化2∶17型SmCo永磁材料的矫顽力机理230 166低温度系数的2∶17型SmCo永磁材料240 167重稀土过渡金属化合物的亚铁磁性242 168Sm2(Fe,Ga,Si,Cu)17Cy化合物的磁晶各向异性和矫顽力245 169Sm2(Co，Cu，Fe，Zr)17合金与高使用温度的永磁体249 16102∶17型SmCo永磁材料研究应用进展251 16101Sm(Co,Cu,Fe,Zr)Z磁体反常矫顽力温度关系的机理252 16102高矫顽力2∶17型SmCo永磁合金的自旋再取向与15K和变温的磁性253 16103高温下Sm挥发对Sm(Co,Fe,Cu,Zr)Z磁体微磁结构的影响254 16104Sm(Co,Cu,Fe,Zr)74高温中亚稳定的过渡相与矫顽力255 16105高温2∶17型SmCo永磁体的显微组织及其与磁能的关系256 161062∶17型SmCo高温永磁体的研究257 参考文献258 参考书目259 第17章第三代稀土永磁材料——烧结稀土铁硼系永磁材料261 171RFeB永磁材料的发现261 1711第三代稀土永磁材料RFeB的诞生261 1712RFeB的品种262 172钕铁硼三元系永磁材料的主要成分266 173稀土铁硼系永磁材料的制备工艺技术268 1731烧结工艺设计的基础268 1732固相烧结和液相烧结269 1733烧结产品变形分析270 1734烧结前真空烧结炉的检查270 1735烧结过程中排除毛坯收缩产生的废气271 1736控制产品均匀性技术271 1737时效工艺技术的设计272 174烧结稀土铁硼系永磁材料的显微组织272 1741NdFeB系永磁材料铸态显微组织272 1742三元烧结钕铁硼永磁材料的显微组织特征273 1743Nd2Fe14B的结构与R2Fe14B的矫顽力形成机理274 175三元以上的稀土（R）铁（Fe·M1M2）硼（B）系永磁材料292 1751添加金属钴的钕铁钴硼永磁材料295 1752添加铌的钕铁铌硼系或钕镝铁钴铌硼系永磁材料307 1753添加镓的稀土铁镓硼或稀土镝铁钴镓铌硼永磁材料314 1754三元以上的稀土铁硼系微量添加晶界合金对合金力学性能和微结构影响316 1755稀土铁硼系中复合添加Sn、Al元素对磁性能的影响318 1756添加镝或Dy2O3的钕镝铁硼系和钕镝铁钴硼系永磁材料320 1757添加铝的稀土铁铝硼系和稀土铁钴铝硼系永磁材料322 176烧结镨铁硼系永磁材料326 177(镧、钕)铁硼系永磁材料326 178第三代稀土永磁材料研发生产中的新进展及应用实例327 1781钕铁硼系永磁合金矫顽力机制及其取向磁场关系328 1782纳米晶NdFeB永磁材料的跨晶界交换作用与晶粒大小的关系330 1783PrFeB磁体退磁曲线研究331 1784垂直膜面各向异性REFeB永磁膜材料的研究332 1785高性能烧结NdFeB稀土永磁材料N42SH工艺研究333 1786低温度系数NdFeB磁体的制备334 1787制备高矫顽力高工作温度烧结NdFeB磁体335 1788放电烧结NdFeB永磁体电化学腐蚀动力学研究336 1789两种低钕NdFeB合金的凝固行为研究337 17810高性能烧结NdFeB磁体熔炼技术与合金磁性能338 17811三元以上的RFeB永磁合金的纳米微观结构与矫顽力机制模型338 17812高性能NdFeB永磁体的畴结构339 参考文献340 参考书目342 第18章双相纳米晶复合永磁材料345 181双相纳米晶复合永磁材料的发展345 182双相纳米晶复合永磁材料的特征346 183双相纳米晶复合永磁材料的制备工艺347 1831制备各向异性纳米复合磁体的技术困难347 1832纳米晶粒结构对磁性能影响的新理论观点348 1833各向同性纳米复合磁体的制备技术349 1834各向异性纳米晶粒复合磁体的制备技术349 184双相纳米晶复合永磁材料的交换耦合模型354 1841双相纳米晶复合永磁材料的一维交换耦合模型354 1842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356 1843各向异性双相纳米晶复合永磁材料交换耦合的三维模型358 185双相纳米晶复合永磁材料研发新进展与新技术的应用360 1851晶粒交换耦合相互作用对有效各向异性的影响及其变化规律360 1852不同辊速下Pr8Fe86B6合金快淬带的结构362 1853纳米晶永磁Pr8Fe87B5的反磁化机制365 1854Nd2Fe14B/αFe交换耦合磁体的磁化热行为，边界相对硬磁化的作用367 1855动态晶化对Nd2Fe14B/αFe永磁体磁性能和显微组织的影响369 1856Nd含量对（NdxPr1-x）2Fe14B/αFe纳米复合永磁材料磁性能的影响370 1857Pr2Fe14B/αFe纳米永磁材料的高温硬磁性能372 1858高温度稳定性的Pr2Fe14B/αFe型纳米永磁材料研究373 1859块状Nd2Fe14B/αFe双相复合纳米晶磁体的制备结构和磁性373 18510Ti掺杂对Nd2Fe14B/αFe纳米复合永磁材料微结构和磁性能的影响374 18511添加Sn对纳米复合永磁材料Pr2(FeCo)14B/α(FeCo)的磁性及微结构的影响375 18512硼粉掺杂对Nd2Fe14B/αFe双相耦合纳米晶磁体的影响375 18513纳米复合材料Nd42Dy08Pr4Fe85Nb1B5最佳晶化条件377 18514交换耦合的纳米软硬磁性晶粒的有效各向异性常数378 18515爆炸压实法制备Pr2Fe14B/αFe纳米复合永磁体379 18516晶粒尺寸分布对纳米硬磁材料有效各向异性和矫顽力的影响379 参考书目380 第19章稀土永磁材料的稳定性和磁性测量382 191稀土永磁材料的稳定性382 1911时间稳定性382 1912温度稳定性382 1913化学稳定性387 1914冲击作用和机械振动下的稳定性387 1915外磁场作用下的稳定性388 192磁性测量388 1921强磁体的检验和质量分析388 1922产品的检验方法举例389 参考文献392 参考书目392 第20章永磁材料的应用393 201永磁材料应用的进展393 202稀土永磁材料应用实例与领域394 2021在电机中的应用394 2022在计算机和计算机外围设备中的应用396 2023在磁选机中的应用398 2024在交通运输工具中的应用399 2025在电声器件工程中的应用399 2026永磁体在磁制冷机设计上的应用401 2027一种永磁磁路设计的新方法402 2028在耳机、助听器、音圈电机、磁振动器、振动马达工程中的应用原理404 2029在磁控管中的应用405 203永磁材料发展前景展望405 参考文献405 参考书目406 附录407
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