磁场成型对锶铁氧体磁性能影响的模型研究

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1、计算物理第28卷第6期Vol．28，No．62011年11月CHINESEJOURNALOFCOMPUTATIONALPHYSICSNov．，2011文章编号:1001-246X(2011)06-0901-05磁场成型对锶铁氧体磁性能影响的模型研究11，2111，23齐锦刚，赵作福，张东军，李峰，王建中，王君(1.辽宁工业大学材料科学与工程学院，辽宁锦州121001;2.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083;3.鞍山市德康磁性材料有限责任公司，辽宁鞍山114018)摘要:磁场成型是锶铁氧体获得高性能永磁材料的关键工艺．利用已建立的数

2、学模型，研究锶铁氧体磁畴中心和材料几何中心相对位置变化对锶铁氧体磁性能的影响．结果表明，磁畴中心向下偏移比其向上偏移时，外磁场对磁畴中心的作用效果明显;同时当试样呈平面时，外磁场全部垂直作用于试样上，有效作用为最佳，并可以得到高矫顽力各向异性锶铁氧体．关键词:锶铁氧体;磁场;各向异性;磁性能中图分类号:TB303文献标识码:A0引言［1－4］［5－6］近年来，大量的生产实践和实验研究表明，稀土元素的掺杂、添加剂的加入、施加取向强磁场及［7－9］改善烧结工艺等对提高永磁锶铁氧体的磁性能取得了显著的效果．特别是由于永磁锶铁氧体具有单轴各向异性，故外

3、加取向磁场强度会影响晶粒的转动取向．1986年，斯［10］特普兰(Germany)指出，锶铁氧体永磁晶体一般为六角形片状晶体结构，C轴为易磁化轴，在没有外磁场存在的情况下，晶体中磁畴取向杂乱无章，磁矩相互抵消，宏观上不呈现磁性．随后，日本学者田口仁通过实－1验得出结论，在制造锶铁氧体永磁时，一般采用200～800kA·m的直流取向磁场;当取向磁场达到内察矫顽力的5倍以上时，就可以获得良好的晶粒取向排列，即取向磁场应大于或等于锶铁氧体永磁材料的饱和磁［11］化磁场．同期，国内学者周志刚采用湿压磁场成型实验，也确定了成型电流、成型磁场的最大值．因此

4、，利用磁场成型工艺制造各向异性烧结磁体，其核心问题之一在于利用磁场力使磁畴定向排列，从而有效控制烧结磁体的宏观各向异性和磁化强度．然而，外加磁场成型的工艺实施及对锶铁氧体磁性能的改善尚缺乏理论指导及模型优化．本文利用数学模型研究了外加磁场对锶铁氧体成型过程中磁畴取向的变化特点并进行了验证．1模型易磁化轴取向一致的磁体称为各向异性磁体．对于M型锶铁氧体，磁场成型是诱导其各向异性的重要方法．在永磁体加工成型过程中，经过粉碎制得的磁粉一般要在外磁场作用下压制，被磁化的磁粉都成为在磁化方向具有N、S磁极的单磁畴微粒，这些微粒可以像小磁针那样在磁场中旋转

5、．在此状态下压制成型，可以得到易磁化轴一致的压缩粉体．这种压缩粉体再经烧结，就可得到磁性能良好的永磁体．由此可见，磁场成型可以得到各向异性良好的永磁体．由于试样被压制成弧形，当颗粒的易磁化方向沿着弧形的径向时，其磁性能最优，在压力及外磁场联合作用下大多数颗粒取向一致，且沿径向排列．但是由于外加磁场不同，导致磁畴中心和材料的几何中心分为三种情况，即磁畴中心与材料的几何中心重合、磁畴中心与材料的几何中心上面、磁畴中心与材料的几何中心下面．当试样充磁时，所施加的外磁场可抽象成一种力，此力作用于试样中的颗粒．此处，由于外磁场方向收稿日期:2010－11

6、－19;修回日期:2011－04－05基金项目:国家自然科学基金(50674054)资助项目作者简介:齐锦刚(1974－)，男，辽宁锦州，教授，博士，主要从事金属凝固理论与应用研究，E-mail:qijingang1974@sina．com902计算物理第28卷一致，故可以将此力当作标量，只有大小没有方向．因为颗粒的易磁化方向沿径向，故将此力沿径向分解，可得到外磁场在试样径向的作用效果，即作用在易磁化方向上的效果，也就是有效作用“力”．现对上述三种情况分别进行讨论．1.1磁畴中心与材料的几何中心重合如图1所示，点O为磁轴的几何圆心，O'为转子中

7、心，当O与O'重合时．将外加磁场强度抽象化为一组施加在磁瓦上平行且无间隙的力F，其大小相等，方向相同．设AH=BG=CP=DE=HC=F，OA=OC=OB=OD=r(r为磁瓦几何半径)，OK=O'K=r'(θ)(θ为F与r的夹角)，则在DM的磁畴中心方向分解的大小分别是DK=DEcos(∠ODE)，CL=CPcos(∠OCP)，BN=BGcos(∠OBG)．对于扇形OAD，其面积为ππ2122121图1磁畴中心与试样几何中心重合的示意图S=rr'22π∫φdφ－∫φdφ=(r'－r)(－θ)，θ2θ222Fig.1Coincidenceofma

8、gneticdomaincenter(1)andgeometriccenterofthesample对于扇形OAD，其磁力矩为πr2122M=∫Fco