釹鐵硼強磁體爆炸衝擊去磁特性和規律研究

《釹鐵硼強磁體爆炸衝擊去磁特性和規律研究》是依託北京理工大學，由陳朗擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：釹鐵硼強磁體爆炸衝擊去磁特性和規律研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：陳朗
• 項目類別：面上項目

項目摘要

磁性材料在受到強衝擊波壓縮後，磁體中溫度和密度發生突增，磁性會減弱或完全消失，發生衝擊去磁現象。爆炸去磁脈衝功率源是一種利用衝擊去磁產生脈衝電流的裝置，這種裝置具有體積小，功率高和使用方便等特點，在武器系統中具有特殊用途。開展磁體爆炸衝擊去磁特性和規律的深入研究，對爆炸去磁脈衝功率源的理論設計和性能提高具有重要意義。本項目通過研究衝擊作用下釹鐵硼磁體動態力學性能，衝擊去磁特徵和放電規律，給出衝擊強度和磁體矯頑力對去磁性能的影響規律，獲得釹鐵硼強磁體臨界衝擊去磁條件，建立爆炸衝擊去磁和放電過程的理論計算方法，為高性能強磁體製備和高效率爆炸去磁脈衝功率研究，提供基礎理論和計算方法。

結題摘要

開展磁體爆炸衝擊去磁規律研究，建立爆炸衝擊去磁和放電過程的理論計算方法，對爆炸去磁脈衝功率源的理論設計和性能提高具有重要意義。 項目採用輕氣炮驅動飛片對釹鐵硼磁體進行了衝擊載入實驗。發現了釹鐵硼中的衝擊波壓力隨傳播距離呈指數衰減規律。給出釹鐵硼的Hugoniot關係和Grüneisen型狀態方程，建立釹鐵硼衝擊載入計算模型，通過數值模擬計算獲得了釹鐵硼衝擊載入下動態力學回響規律。通過衝擊後的磁體進行了微觀結構觀測，分析了釹鐵硼退磁機制。發現衝擊後和回火後磁體晶界相的微觀結構沒有發生變化；衝擊去磁存在三個主要的退磁機制：一是穿過沿晶斷裂主相之間相互連通或有很強的相互作用，沿晶斷裂弱化了晶界相隔斷主相之間交換耦合的作用；第二是在衝擊後的磁體的晶界相中存在大量的微裂紋和孔洞，這些微裂紋和孔洞周圍形成低各向異性區，成核場減弱；第三是晶界相的滑移和斷裂改變了主相和晶界相的取向關係。 建立了圓柱形永磁體空間磁場分布的理論計算方法，獲得了磁體內部的軸向磁感應強度分布。結果顯示在磁體內部軸向磁感應強度表現為中心處最低，沿靠近半徑的方向逐漸增強。磁體兩端極面上的軸向磁感應強度最小，越接近磁體中部，軸向磁感應強度越大，圓柱形磁體幾何中心處的軸向磁感應強度達到最大。 首次建立了衝擊去磁過程中的磁電動態轉換理論計算模型，解決了衝擊去磁脈衝功率發生器的感生電動勢的動態變化的理論計算難題。計算發現感生電動勢的大小取決於衝擊波速度、磁化電流(或磁化強度)、磁體的半徑、線圈匝數。而磁體的長度會影響到輸出電壓或電流的脈寬。設計了爆炸去磁脈衝功率，進行了爆炸放電實驗，測量了輸出電流，驗證了計算的準確性。結果發現磁體的矯頑力越低，其抗退磁能力越弱，輸出功率越大。 基於分子場理論，採用雙亞點陣模型，分析了釹鐵硼在不同壓力下的磁性變化。給出了壓力對磁熱磁曲線以及居里溫度的影響規律。結果發現壓力使分子磁矩的下降速率逐漸增大，磁體居里溫度逐漸向低溫區轉移，從而使鐵磁–順磁相變更容易發生。壓力誘導居里溫度下降是衝擊去磁效應的主要原因。