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任何对清洁(可再生)能源、消费电子产品或电动汽车有过短暂兴趣的人,都会遇到“永磁体”这个词 。永磁体是由金属和稀土元素的不同组合制成的 。永磁体出现在20世纪60年代左右,但1982年发生了改变游戏规则的事情 。
——通用汽车公司的研究科学家约翰·克罗特用稀土制造了世界上最强的永磁体 。该公司的一个部门称为Magnequench成立于1986年 。Magnequench的目标是生产钕铁硼(钕铁硼)磁铁,一种通用汽车所需的高级永磁材料 。这一研究是由于早前开发的钐钴永磁材料成本高 。
制造永磁体有两种不同的方法,通用汽车专注于熔纺纳米晶钕铁硼磁体,日本住友金属工业生产全密度烧结磁体 。住友后来被日立(Hitachi)收购 。日立生产钕磁铁的专利技术,并将其授权给其他公司 。通用汽车进军这一领域的尝试出现了一个更有趣的转变 。
如果没有对Magnequench的可疑收购,中国就不可能发展稀土产业 。1988年,总部位于印第安纳波利斯的Magnequench被神秘地卖给了中国... 。该工厂随后被关闭,并于2000年迁往中国 。从那以后,美国国防承包商所需的稀土金属、合金和磁铁要么直接要么间接地主要来自中国 。中国垄断了元素周期表中17种元素的开采和/或加工 。
永磁体分类永磁体有六种类型,但只有两种是由稀土元素制成的——钕铁硼磁体和钐钴磁体 。其他四种类型的磁铁是陶瓷(或硬铁氧体),铝镍钴,注塑和柔性 。
不用对这四种材料做太多的详细介绍,陶瓷磁体是由氧化铁和钡或碳酸锶组成的 。它们是最早被发明的磁铁类型,可以追溯到古希腊,古希腊人知道磁石(一种磁性矿石) 。第一块陶瓷磁铁出现在20世纪50年代 。比以前任何形状的磁铁都更强大的磁铁,可以用粉状的钡铁氧体或锶铁氧体做成磁铁的形状,然后烘烤 。相比之下,钕铁硼磁铁是钕、铁和硼的合金,在熔炉中熔化,然后冷却成锭 。钢锭粉碎后,粉末烧结成致密块,经热处理后切割成型,再进行表面处理和磁化 。
陶瓷磁铁易于磁化,耐腐蚀,比天然磁铁更强,但易脆易碎,这意味着它们不能用于弯曲的机械 。钕磁铁也很脆,耐热性较差,需要涂层来防止腐蚀 。然而,它们比任何其他类型的磁铁强大的大小相同,并非常抗退磁由外部磁场 。这使得钕铁硼磁铁适用于大功率涡轮和发电机,而陶瓷磁铁更适合低功率机械 。
在钕铁硼和钐钴磁铁出现之前,最强大的磁铁是铝、镍和钴制成的Alnico磁铁 。Alnico磁铁取代了电磁铁,而且Alnico磁铁在很大程度上被更强的钕铁硼和SmCo磁铁所替代,但它们仍然被用于高温处理设备和传感器,举几个例子 。注射成型磁铁是通过将磁性材料与聚合物粘合剂混合制成的 。这使得磁铁可以被塑造成复杂的形状,适合插入或周围现有的组件,从而节省了制造过程中的步骤 。柔性磁铁是类似的,只是它们是在扁平的条状和片状 。乙烯基常被用作粘合剂 。
钐钴磁铁在20世纪70年代首次被引入 。它们比铝镍钴或陶瓷材料更强,在所有永磁材料中耐热性最好,能够承受高达300摄氏度的高温 。但由于成本较高,它们不如最常见的稀土磁体钕铁硼受欢迎 。钐钴磁铁具有很强的抗生锈能力,但它们也很脆弱,当高温导致它们膨胀时可能会断裂 。
钕-铁-硼磁铁的性能与钐-钴类似,只是它们的抗氧化能力较差,需要表面处理,而且不能承受如此高的温度 。由于钕铁硼磁铁的磁性很强,所以它可以被安装在电机和无绳工具等紧凑的空间中 。
铽和镝有时被添加到钕铁硼磁体中,以使它们能够承受更高的温度 。
永磁体属性比较永磁体有更科学的方法 。剩磁是指磁场的强度,矫顽力是指材料的抗退磁能力,能量积是磁能的密度,居里温度是材料失去磁性的点 。
功能和应用电动机用磁铁把电能转换成机械能 。永磁体被放置在导电物质中,来自磁体的磁场带动另一件设备,使电机快速旋转 。永磁体也可以起到相反的作用,将机械力转化为电力 。将两块永磁体相对放置会产生斥力,使涡轮旋转,涡轮就会转动一个叫做电枢的旋转线圈,从而产生电能 。
自上世纪90年代钕磁铁变得更便宜以来,钕磁铁在许多高科技应用中取代了早期的铝镍钴和铁氧体永磁 。常见用途包括计算机硬盘驱动器、风力涡轮机、扬声器/耳机、MRI扫描仪、无绳工具电机;以及燃油汽车、混合动力和电动汽车的各种电机,甚至各种工业电机 。
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