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英国学者对于磁铁: 历史,现状和未来的看法《下篇》

      2015年6月3日至5日,捷克共和国,布尔诺,欧盟18世纪,随着碳钢磁体含碳量从1.0% 到1.5% (w / w)的发展,英国取得了重大进展。 不幸的是,没有获得好的磁性能(矫顽力为3.8 ka / m)。 而 g. hannack [10]、德国雷米和奥地利 b. hler 在1883-1885年的研究表明,最好的磁钢含碳量为0.6% ,钨含量为5%-5.5% (w / w)(hc 5.6 ka / m,br 1.03 t,(bh) max 3.1 kj / m3)。 

     玛丽亚 · 奥多夫斯卡-居里(两次获得诺贝尔奖: 1903年物理学奖和1911年化学奖) ,因发现钋和镭以及放射性研究而闻名,在1898年致力于钨钢磁性测量的第一次科学研究[11]。 1885年,hopkinson [12]首次给出了淬火铬钢(6.0% (w / w) cr)的磁性能。 他达到了 hc 4.8 ka / m br 0.95 t (bh) max 3.0 kj / m3。 然而,在1892年 hadfield [13]指出,当铬含量达到28% (w / w)时,钢的磁性能提高,而超过这个值时,磁性能下降。 在这组马氏体磁钢中,钴含量为3ー30% (w / w)的钢是20世纪20年代开发的。 钴含量为30% 的磁体具有以下磁性能: hc 19.9 ka / m,br 0.9 t,(bh) max 7.5 kj / m3。 图4。 多元合金-磁铁时代对析出硬化微观结构基础的了解使 k ster [14]在1932年开发出不含碳的合金,即 fe-co-w 和 fe-co-mo。 还进行了使制造低钴含量磁体(fe-cr-co 合金含8-12% (w / w) co)或不含该元素(mn-al-c 合金和 fe-al-c 合金)具有良好磁性能的技术的工作。 1935-1939年进行的研究表明,铁与铂、铁与钯、钴与铂的合金是制造磁铁的好材料。 

      因此,我们在这里举个例子,fe-pt 合金的矫顽力为 hc 390ka / m,剩余磁化率为 br 1.04 t,(bh) max 160kj / m3。 而磁性较差但具有良好塑性变形的磁体则由以下合金提供: cu-ni-fe (cunife)、 cu-ni-co (cunico)和 fe-v-co (vicalloy)[16]。 现代磁体的历史始于1932年,当时 mishima [17]证明无碳三元合金25 at% ni,10 at% al 和 fe 的平衡具有较高的矫顽力,不需要硬化。 这些合金的矫顽力达到50ka / m 以上,能量积为10kj / m3。 1932-1968年间,通过添加钴代替部分铁,添加铜,使磁体矫顽力为110-140ka / m,剩磁为 br 1.0-1.1 t,最大矫顽力为60-75kj / m3。 

     磁钢生产的一个重要成就是奥利弗和谢登在磁场中进行热处理的应用[18]。 从而制备出在磁场作用方向具有较好性能的各向异性磁体。 磁钢也是由烧结粉末合金制成的(这是一种经常用于生产复杂形状和小尺寸磁铁的方法)。 用塑料粘合然后压制的粉末也用于制造磁铁。 由于其矫顽力高达125ka / m,剩磁分别为 br 0.58 t 和(bh) max 24.4 kj / m3,因此也引起了工业界的高度关注。 在 mccurrie 的研究中对铝镍钴合金的晶体结构和磁性能的研究进行了广泛的讨论[19]。

    5. 上世纪50年代引进的磁性硬铁氧体时代,尽管与铝镍钴磁体相比,其使用参数较差(但制造工艺较简单) ,但铁氧体磁体(主要是钡(bafe12o19)或锶铁氧体氧化物,按年产量计算,已成为基本材料用于工业。 在工业规模上,钡铁氧体是由氧化钡和氧化铁合成,然后压制和初步烧结,然后在球磨机中再研磨成大约1m 的粒度,压制和最终烧结而成。 而具有各向异性特性的磁体在烧结前需要在磁场中进行压制。 钡铁氧体的各向异性特性如下: hc 250ka / m,剩磁达30t,能量积(bh) max 达340kj / m3。 1954年,全球铁氧体磁铁产量约为6000吨,1985年超过20万吨。 在 st blein [20]的研究中对铁氧体的基本性质进行了相当全面的回顾。

     图6。 根据李文斯顿在他的稀土磁铁研究中的观点,应该区分三个时期: 第一时期包括稀土元素和三维过渡金属元素(fe,ni。 第三阶段始于1984年钕铁硼磁体的发展。 在第一组磁体中,稀土金属 sm 与钴[22]形成 smco5化合物。 第二组包括稀土元素-过渡金属类型的磁体(钴含量较高) ,即 sm2co17[23]。 基本磁性能为: smco5的矫顽力为1.5 ma / m,(bh) max 为160kj / m3,而 sm2co17的矫顽力为1.7 ma / m,(bh) max 高得多,达215kj / m3。 采用粉末烧结法制备了 sm-co 磁体。 第三组包括 nd2fe14b 磁铁[24,25]。 这些磁体的一个重要优点,从实用的角度来看,是高磁参数: hc 1.25 ma / m,br 1.22 t 和(bh) max 450 kj / m3。 关于这些磁铁的全面的信息被提供,例如,在利文斯顿的研究[2]。 另外,一个重要的群体是由 sm-fe-n 磁体组成的,特别是 sm2fe17n3。 向 sm2fe17化合物中引入氮原子大大提高了饱和磁化强度,即从1.09 t 提高到1.52 t。 由此得到了具有两个相的磁体: 磁性硬相 sm2fe17n3和软相 fe。 在 katter [27]的研究中对 sm-fe-n 磁体的研究现状进行了讨论。 

     鉴于形成更完善的 nd2fe14b 和 sm2fe17n3相是一项困难(甚至不可能)的任务,进一步的研究着眼于改善微观结构。 因此,形成了纳米晶结构的磁体(其中一个纳米方向的晶粒)。 因此,单相和双相(纳米复合)[28,29]和后来的各向异性双相纳米晶[28]磁体被制备出来。 当代磁体,如 sm-co 或 nd-fe-b,是在烧结过程中制造的。 然而,纳米结构磁体是在长时间研磨混合元素粉末(机械合金化,ma)或现成合金粉末(机械研磨 mm)的过程中,通过液态快速冷却,通过氢化、歧化反应、吸附和复合(hddr)方法,固体材料的大塑性变形(塑性变形、 spd) ,以及在下一阶段,相的控制结晶使纳米结晶颗粒的结构得以形成。

批注 2020-06-10 025602

结论目前

我们知道和制造各种类型和不同性质的磁铁(图3)。 问题是: 我们是否需要寻找新的磁体材料? 对这个问题的回答是两者都不是简单也不简单,因为我们仍然不知道许多材料,我们需要或将需要。 例如,我们目前还不知道有哪种磁铁能在500摄氏度以下保持磁性,也没有饱和磁感应强度大于2.7 t 的磁铁,当它们与机械或电气性能有关时,可能会出现新的磁铁应用。 我们还认为,磁体在未来的发展应包括进一步减少晶体结构的晶粒尺寸。 近年来,人们对碳的磁性进行了广泛的研究。

      图3过去一个世纪以来,随着磁能密度(bh) max 的增加,工业规模生产的永磁体的例子,作为衡量其磁性质量的标准。 经济因素也不是没有意义的。 由于制造价格(原材料和生产成本)较低,铁氧体磁铁仍然占据主导地位,尽管自引进以来已经过去了50年,而且在此期间开发了许多新材料。 虽然他们没有记录高磁性能,他们的单位磁能的价格是大约。 比 nd-fe-b 磁铁低10倍。 Sm-co 磁体的作用也在下降,因为 nd-fe-b 磁体比它们的磁性能差不多的磁体便宜得多。


参考文献

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[2]利文斯顿 j. 永磁材料的历史。 金属杂志,第一卷。 2,1990,pp. 30-34. 

[3] yu-quing yang,proc. 第三届国际磁性材料物理学会议,波兰。 新加坡-新泽西-伦敦-香港: 世界科学,1986年。 

[4] petrus peregrinus maricurtensis cushola ad sygerum de fouourt militem de magnete (in:) schriften und karten ber meteorologie und erdmagnetismus,10,rara magnetica,berlin 1899. 

[5] della porta g. magiae naturalis libri viginti,in quibus scientiarum naturalium divitiae,del.iciae demonstrantur. Francofurti,1597年。 

[6]吉尔伯特・ w ・德・磁铁,磁力公司,和磁铁公司,朗迪尼,彼得鲁斯肖特,1600年。 

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 [10]汉纳克 · 斯塔尔和艾森,第一卷。 44,1924,p. 1237. 

[11]居里 m. ,c.r. 阿卡德。 科尔,帕里斯,沃。 

125,1897,p. 1165. 霍普金森 · j · 菲尔。 传送,第一卷。 176,1885,p. 455. 

[13]哈德菲尔德 · d · j · 钢铁公司,第一卷。 2,1892,p. 75. 

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[20] st blein h (in:)铁磁材料。 E · p · 沃尔法斯,北荷兰出版公司,阿姆斯特丹,第一卷。 3,1982,p. 441. 

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[22] strnat k. j. ,hoffer g. ,olsen j. c. ,ostertag w. ,becker j. j. appl. Phys vol. 38,1967,p. 1001. 

[23] ray a. e. ,strnat k. j. afml report,dayton,ohio,1972,p. 22. 克罗地亚 j. j. ,赫布斯特 j. f. ,李. r. w. ,平克顿. f. e. j. appl。 Phys vol. 55,1984,p. 2078. 佐川先生,藤村先生,田川先生,松浦勇。 Phys vol. 55,1984,p. 2083. 

[26] buschow k. h. j. 少见的元,1971年,第25卷,第131页。 

[27] katter m. 新型稀土铁基硬磁材料,博士论文,柏林工业大学,维也纳,1991。 

[28] skomski r,coey j. m. d. ieee trans. 马格。 第一卷。 29,1993,p. 2860. 

[29]克里米卡-塔塔尔。粉末磁体技术改进的双包封法及其对机械性能的影响。 《制造技术》第14卷,第1期,2014年,第30-36页



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