钕磁铁强度的解释

钕是一种具有磁性的金属,特别是它具有反铁磁性,但是在纯形式下,它的磁性仅在低于 19 K (-425.5 °F) 的低温下才会出现。然而,一些钕与铁等过渡金属的化合物是铁磁性的,居里温度远高于室温,这些化合物用于制造钕磁铁

钕磁铁的强度是多种因素的结果。最重要的是,四方Nd 2 Fe 14 B 晶体结构具有极高的单轴磁晶各向异性(A ≈ 7 T – 磁场强度 H 以 A/m 为单位,磁矩以 A·m 2 为单位)。这意味着材料的晶体优先沿特定的晶轴磁化,但很难在其他方向磁化。与其他磁铁一样,钕磁铁合金由微晶 晶粒在制造过程中在强大的磁场中排列,因此它们的磁轴都指向同一方向。晶格改变其磁化方向的阻力使化合物具有非常高的矫顽力,或抗退磁能力。

钕原子可以具有很大的磁偶极矩,因为它的电子结构中有 4 个不成对电子,而铁中(平均)有 3 个。在磁铁中,未配对的电子排列成自旋方向相同,从而产生磁场。这使 Nd 2 Fe 14 B 化合物具有高饱和磁化强度s ≈ 1.6 T或 16 kG),剩余磁化强度通常为 1.3 特斯拉。因此,由于最大能量密度与2  ,该磁相具有储存大量磁能的潜力(BH max  ≈ 512  kJ/m 3或 64 MG·Oe)。这个磁能值比“普通”铁氧体磁铁的体积大18倍,质量大12倍。NdFeB 合金的这种磁能特性高于钐钴(SmCo) 磁体,后者是第一种商业化的稀土磁体。在实践中,钕磁铁的磁性能取决于所采用的合金成分、微观结构和制造技术。  

Nd 2 Fe 14 B 晶体结构可以描述为铁原子和钕-硼化合物的交替层。所述的抗磁性硼原子不直接向磁但通过强共价键提高凝聚力。相对较低的稀土含量(12%体积,26.7%质量)以及与钐和钴相比,钕和铁的相对丰度使得钕磁铁的价格低于钐钴磁铁