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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:苏彦庆

出品人:

页数:418

译者:

出版时间:2005-8

价格:32.80元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560321783

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稀土永磁材料基础与应用 作者： 王明, 李华 出版社： 冶金工业出版社 出版日期： 2023年10月 --- 内容简介 本书是一本系统介绍稀土永磁材料的理论基础、制备工艺、性能表征及前沿应用的专业著作。全书内容结构严谨，逻辑清晰，旨在为材料学、物理学、化学以及相关工程技术领域的研究人员、工程师和高年级本科生提供一本全面且深入的参考资料。 稀土永磁材料以其卓越的矫顽力和剩余磁感应强度，在现代高新技术产业中占据着不可替代的核心地位，广泛应用于新能源汽车、风力发电、精密仪器、消费电子等关键领域。本书从材料的微观结构与磁学原理出发，逐步深入到宏观性能的调控与工业化生产的实际挑战，力求全面覆盖当前稀土永磁领域的研究热点与技术瓶颈。 全书共分为十二章，内容详实，配有大量的图表和实例分析。 --- 第一部分：稀土永磁材料基础理论 (第1章至第3章) 第1章：磁性物理基础与材料分类 本章首先回顾了经典磁学理论，包括磁畴、磁化过程、磁滞回线的基本定义与物理意义。详细阐述了铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性的微观机制，特别是朗之万理论与海森堡交换作用的引入。在此基础上，系统地对永磁材料进行分类，包括金属间化合物永磁体、氧化物永磁体以及铁氧体永磁体。重点介绍了永磁材料的关键性能参数：剩磁 $B_r$、矫顽力 $H_c$ 和最大磁能积 $(BH)_{max}$ 的物理内涵及其相互制约关系。本章特别强调了各向异性磁晶能对永磁性能的决定性作用。 第2章：稀土永磁的晶体结构与磁各向异性 本章深入探讨了决定稀土永磁优异性能的核心——晶体结构。详细分析了 $ ext{Nd}_2 ext{Fe}_{14} ext{B}$ 晶体结构（钕铁硼）的四方晶系特点，以及 $ ext{Sm}( ext{Co})_5$ 和 $ ext{Sm}_2( ext{Co}, ext{Fe}, ext{Cu}, ext{Zr})_{17}$ 等钐钴系列材料的六方结构特征。重点解析了晶体场理论（CFT）在解释稀土元素 $4f$ 电子轨道磁矩与晶体场相互作用中的应用，这是理解高矫顽力的理论基石。通过第一性原理计算的视角，探讨了点阵畸变和合金化对磁晶各向异性常数 $K_1$ 的调控效应。 第3章：磁畴壁工程与矫顽力起源 本章聚焦于永磁体微观尺度的核心问题——磁畴壁的钉域（Pinning）机制。详细区分了晶界扩散模型（Grain Boundary Diffusion Model, GBD）和基于非磁性夹杂物的钉域模型。阐述了如何通过精确控制晶界相的成分和厚度，实现对高矫顽力 $ ext{NdFeB}$ 材料的微观结构优化。同时，讨论了在强磁场和高温环境下，磁畴壁运动受到的各种阻力，包括晶界偏析钉域、晶内缺陷钉域以及各向异性场对磁畴壁弹性的影响。 --- 第二部分：高性能稀土永磁材料的制备技术 (第4章至第8章) 第4章：烧结钕铁硼（$ ext{NdFeB}$）磁体的精密制备工艺 本章详细介绍了当前应用最广泛的烧结 $ ext{NdFeB}$ 磁体的工业化流程。涵盖了从 $ ext{Nd}_2 ext{Fe}_{14} ext{B}$ 主相合金的熔炼、快速凝固（快淬带材法或气雾化法）、粉体制备（球磨、惰性气体保护）、磁场中定向压制成型、低温烧结技术，直至最终的晶界扩散（$ ext{Dy}$ 或 $ ext{Tb}$ 元素扩散）和热处理工艺。重点论述了如何通过优化烧结气氛（如控制氧含量）和后处理热时效，以最大限度减少磁性能的衰减，并提高其高温工作稳定性。 第5章：粘结永磁体的合成与微观结构控制 本章专门介绍粘结 $ ext{NdFeB}$ 技术的复杂性。粘结磁体无需高温烧结，但对粉体制备和分散技术要求极高。详细讨论了粉末机械合金化、高能球磨工艺，以及如何利用表面包覆技术（如磷酸盐、环氧树脂包覆）来稳定高活性 $ ext{NdFeB}$ 粉末，防止其在有机粘合剂中发生氧化。在成型方面，深入分析了注塑成型（Injection Molding）和压缩成型（Compression Molding）对磁体性能和形状复杂度的影响，以及如何通过定向技术提高粘结体的各向异性。 第6章：钐钴（$ ext{SmCo}$）永磁体的制备与热稳定性 本章聚焦于耐高温的 $ ext{SmCo}$ 系列永磁材料。对比了 $ ext{SmCo}_5$（单轴各向异性）和 $ ext{Sm}_2( ext{Co}, ext{Fe}, ext{Cu}, ext{Zr})_{17}$（双轴各向异性）的制备路线。详细阐述了针对 $ ext{Sm}_2( ext{Co}, ext{Fe}, ext{Cu}, ext{Zr})_{17}$ 的固溶和时效处理过程，这是析出高质量 $ ext{Sm}_2 ext{Co}_{17}$ 结构的关键步骤。讨论了如何通过精确控制 $ ext{Cu}$ 和 $ ext{Zr}$ 的含量，优化 $ ext{Sm}( ext{Co}, ext{Fe})$ 体系中的第二相沉淀相，从而获得卓越的耐腐蚀性和高达 $350^circ ext{C}$ 的工作温度。 第7章：快速凝固与非平衡态制备技术 本章探讨了超越传统冶金限制的快速凝固技术（Rapid Solidification）。重点分析了甩带法（Melt Spinning）和气雾化法（Gas Atomization）在制备纳米晶或非晶态稀土磁粉中的应用。讨论了快速凝固如何通过细化晶粒尺寸、抑制有害相的生成，来提高磁体的磁能积。特别提及了利用高通量筛选快速凝固粉末来探索新型高磁矩合金体系的可能性。 第8章：高性能稀土永磁体的表面工程与防护 鉴于稀土磁体（尤其是 $ ext{NdFeB}$）极易氧化和腐蚀，本章集中讨论了提高其服役可靠性的表面防护技术。详尽对比了电镀（镍、铜、锌）、化学镀、真空物理气相沉积（PVD）以及等离子体喷涂等多种镀层技术。重点分析了不同镀层体系的界面反应、附着力以及在复杂电化学环境下的防腐蚀性能评估方法，确保磁体在潮湿或酸碱环境下的长期稳定性。 --- 第三部分：性能表征与前沿应用 (第9章至第12章) 第9章：磁性能测试与分析方法 本章详细介绍了现代磁学测量技术。深入讲解了振动样品磁力计（VSM）、超导量子干涉器件磁力计（SQUID）以及环形磁力计（RVM）的工作原理、优缺点和适用范围。重点论述了磁滞回线分析中，如何准确区分“晶内钉域”和“晶界钉域”对矫顽力的贡献。同时，介绍了高温磁性能测试、磁弛豫测试以及磁学显微镜技术（如磁光克尔效应显微镜 MOKE）在可视化磁畴结构中的应用。 第10章：高性能磁体的热稳定性与退磁机理 本章探讨了永磁材料在高温下的性能衰减问题。分析了热激活退磁的主要机制，包括热激发翻转和晶界扩散导致的高磁化率。引入了材料的不可逆损失温度（$ ext{T}_{ ext{irr}}$）的概念，并探讨了通过增加稀土元素（$ ext{Dy}$ 或 $ ext{Tb}$）来提高 $H_c(T)$ 曲线斜率的微观物理机制。讨论了磁热效应（MCE）在温控应用中的潜在价值。 第11章：轻稀土（$ ext{Pr}$, $ ext{Ce}$）替代与可持续发展 面对重稀土（$ ext{Dy}$, $ ext{Tb}$）资源短缺和价格波动，本章聚焦于可持续发展战略。详细介绍了使用镨（$ ext{Pr}$）部分或完全替代钕（$ ext{Nd}$）的合金化策略，分析了 $ ext{PrFeB}$ 体系中晶格畸变和磁性转变带来的挑战与机遇。同时，探讨了从低品位矿石中回收利用和再生磁体的湿法冶金与火法冶金技术，以及非稀土永磁材料的替代性研究进展。 第12章：稀土永磁在关键领域的集成应用 本章将理论与实践相结合，介绍了高性能稀土永磁在现代工程中的集成化应用案例。重点分析了其在永磁同步电机（PMSM）中的设计考量，包括磁体排列方式（表面贴装、内置式）对电机转矩密度和效率的影响。此外，还涵盖了磁悬浮技术、高精度传感器、磁流体技术以及先进声学器件中对定制化磁体性能的要求和选型原则。 --- 本书特色： 1. 理论与实践紧密结合： 不仅深入探讨了量子力学和磁晶各向异性的理论根源，还详述了工业生产中的关键工艺控制点。 2. 前沿技术覆盖全面： 对当前热点如晶界扩散、轻稀土替代和高性能表面防护技术进行了系统梳理。 3. 数据支撑详实： 包含大量最新的实验数据、相图和显微组织照片，便于读者理解和对比不同材料体系的特性。 本书是理解和掌握新一代高性能永磁技术不可或缺的参考工具书。

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**第二段评价** 翻阅这本书，我立刻感觉到作者的叙事逻辑极其严密，仿佛是带着读者一步步走过一条精密复杂的工业流程。我特别留意了其中关于“杂质元素行为预测模型”的章节，那里的数学推导过程虽然深入，但作者巧妙地穿插了一些历史案例作为佐证，这使得原本枯燥的理论推导瞬间变得生动起来，让人明白了这些模型是如何从早期的经验主义中提炼、升华出来的。让我印象深刻的是，书中对不同真空度等级下，氧、氮等气体在液态金属中的溶解与脱除速率曲线的对比分析，这种细致入微的数据呈现，远超一般教科书的广度，更接近于一份详尽的实验报告汇编。我个人正在尝试优化我们现有生产线上的抽气阶段参数，这本书提供的那种基于物理化学平衡的定量分析方法，无疑为我后续的工作指明了可以精确校准的方向，而不是仅仅依赖于模糊的“经验值”。这种深度和广度的完美结合，体现了作者深厚的工程实践功底。

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**第四段评价** 从语言风格上讲，这本书的作者显然是一位经验丰富且极富耐心的老师。他的文字风格非常克制和精准，没有华丽辞藻的堆砌，但每一个技术术语的使用都恰如其分，展现出对专业领域的绝对掌控力。我注意到，在介绍一些较为前沿的技术，比如等离子体处理或反应性气体保护技术时，作者采取了一种非常审慎的态度，总是先回顾经典理论的局限性，再引入新方法的优势，这种循序渐进的教学方法，极大地降低了这些复杂概念的学习门槛。对于我这种需要快速掌握新知识的专业人士来说，这种清晰的逻辑链条节省了大量的摸索时间。尤其是书中关于“熔体洁净度实时监测技术”的章节，作者对传感器响应速度和信号噪声处理的讨论，非常贴合实际操作中的痛点，显示出作者对工业现场环境有着深刻的理解，绝非闭门造车之作。

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**第一段评价** 这本书的封面设计和装帧质量确实让人眼前一亮，那种沉稳的深蓝色调搭配烫金的书名，散发出一种技术书籍特有的专业感和厚重感。我拿到书的时候，首先就被它精良的纸张手感吸引了，内页的印刷清晰度极高，图表和公式的排版布局也相当考究，即便是复杂的示意图也能一目了然。我特别欣赏作者在处理引言和前言部分时的态度，没有过多地进行空泛的理论渲染，而是直截了当地点明了当前冶金领域中提升材料纯净度的核心挑战所在。这使得读者能够迅速进入到问题的核心，感受到这本书的实用价值。尽管我个人的研究方向可能略有偏离，但我相信，对于任何从事先进材料制备，特别是对金属内部微观结构控制有强烈兴趣的工程师或研究生来说，这本书的硬件品质和初步的姿态已经成功地建立了一种值得信赖的专业形象。它不仅仅是一本知识的载体，更像是一件工艺品，体现了出版方对专业内容的尊重。

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**第三段评价** 这本书的章节安排透露出一种非常系统化的思维结构。它没有将“过程控制”孤立地看待，而是将其融入了整个冶金体系的循环中。我特别喜欢它在论述“非金属夹杂物形态演变”时所采用的视角——它不仅描述了夹杂物在熔炼过程中如何形成，更进一步探讨了它们在后续的凝固和热处理阶段可能带来的二次影响。这种前瞻性的分析，对于我们评估最终产品性能至关重要。例如，书中对特定合金体系中，氧化铝夹杂如何转化为硅酸盐类夹杂的动态过程的描述，配上了高分辨率的微观结构图，极具启发性。这让我反思了我们日常操作中对炉衬材料和添加剂纯度关注不足的问题。总而言之，这本书不是停留在“做什么”的层面，而是深入到“为什么会这样”和“如何避免后果”的层次，这种深度挖掘能力，使得它更像是一本“疑难解答手册”，而非简单的操作指南。

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**第五段评价** 这本书的索引和附录部分，体现了出版方在服务专业读者方面的用心。我查找了几处关键参数的对比表格，发现它们组织得井井有条，便于快速查阅和交叉引用。特别是那些关于高纯金属真空等级与残余气体分压的对照表，其数据来源的可靠性和更新程度，都让人感到放心。这本书的价值在于它提供的“知识地图”——它不仅告诉你哪里有宝藏，还标明了最有效、最安全的挖掘路径。我尤其欣赏作者在总结部分对未来发展趋势的展望，他并没有给出过于乐观或悲观的预测，而是基于当前技术瓶颈，提出了几个极具挑战性但又方向明确的研究课题。这无疑激发了我在接下来的研发工作中，可以尝试突破的方向。对于任何希望将熔炼技术从“经验科学”推向“精确工程”的专业人士来说，这本书都是一份不可多得的、具有指导意义的参考资料。

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