烧结稀土钴永磁材料的特性及其应用

烧结稀土钴永磁材料是继铁氧体永磁材料之后于20世纪60年代中期兴起的磁性能优异的永磁材料,国内其工艺技术成熟于20世纪90年代后期,生产规模化于20世纪90年代中期。1:5型烧结稀土钴永磁材料种类很多,如:smco5、prco5、mmco5、(sm,mm)co5、ce(cocufe)5、smprco5和(sm1-xhrex)co5等,目前普遍生产的种类是smco5、smprco5和(sm1-xhrex)co5三种。2:17型烧结稀土钴永磁材料种类主要有:sm2(cocufezr)17和(sm1-xhrex)2(cocufezr)17等,目前普遍生产的种类是sm2(cocufezr)17。(sm1-xhrex)co5和(sm1-xhrex)2(cocufezr)17是低温度系数材料。

  稀土钴永磁材料的烧结工艺要求比较苛刻,如果工艺控制不好,很不容易得到退磁曲线为直线的永磁材料,有时矫顽力甚至只有160ka/m。影响材料的均匀性和一致性的主要设备是成型磁场、真空烧结炉和磁化(充磁)设备。国内外的工艺装备技术水平有一定的差距,国外的设备较优异于国内设备。国内目前采用的烧结设备是从半导体烧结工艺设备借用过来的,主要的技术障碍之一是烧结炉高温合金管,国内的烧结炉高温合金管易变形,易漏气,寿命短,这也是影响成本因素之一。国内的成型磁场和磁化设备的缺点是磁场不均匀,磁场强度不够。

从材料性能上讲,国内外生产的烧结稀土钴永磁材料性能水平相差不大,但各有千秋。国外主要以日本tdk公司、美国电子能公司(eec)和德国真空熔炼公司(vac)、俄罗斯托尼公司为代表。 

  先进的国外公司生产的烧结稀土钴永磁产品主要特点是:

  ①内禀矫顽力hcj很高,达到2390ka/m以上,因而抗退磁能力强,设计磁路时工作点可以处于靠磁场轴的位置,也就是说pc值(pc=bm/hm)可以很小;

  ②温度系数小;

  ③内禀矫顽力hcj的温度系数小,可达到-0.06%/℃,一般为-0.23%/℃左右;

  ④使用温度可达到500℃。

  国内生产的钐钴永磁材料有如下特色:

  ①磁能积从25kj/m3到238kj/m3都可生产,适用于不同性能要求的各种器件。

  ②内禀矫顽力可达2390ka/m以上,有很好的抗退磁能力和稳定性。

  ③剩余磁通密度可逆温度系数αbr可以从+0.02%/℃到-0.05%/℃根据需要进行生产,低温度系数材料的αbr可达到50ppm/℃,已在加速度传感器、精密陀螺以及行波管中得到使用。

  ④使用温度可达到450℃。

  ⑤通过掺入重稀土元素和改进工艺后,烧结钐钴永磁的脆性降低,加工性能变好。

  钐钴永磁的一个重要应用是电真空器件,而且一直至今没有其它永磁所取代。其特点是剩余磁感应强度br、磁感应矫顽力hcb及最大磁能积(bh)max都很高。1:5型(如smco5)永磁的(bh)max现已超过199kj/m3(25mgoe),2:17型(如sm2co17)永磁的(bh)max已超过258.6kj/m3(32.5mgoe),剩余磁感应强度br一般高达0.85t~1.15t,接近铝镍钴永磁水平,矫顽力hcb可达到480ka/m~800ka/m,大约是铁氧体永磁的3倍。烧结稀土钴永磁的退磁曲线基本上是一条直线,回复线基本上与退磁曲线重合,抗退磁能力强。另外烧结稀土钴永磁材料br的温度系数比铁氧体永磁材料低,通常为-0.03%/℃~-0.05%/℃,并且居里温度高,一般为710℃~880℃,工作温度可达到450℃。因此这种永磁材料的磁稳定性最好,很适合于制造各种高性能的永磁器件,其一问世生产,很快用于电真空器件中,一直在行波管、磁控管等器件发挥其独特的优势。其次,烧结稀土钴永磁耐腐蚀性好,不需要进行防腐处理,是军用电子器件必选的永磁材料。

  烧结稀土钴永磁的缺点是目前的价格比较贵,硬而脆,抗拉强度和抗压强度均较低,其加工性能较差,仅能进行少量的电火花加工和磨削加工。磨加工时,一般最好选用金刚石砂轮。

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计