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永 磁 材 料

 

    永磁有人又称为硬磁或恒磁,这是因为它在一般情况下都具有较强的磁性,是一类重要的磁性材料。由于它既具有电磁转换功能,又具有显著的节能效果,在世界能源日益紧张的今天,它的发展更受到人们的关心和重视,因而发展迅速,品种不断增加,应用日益扩大。
    早在两千多年前,我国劳动人民就发现了天然磁石,但直到1880年以前,碳钢磁铁的最大磁能积仅为0.2兆高奥,到1900年前后,碳钢永磁的性能有了较大的提高,随后又相继发现钨钢、铬钢和钴钢等马氏体相变型磁钢,它们的最大磁能积达到l兆高奥,这才开始现代永磁材料的发展史。到了本世纪三十年代,发现了析出硬化型铁镍铝系永磁合金,很快便发展成铝镍钴系永磁合金。铝镍钴永磁合金性能优良,应用范围很广,三十到六十年代是它的全盛时期。在这个时期还出现了氧化钴氧化铁系永磁,在这个工作的基础上,于五十年代与六十年代先后出现了钡、铝、锶铁氧体永磁。铁氧体永磁不含稀有元素、价格便宜,矫顽力强,因此在它出现以后发展极为迅速,早已成为产量和产值均为首位的永磁。继铝镍钴和铁氧体永磁之后,1967年,美国Dayton大学的Strnat等,用粉末粘结法成功地制成钐钴永磁体(SmCo5),标志着稀土永磁时代的到来。此后又陆续出现了稀土钴永磁、铁铬钴永磁、锰铝碳永磁、非晶态永磁、钕铁永磁、钙系铁氧体永磁、半硬磁等材料。这些材料各有特点,有的磁性能优良,有的加工性能好,有的不含镍、钴等稀有金属,有的价格便宜。迄今为止,稀十永磁已经历第一代SmCo5,第二代沉淀硬化型Sm2Co17,发展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。这些材料加上原有的及改性材料,形成一个有十多个材料系列,上百个材料品种的大“家族”。
    上世纪至今,永磁材料的剩磁提高甚小,能积的提高要归功于矫顽力的提高。而矫顽力的提高,主要得益于对其本质的认识和高磁晶各向异性化合物的发现,以及制备技术的进步。其中理论研究起了最关键的作用。对于析出硬化型永磁合金,原来一般采用成核和成长理论来解释,后来采用斯皮诺德尔(spinodal)原理来解释。在成核理论中,由于核的形成,周围铁磁溶度浓度降低,而周围高浓度区的溶质原子便向低浓度区扩散,从而使大于临界尺寸的核长大;而斯皮诺德尔理论则认为,两相分解的相变过程是由于浓度的起伏。浓度起伏的波长,依赖于分解温度。温度高,波长长,分解时没有孕育期,不需要激活能。在分解过程中,波长不变,不过振幅始终随时间的增长而变大,这意味着不会有过时效现象。这种解释更接近析出硬化型永磁合金的实际,铁铬钴永磁的发展更是应用这一原理的直接结果。在永磁性的形成理论中,单畴微粒理论是起了重要作用的。磁性微粒形状的各向异性理论的应用,改善了铝镍钴永磁特性,制成了伸长单畴微粒永磁;磁结晶各向异性理论的应用,促使人们去研究那些磁结晶各向异性强的材料。有了这些理论的指导,使人们更快地研制成了铁氧体、锰金属间化合物、稀土钴化合物等优良的微粒永磁材料。
    二十世纪初,人们主要使用碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材料。其间经过铝镍钴永磁材料,这种材料的开发,使永磁材料的大规模应用成为可能。五十年代,钡铁氧体永磁的出现,降低了永磁体成本。在历史上曾被用作永磁材料的合金永磁体,因性能不高、成本不低,在大多数场合已很少采用,只在一些特殊场合还发挥作用。目前铁氧永磁体仍然是用量最大的永磁材料,但其许多应用正在逐渐被稀土类永磁材料取代。当前稀土类永磁材料的产值已大大超过铁氧体永磁材料,稀土永磁材料的生产已发展成一大产业。
    在现代社会,从电子、电工到机械工业;从日常工具到自动控制;从医疗设备到人造卫星,到处都需要永磁材料。永磁的应用已深入生活的各个领域,成为人类不可缺少的工业材料。。


 

 

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编写日期:2012年6月6日;修改日期:2015年2月12日