钕磁铁：结构、强度与应用

钕磁铁：结构、强度与应用

钕磁铁是应用最广泛的稀土磁铁类型。它是由钕、铁和硼的合金制成的永磁体，形成 Nd2Fe14B 四方晶体结构。

钕铁硼磁体可分为烧结磁体或粘结磁体，具体取决于所使用的制造工艺。 在需要强永磁体的现代产品的许多应用中，它们已经取代了其他类型的磁铁，例如无绳工具中的电动机、硬盘驱动器和磁性紧固件。

纯净形式的钕具有磁性——具体来说，它是反铁磁性的——但仅在低于 19 K（-254.2 °C；-425.5 °F）的温度下。 钕磁铁由钕与铁等过渡金属的化合物制成，具有铁磁性，居里温度远高于室温。

钕磁铁的强度是几个因素的结果。 最重要的是四方 Nd2Fe14B 晶体结构具有异常高的单轴磁晶各向异性（HA ≈ 7 T –磁场强度 H，单位为 A/m 与磁矩，单位为 A·m2）。 这意味着材料的晶体优先沿特定晶轴磁化，但很难在其他方向磁化。 与其他磁铁一样，钕磁铁合金由微晶粒组成，这些微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。 晶格抵抗其磁化方向的阻力赋予化合物非常高的矫顽力或抗退磁性。

钕原子可以具有较大的磁偶极矩，因为它的电子结构中有 4 个不成对的电子，而铁原子中（平均）有 3 个。 在磁铁中，不成对的电子对齐，使它们的自旋方向相同，从而产生磁场。

这使 Nd2Fe14B 化合物具有高饱和磁化强度（Js ≈ 1.6 T 或 16 kG）和通常为 1.3 特斯拉的剩余磁化强度。 因此，由于xxx能量密度与 Js2 成正比，该磁相具有储存大量磁能的潜力（BHmax≈512kJ/m3 或 64MG·Oe）。

这个磁能值比普通铁氧体磁铁体积大18倍左右，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xxx种商业化的稀土磁体。 实际上，钕磁铁的磁性取决于合金成分、微观结构和所采用的制造技术。

Nd2Fe14B 晶体结构可以描述为铁原子和钕-硼化合物的交替层。