關于磁鐵的知識經驗

　　古希臘人和中國人發現自然界中有種天然磁化的石頭，稱其為“吸鐵石”。這種石頭可以魔術般的吸起小塊的鐵片，而且在隨意擺動后總是指向同一方向。早期的航海者把這種磁鐵作為其最早的指南針在海上來辨別方向。經過千百年的發展，今天磁鐵已成為我們生活中的強力材料。通過合成不同材料的合金可以達到與吸鐵石相同的效果，而且還可以提高磁力。在18世紀就出現了人造的磁鐵，但制造更強磁性材料的過程卻十分緩慢，直到20世紀20年代制造出鋁鎳鈷(Alnico)。隨后，20世紀50年代制造出了鐵氧體(Ferrite),70年代制造出稀土磁鐵[RareEarthmagnet包括釹鐵硼(NdFeB)和釤鈷(SmCo)]。至此，磁學科技得到了飛速發展，強磁材料也使得元件更加小型化。

　　什么是磁化(取向)方向?

　　大多數磁性材料可以沿同一方向充磁至飽和，這一方向叫做“磁化方向”(取向方向)。沒有取向方向的磁鐵(也叫做各向同性磁鐵)比取向磁鐵(也叫各向異性磁鐵)的磁性要弱很多。

　　什么是標準的“南北極”工業定義?

　　“北極”的定義是磁鐵在隨意旋轉后它的北極指向地球的北極。同樣，磁鐵的南極也指向地球的南極。在沒有標注的情況下如何辨別磁鐵的北極?

　　很顯然只憑眼睛是無法分辨的。可以使用指南針貼近磁鐵，指向地球北極的指針會指向磁鐵的南極。

　　如何安全的處理和存放磁鐵?

　　要始終十分小心，因為磁鐵會自己吸附到一起，可能會夾傷手指。磁鐵相互吸附時也有可能會因碰撞而損壞磁鐵本身(碰掉邊角或撞出裂紋)。

　　將磁鐵遠離易被磁化的物品，如軟盤，信用卡，電腦顯示器，手表，手機，醫療器械等。磁鐵應遠離心臟起搏器。

　　較大尺寸的磁鐵，每片之間應加塑料或硬紙墊片以保證可以輕易地將磁鐵分開。磁鐵應盡量存放在干燥，恒溫的環境中。

　　如何做到隔磁?

　　只有能吸附到磁鐵上的材料才能起到隔斷磁場的作用，而且材料越厚，隔磁的效果越好。什么是最強的磁鐵?

　　目前最高性能的磁鐵是稀土類磁鐵，而在稀土磁鐵中釹鐵硼是最強力的磁鐵。但在200攝氏度以上的環境中，釤鈷是最強力的磁鐵。

　　怎樣來定義磁鐵的性能?

　　主要有如下3個性能參數來確定磁鐵的性能：

　　剩磁Br:永磁體經磁化至技術飽和，并去掉外磁場后，所保留的Br稱為剩余磁感應強度。

　　矯頑力Hc:使磁化至技術飽和的永磁體的B降低到零，所需要加的反向磁場強度稱為磁感矯頑力，簡稱為矯頑力

　　磁能積BH:代表了磁鐵在氣隙空間(磁鐵兩磁極空間)所建立的磁能量密度，即氣隙單位體積的靜磁能量。由于這項能量等于磁鐵的Bm和Hm的乘積，因此稱為磁能積。磁場:對磁極產生磁作用的空間為磁場

　　表面磁場:永磁體表面某一指定位置的磁感應強

　　鐵氧體磁性材料

　　一種復合氧化物燒結體非金屬磁性材料。在電性上屬于半導體范疇，所以又稱磁性半導體。磁鐵礦(主要成分是Fe3O4)是一種最簡單的鐵氧體。國際上早在20世紀初已合成鐵氧體，在30年代，法、日、德、荷相繼進行了系統研究。荷蘭從1946年就開始鐵氧體軟磁材料工業生產。中國在1956年前后開始鐵氧體的工業生產。鐵氧體已在通信廣播、計算技術、自動控制、雷達導航、宇宙航行、衛星通信、儀表測量、印刷顯示、污染處理、生物醫學、高速運輸等方面廣泛應用。

　　鐵氧體是由鐵和其他一種或多種金屬組成的復合氧化物。如尖晶石型鐵氧體的化學式為MeFe2O4或MeO·Fe2O3，其中Me是離子半徑與二價鐵離子(Fe2+)相近的二價金屬離子(如Mn2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Co2+等)或平均化學價為二價的多種金屬離子組。鐵氧體分軟磁鐵氧體和永磁鐵氧體。

　　軟磁鐵氧體有錳鐵氧體(MnO·Fe2O3)、鋅鐵氧體(ZnO·Fe2O3)、鎳鋅鐵氧體(Ni-Zn·Fe2O4)、錳鎂鋅鐵氧體(Mn-Mg-Zn·Fe2O4)等單組分或多組分鐵氧體。電阻率比金屬磁性材料大得多，而且有較高的介電性能，因此出現兼有鐵磁性和鐵電性以及鐵磁性和壓電性的鐵氧體。在高頻下具有比金屬磁性材料(包括鐵鎳合金、鋁硅鐵合金)高得多的磁導率，適用于幾千赫到幾百兆赫頻率下工作。加工鐵氧體屬于一般陶瓷工藝，因而工藝簡單，且節省大量貴金屬，成本低。鐵氧體的飽和磁通密度Bs低，通常只有鐵的1/3～1/5。鐵氧體在單位體積中儲存的磁能低，限制了它在要求有較高磁能密度的低頻、強電和大功率領域中的應用。它較適于高頻小功率，弱電場合中應用。鎳鋅鐵氧體可用作收音機里的天線磁棒和中頻變壓器磁心，錳鋅鐵氧體可用作電視接收機中的行輸出變壓器鐵心。此外，軟磁鐵氧體還用于通信線路中的增感器及濾波器的磁心等。近年來還應用作高頻磁記錄換能器(磁頭)。

　　永磁鐵氧體有鋇鐵氧體(BaO·6Fe2O3)和鍶鐵氧體(SrO·6Fe2O3)。電阻率高，屬于半導體類型，故渦流損耗小，矯頑力大，能有效地應用在大氣隙的磁路中，特別適于作小型發電機和電動機的永磁體。它不含有貴金屬鎳、鈷等，原材料來源豐富，工藝不復雜，成本低，可代替鋁鎳鈷永磁體。它的最大磁能積(B+H)m較低，因此在相等磁能的情況下，比金屬磁體體積大。它的溫度穩定性差，質地較脆、易碎，不耐沖擊震動，不宜作測量儀表及有精密要求的磁性器件。永磁鐵氧體產品主要為各向異性系列。它們可用于制作永磁點火電機、永磁電機、永磁選礦機、永磁吊頭、磁推軸承、磁分離器、揚聲器、微波器件、磁療片、助聽器等。

　　永磁材料

　　(這里主要介紹釹鐵硼)

　　一、分類及性質

　　永磁材料主要有鋁鎳鈷(AlNiCo)系金屬永磁，第一代SmCo5永磁體(稱為1:5型釤鈷合金)，第二代Sm2Co17(稱為2:17型釤鈷合金)永磁體，第三代稀土永磁合金NdFeB(稱作釹鐵硼合金)。隨著科學技術的發展，釹鐵硼永磁材料的性能不斷提高，應用領域不斷擴大。高磁能積(50兆高奧≈400kJ/m3)、高矯頑力(28EH、32EH)和高使用溫度(240C)的燒結釹鐵硼已產業化生產。釹鐵硼永磁鐵的主要原材料有稀土金屬釹(Nd)32%、金屬元素鐵(Fe)64%和非金屬元素硼(B)1%(少量添加鏑(Dy)、鋱(Tb)、鈷(Co)、鈮(Nb)、鎵(Ga)、鋁(Al)、銅(Cu)等元素)。釹鐵硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作為基體的，其成分應與化合物Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比時，磁體的磁性能很低，甚至無磁。只是實際的磁體當中釹和硼的含量比Nd2Fe14B化合物的釹和硼含量多時才能獲得較好的永磁性能。

　　二、釹鐵硼的加工工藝

　　燒結：配料(配方)→熔煉→制粉→壓制(成型取向)→燒結及時效→磁性能檢驗→機械加工→表面涂層處理(電鍍)→成品檢驗

　　粘結：原料→粒度調整→與粘結劑混練→成型(壓縮、擠壓、注塑)→燒成處理(壓縮)→再加工→成品檢驗

　　三、釹鐵硼的質量標準

　　主要有三個參量：剩磁Br(ResidualInduction),單位Gauss，從飽和狀態去除磁場后，剩余的磁通密度，代表了磁鐵對外所能提供磁場強弱;矯頑力Hc(CoerciveForce)，單位Oersteds，就是把磁體放在一個反向外加磁場中，當外加磁場增加到一定強度時磁體的磁性就會消失，把這個抵抗外加磁場的能力稱為矯頑力，代表了衡量抗退磁能力;磁能積BHmax,單位Gauss-Oersteds,就是單位體積材料所產生的磁場能量，是磁鐵所能存儲能量多少的一個物理量。

　　四、釹鐵硼的應用與用途

　　目前主要應用領域有：永磁電動機、發電機、核磁共振成像儀、磁選機、音響揚聲器、磁懸浮系統、磁力傳動、磁力起重、儀器儀表、液體磁化、磁療設備等等，已成為汽車制造、通用機械、石油化工、電子信息產業和尖端技術不可缺少的功能材料。

　　五、釹鐵硼與其它永磁材料的比較

　　釹鐵硼永磁材料是目前世界上磁性最強的永磁材料，其磁能積比廣泛應用的鐵氧體高十倍，比第一代、第二代稀土磁體(釤鈷永磁)高約一倍，被譽為“永磁之王”。用他代替其他永磁材料，可使器件的體積和重量成倍下降。由于釹資源豐富，與釤鈷永磁相比，以鐵取代了昂貴的鈷，使產品物美價廉，從而獲得了極為廣泛的應用。

　　磁鐵的種類有哪幾種

　　磁鐵的種類很多。一般分為永磁和軟磁兩大類。我們所說的磁鐵，一般都是指永磁磁鐵。永磁磁鐵又分二大分類：

　　第一大類：

　　金屬合金磁鐵包括釹鐵硼磁鐵釤鈷磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵

　　第二大類：鐵氧體永磁

　　1、釹鐵硼磁鐵：

　　它是目前磁性最強的磁鐵，被人們稱為磁王，擁有極高的磁性能其最大磁能積高過鐵氧體10倍以上。釹鐵硼的機械加工性能非常好。工作溫度最高可達200攝氏度。而且地堅硬，性能穩定，有很好的性價比，所以被廣泛的運用在各個行業中。但因為其化學活性很強，所以必須對其表面凃層處理。(如Zn,Ni,環氧等)。

　　2.鐵氧體磁鐵：

　　它主要原料包括Ba0或Sr0及Fe203。通過陶瓷工藝法制造而成，質地比較硬，

　　屬脆性材料，由于鐵氧體磁鐵有很好的耐溫性、價格低廉、性能適中，已成為應用最為廣泛的永磁體。

　　3.鋁鎳鈷磁鐵：

　　是由鋁、鎳、鈷、鐵和其它微量金屬元素構成的一種合金。鑄造工藝可以加工生產成不同的尺寸和形狀，可加工性很好。鑄造鋁鎳鈷永磁有著最低可逆溫度系數，工作溫度可高達600攝氏度以上。鋁鎳鈷永磁產品廣泛應用于各種儀器儀表和其他應用領域。

　　4、釤鈷。由于其材料價格昂貴而使其發展受到限制。釤鈷作為稀土永磁鐵，不但有著較高的磁能積、可靠的矯頑力和良好的溫度特性。與釹鐵硼磁鐵相比，釤鈷磁鐵更適合工作在高溫環境中。

　　磁鐵原理知識

　　磁鐵是指可以產生磁場的物體或材質，通常用金屬合金制成，具有強磁性。傳統上可分作“永久性磁鐵”與“非永久性磁鐵”。

　　永久性磁鐵可以是天然產物，又稱天然磁石，也可以由人工制造(最強的磁鐵是釹磁鐵)。非永久性磁鐵，有時會失去磁性。

　　古希臘人和中國人發現自然界中有種天然磁化的石頭，稱其為“吸鐵石”。這種石頭可以魔術般的吸起小塊的鐵片，而且在隨意擺動后總是指向同一方向。早期的航海者把這種磁鐵作為其最早的指南針在海上來辨別方向。

　　經過千百年的發展，今天磁鐵已成為我們生活中的強力材料。通過合成不同材料的合金可以達到與吸鐵石相同的效果，而且還可以提高磁力。在18世紀就出現了人造的磁鐵，但制造更強磁性材料的過程卻十分緩慢，直到20世紀20年代制造出鋁鎳鈷(Alnico)。隨后，20世紀50年代制造出了鐵氧體(Ferrite),70年代制造出稀土磁鐵[RareEarthmagnet包括釹鐵硼(NdFeB)和釤鈷(SmCo)]。至此，磁學科技得到了飛速發展，強磁材料也使得元件更加小型化。

　　大多數磁性材料可以沿同一方向充磁至飽和，這一方向叫做“磁化方向”(取向方向)。沒有取向方向的磁鐵(也叫做各向同性磁鐵)比取向磁鐵(也叫各向異性磁鐵)的磁性要弱很多。

　　什么是標準的“南北極”工業定義?

　　“北極”的定義是磁鐵在隨意旋轉后它的北極指向地球的北極。同樣，磁鐵的南極也指向地球的南極。

　　在沒有標注的情況下如何辨別磁鐵的北極?

　　很顯然只憑眼睛是無法分辨的。可以使用指南針貼近磁鐵，指向地球北極的指針會指向磁鐵的南極。

　　如何安全的處理和存放磁鐵?

　　要始終十分小心，因為磁鐵會自己吸附到一起，可能會夾傷手指。磁鐵相互吸附時也有可能會因碰撞而損壞磁鐵本身(碰掉邊角或撞出裂紋)。

　　將磁鐵遠離易被磁化的物品，如軟盤，信用卡，電腦顯示器，手表，手機，醫療器械等。磁鐵應遠離心臟起搏器。

　　較大尺寸的磁鐵，每片之間應加塑料或硬紙墊片以保證可以輕易地將磁鐵分開。磁鐵應盡量存放在干燥，恒溫的環境中。

　　如何做到隔磁?

　　只有能吸附到磁鐵上的材料才能起到隔斷磁場的作用，而且材料越厚，隔磁的效果越好。

　　什么是最強的磁鐵?

　　目前最高性能的磁鐵是稀土類磁鐵，而在稀土磁鐵中釹鐵硼是最強力的磁鐵。但在200攝氏度以上的環境中，釤鈷是最強力的磁鐵。

　　磁鐵，應該叫磁鋼，英文Magnet，磁鋼現在主要分兩大類，一類是軟磁，一類是硬磁;軟磁包括硅鋼片和軟磁鐵芯;硬磁包括鋁鎳鈷、釤鈷、鐵氧體和釹鐵硼，這其中，最貴的是釤鈷磁鋼，最便宜的是鐵氧體磁鋼，性能最高的是釹鐵硼磁鋼，但是性能最穩定，溫度系數最好的是鋁鎳鈷磁鋼，用戶可以根據不同的需求選擇不同的硬磁產品。

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