磁鐵的基本常識

1、磁鐵的基本常識古希臘人和中國人發(fā)現(xiàn)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(jīng)過千百年的發(fā)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(xiàn)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 年代制造出鋁鎳鉆（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Rare Earth magnet包括釹鐵硼（NdFeB）和釤

2、鉆（SmCo）。至此，磁學科技得 到了飛速發(fā)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(shù)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(yè)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

3、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(yī)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(huán)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(huán)境中，釤鉆是最強力的磁鐵。怎樣來定義磁鐵的性能？主要有如下3個性能參數(shù)來確定磁鐵的性能：剩磁Br :永磁體經(jīng)磁化

4、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

5、、荷相繼進行了系統(tǒng)研究。荷蘭從1946年就開始鐵氧體軟磁材 料工業(yè)生產。中國在1956年前后開始鐵氧體的工業(yè)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(wèi)星通信、儀表測量、印刷顯示、污染處理、生物醫(yī)學、 高速運輸?shù)确矫鎻V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MeOFe2O3，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(MnOFe2O3)

6、、鋅鐵氧體(ZnO Fe2O3)、鎳鋅鐵氧體(Ni-ZnFe2O4)、錳鎂鋅鐵氧體(Mn-Mg-ZnFe2O4)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(xiàn)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(jié)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1/31/5。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

7、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(BaO6Fe2O3)和鍶鐵氧體(SrO6Fe2O3)。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(fā)電機和電動機的永磁體。它不含有貴金屬鎳、鉆等，原材料來源豐富，工藝不復雜，成本 低，可代替鋁鎳鉆永磁體。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(wěn)定性差，質地較脆、易

8、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鉆（AlNiCo）系金屬永磁，第一代SmCo5永磁體（稱為1:5型釤鉆合 金），第二代Sm2Co17（稱為2:17型釤鉆合金）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(fā)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e400kJ/m3）、高矯頑力（28EH、32EH）

9、和高使用溫度（240C）的燒結 釹鐵硼已產業(yè)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）、鉆（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、釵鐵硼的加工工藝燒結：配料（配方）f熔煉f制粉f壓制（成型取向）f

10、燒結及時效f磁性能檢驗f機 械加工f表面涂層處理（電鍍）f成品檢驗粘結：原料f粒度調整f與粘結劑混練f成型（壓縮、擠壓、注塑）f燒成處理（壓縮） f再加工f成品檢驗三、釵鐵硼的質量標準主要有三個參量：剩磁Br （Residual Induction），單位Gauss，從飽和狀態(tài)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 （Coercive Force）， 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、釵鐵硼的應用與用途目前主要應用領域有：永磁電動機、發(fā)電機、核磁共振成像儀、磁選機、音響揚聲器、 磁懸浮系統(tǒng)、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(yè)和尖端技術不可缺少的功能材