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  • 1 # 火險3672

    任何對清潔(可再生)能源、消費電子產品或電動汽車有過短暫興趣的人,都會遇到“永磁體”這個詞。永磁體是由金屬和稀土元素的不同組合製成的。永磁體出現在20世紀60年代左右,但1982年發生了改變遊戲規則的事情。

    ——通用汽車公司的研究科學家約翰·克羅特用稀土製造了世界上最強的永磁體。該公司的一個部門稱為Magquench成立於1986年。

    Magquench的目標是生產釹鐵硼(釹鐵硼)磁鐵,一種通用汽車所需的高階永磁材料。這一研究是由於早前開發的釤鈷永磁材料成本高。

    製造永磁體有兩種不同的方法,通用汽車專注於熔紡奈米晶釹鐵硼磁體,日本住友金屬工業生產全密度燒結磁體。住友後來被日立(Hitachi)收購。日立生產釹磁鐵的專利技術,並將其授權給其他公司。通用汽車進軍這一領域的嘗試出現了一個更有趣的轉變。

    如果沒有對Magnequench的可疑收購,中國就不可能發展稀土產業。1988年,總部位於印第安納波利斯的Magnequench被神秘地賣給了中國...。該工廠隨後被關閉,並於2000年遷往中國。

    從那以後,美國國防承包商所需的稀土金屬、合金和磁鐵要麼直接要麼間接地主要來自中國。中國壟斷了元素週期表中17種元素的開採和/或加工。

    永磁體分類

    永磁體有六種型別,但只有兩種是由稀土元素製成的——釹鐵硼磁體和釤鈷磁體。其他四種類型的磁鐵是陶瓷(或硬鐵氧體),鋁鎳鈷,注塑和柔性。

    不用對這四種材料做太多的詳細介紹,陶瓷磁體是由氧化鐵和鋇或碳酸鍶組成的。它們是最早被髮明的磁鐵型別,可以追溯到古希臘,古希臘人知道磁石(一種磁性礦石)。第一塊陶瓷磁鐵出現在20世紀50年代。比以前任何形狀的磁鐵都更強大的磁鐵,可以用粉狀的鋇鐵氧體或鍶鐵氧體做成磁鐵的形狀,然後烘烤。相比之下,釹鐵硼磁鐵是釹、鐵和硼的合金,在熔爐中熔化,然後冷卻成錠。鋼錠粉碎後,粉末燒結成緻密塊,經熱處理後切割成型,再進行表面處理和磁化。

    陶瓷磁鐵易於磁化,耐腐蝕,比天然磁鐵更強,但易脆易碎,這意味著它們不能用於彎曲的機械。釹磁鐵也很脆,耐熱性較差,需要塗層來防止腐蝕。然而,它們比任何其他型別的磁鐵強大的大小相同,並非常抗退磁由外部磁場。這使得釹鐵硼磁鐵適用於大功率渦輪和發電機,而陶瓷磁鐵更適合低功率機械。

    在釹鐵硼和釤鈷磁鐵出現之前,最強大的磁鐵是鋁、鎳和鈷製成的Alnico磁鐵。Alnico磁鐵取代了電磁鐵,而且Alnico磁鐵在很大程度上被更強的釹鐵硼和SmCo磁鐵所替代,但它們仍然被用於高溫處理裝置和感測器,舉幾個例子。

    注射成型磁鐵是透過將磁性材料與聚合物粘合劑混合製成的。這使得磁鐵可以被塑造成複雜的形狀,適合插入或周圍現有的元件,從而節省了製造過程中的步驟。柔性磁鐵是類似的,只是它們是在扁平的條狀和片狀。乙烯基常被用作粘合劑。

    釤鈷磁鐵在20世紀70年代首次被引入。它們比鋁鎳鈷或陶瓷材料更強,在所有永磁材料中耐熱性最好,能夠承受高達300攝氏度的高溫。但由於成本較高,它們不如最常見的稀土磁體釹鐵硼受歡迎。釤鈷磁鐵具有很強的抗生鏽能力,但它們也很脆弱,當高溫導致它們膨脹時可能會斷裂。

    釹-鐵-硼磁鐵的效能與釤-鈷類似,只是它們的抗氧化能力較差,需要表面處理,而且不能承受如此高的溫度。由於釹鐵硼磁鐵的磁性很強,所以它可以被安裝在電機和無繩工具等緊湊的空間中。

    鋱和鏑有時被新增到釹鐵硼磁體中,以使它們能夠承受更高的溫度。

    永磁體屬性

    比較永磁體有更科學的方法。剩磁是指磁場的強度,矯頑力是指材料的抗退磁能力,能量積是磁能的密度,居里溫度是材料失去磁性的點。

    功能和應用

    電動機用磁鐵把電能轉換成機械能。永磁體被放置在導電物質中,來自磁體的磁場帶動另一件裝置,使電機快速旋轉。永磁體也可以起到相反的作用,將機械力轉化為電力。將兩塊永磁體相對放置會產生斥力,使渦輪旋轉,渦輪就會轉動一個叫做電樞的旋轉線圈,從而產生電能。

    自上世紀90年代釹磁鐵變得更便宜以來,釹磁鐵在許多高科技應用中取代了早期的鋁鎳鈷和鐵氧體永磁。常見用途包括計算機硬碟驅動器、風力渦輪機、揚聲器/耳機、MRI掃描器、無繩工具電機;以及燃油汽車、混合動力和電動汽車的各種電機,甚至各種工業電機。

    順便說一句,釹是鎳金屬氫化物(鎳氫)電池中發現的稀土元素的混合物之一,鎳氫電池的陽極通常是鑭、鈰、釹和鐠的混合物。

    美國軍方是永久磁鐵的重要買家。隱形直升機的消聲技術葉片中含有釹磁鐵。

    飛機使用它們作為電機和執行機構,就像美國海軍的Zumwalt DDG 1000制導軍用驅逐艦(艦上的感應電機巡航時產生58兆瓦的電力),中心安裝的電力牽引驅動器和整合啟動發電機一樣。飛機電氣系統採用釤鈷永磁來發電。

    對這些磁鐵材料的需求只會增長,尤其釹的需求。

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