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磁鐵的成分是鐵、鈷、鎳等原子,其原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較特殊,本身就具有磁矩。磁鐵能夠產(chǎn)生磁場(chǎng),具有吸引鐵磁性物質(zhì)如鐵、鎳、鈷等金屬的特性。

磁鐵種類:形狀類磁鐵:方塊磁鐵、瓦形磁鐵、異形磁鐵、圓柱形磁鐵、圓環(huán)磁鐵、圓片磁鐵、磁棒磁鐵、磁力架磁鐵,屬性類磁鐵:釤鈷磁體、釹鐵硼磁鐵(強(qiáng)力磁鐵)、鐵氧體磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵鉻鈷磁鐵,行業(yè)類磁鐵:磁性組件、電機(jī)磁鐵、橡膠磁鐵、塑磁等等種類。磁鐵分永久磁鐵與軟磁,永久磁鐵是加上強(qiáng)磁,使磁性物質(zhì)的自旋與電子角動(dòng)量成固定方向排列,軟磁則是加上電。(也是一種加上磁力的方法) 等電流去掉軟鐵會(huì)慢慢失去磁性。

將條形磁鐵的中點(diǎn)用細(xì)線懸掛起來,靜止的時(shí)候,它的兩端會(huì)各指向地球南方和北方,指向北方的一端稱為指北極或N極,指向南方的一端為指南極或S極。

如果將地球想像成一塊大磁鐵,則地球的地磁北極是指南極,地磁南極則是指北極。磁鐵與磁鐵之間,同名磁極相排斥、異名磁極相吸引。所以,指南針與南極相排斥,指北針與北極相排斥,而指南針與指北針則相吸引。

分類:磁鐵可分為"永久磁鐵"與"非永久磁鐵"。永久磁鐵可以是天然產(chǎn)物,又稱天然磁石,也可以由人工制造。非永久性磁鐵,例如電磁鐵,只有在某些條件下才會(huì)出現(xiàn)磁性。

發(fā)現(xiàn)

磁鐵不是人發(fā)明的,是天然的磁鐵礦。古希臘人和中國(guó)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(shù)般的吸起小塊的鐵片,而且在隨意擺動(dòng)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。最早發(fā)現(xiàn)及使用磁鐵的應(yīng)該是中國(guó)人,也就是利用磁鐵制作"指南針",是中國(guó)四大發(fā)明之一。

經(jīng)過千百年的發(fā)展,今天磁鐵已成為我們生活中的強(qiáng)力材料。通過合成不同材料的合金可以達(dá)到與吸鐵石相同的效果,而且還可以提高磁力。在18世紀(jì)就出現(xiàn)了人造的磁鐵,但制造更強(qiáng)磁性材料的過程卻十分緩慢,直到20世紀(jì)20年代制造出鋁鎳鈷(Alnico)。隨后,20世紀(jì)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)和釤鈷(SmCo)]。至此,磁學(xué)科技得到了飛速發(fā)展,強(qiáng)磁材料也使得元件更加小型化。

1822年,法國(guó)物理學(xué)家阿拉戈和呂薩克發(fā)現(xiàn),當(dāng)電流通過其中有鐵塊的繞線時(shí),它能使繞線中的鐵塊磁化。這實(shí)際上是電磁鐵原理的最初發(fā)現(xiàn)。1823年,斯特金也做了一次類似的實(shí)驗(yàn):他在一根并非是磁鐵棒的U型鐵棒上繞了18圈銅裸線,當(dāng)銅線與伏打電池接通時(shí),繞在U型鐵棒上的銅線圈即產(chǎn)生了密集的磁場(chǎng),這樣就使U型鐵棒變成了一塊"電磁鐵"。這種電磁鐵上的磁能要比永磁能放大多倍,它能吸起比它重20倍的鐵塊,而當(dāng)電源切斷后,U型鐵棒就什么鐵塊也吸不住,重新成為一根普通的鐵棒。斯特金的電磁鐵發(fā)明,使人們看到了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的光明前景,這一發(fā)明很快在英國(guó)、美國(guó)以及西歐一些沿海國(guó)家傳播開來。1829年,美國(guó)電學(xué)家亨利對(duì)斯特金電磁鐵裝置進(jìn)行了一些革新,絕緣導(dǎo)線代替裸銅導(dǎo)線,因此不必?fù)?dān)心被銅導(dǎo)線過分靠近而短路。由于導(dǎo)線有了絕緣層,就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起,由于線圈越密集,產(chǎn)生的磁場(chǎng)就越強(qiáng),這樣就大大提高了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的能力。到了1831年,亨利試制出了一塊更新的電磁鐵,雖然它的體積并不大,但它能吸起1噸重的鐵塊。電磁鐵的發(fā)明也使發(fā)電機(jī)的功率得到了很大的提高。

發(fā)展歷程

5000年前人類發(fā)現(xiàn)天然磁鐵(Fe3O4)

2300年前中國(guó)人將天然磁鐵磨成勺型放在光滑的平面上,在地磁的作用下,勺柄指南,曰"司南"此即世界上第一個(gè)指南儀。

1000年前中國(guó)人用磁鐵與鐵針摩擦磁化,制成世界最早的指南針。

1100年左右中國(guó)將磁鐵針和方位盤聯(lián)成一體,成為磁鐵式指南儀,用于航海。

1405-1432鄭和憑指南儀開始人類歷史上航海的偉大創(chuàng)舉。

1488-1521哥倫布,伽馬,麥哲倫使用羅盤儀進(jìn)行了聞名全球的航海發(fā)現(xiàn)。

1600英國(guó)人威廉.吉伯發(fā)表了關(guān)于磁的專著"磁鐵",發(fā)展了古希臘人泰勒斯、亞里士多德等前人有關(guān)磁的認(rèn)識(shí)和實(shí)驗(yàn)。

1785法國(guó)物理學(xué)家C.庫侖用扭枰建立了描述電荷與磁極間作用力的"庫侖定律"。

1820丹麥物理學(xué)家H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流感生磁力。

1831英國(guó)物理學(xué)家M.法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

1873英國(guó)物理學(xué)家J.C.麥克斯韋在其專著"論電和磁"中完成了統(tǒng)一的電磁理論。

1898-1899法國(guó)物理學(xué)家P.居里發(fā)現(xiàn)鐵磁性物質(zhì)在特定溫度下(居里溫度)變?yōu)轫槾判缘默F(xiàn)象。

1905法國(guó)物理學(xué)家P.I.郎之萬基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論解釋了順磁性隨溫度的變化。

1907法國(guó)物理學(xué)家P.E.外斯提出分子場(chǎng)理論,擴(kuò)展了郎之萬的理論。

1921奧地利物理學(xué)家W.泡利提出玻爾磁子作為原子磁矩的基本單位。美國(guó)物理學(xué)家A.康普頓提出電子也具有自旋相應(yīng)的磁矩。

1928英國(guó)物理學(xué)家P.A.M.狄拉克用相對(duì)論量子力學(xué)完美地解釋了電子的內(nèi)稟自旋和磁矩。并與德國(guó)物理學(xué)家W.海森伯一起證明了靜電起源的交換力的存在,奠定了現(xiàn)代磁學(xué)的基礎(chǔ)。

1936蘇聯(lián)物理學(xué)家郎道完成了巨著"理論物理學(xué)教程",其中包含全面而精彩地論述現(xiàn)代電磁學(xué)和鐵磁學(xué)的篇章。

1936-1948法國(guó)物理學(xué)家L.奈耳提出反鐵磁性和亞鐵磁性的概念和理論,并在隨后多年的研究中深化了對(duì)物質(zhì)磁性的認(rèn)識(shí)。

1967旅美奧地利物理學(xué)家K.J.斯奈特在量子磁學(xué)的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)了磁能積空前高的稀土磁鐵(SmCo5),從而揭開了永磁材料發(fā)展的新篇章。

1967年,美國(guó)Dayton大學(xué)的Strnat等,研制成釤鈷磁鐵,標(biāo)志著稀土磁鐵時(shí)代的到來。

1974第二代稀土永磁-Sm2Co17問世。

1982日本住友特殊金屬的佐川真人(MASAto Sagawa)發(fā)明釹鐵硼磁鐵,第三代稀土永磁-Nd2Fe14B問世。

1990原子間隙磁鐵-Sm-Fe-N問世。

1991德國(guó)物理學(xué)家E.F.克內(nèi)勒提出了雙相復(fù)合磁鐵交換作用的理論基礎(chǔ),指出了納米晶磁鐵的發(fā)展前景。

隨著社會(huì)的發(fā)展,磁鐵的應(yīng)用也越來越廣泛,從高科技產(chǎn)品到最簡(jiǎn)單的包裝磁,目前應(yīng)用最為廣泛的還是釹鐵硼磁鐵和鐵氧體磁鐵。

從磁鐵的發(fā)展歷史來看,十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初,人們主要使用碳鋼、鎢鋼、鉻鋼和鈷鋼作永磁材料。

三十年代

二十世紀(jì)三十年代末,鋁鎳鈷磁鐵開發(fā)成功,才使磁鐵的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。

五十年代

五十年代,鋇鐵氧體磁鐵的出現(xiàn),既降低了永磁體成本,又將永磁材料的應(yīng)用范圍拓寬到高頻領(lǐng)域。

六十年代

到六十年代,釤鈷永磁的出現(xiàn),則為磁鐵的應(yīng)用開辟了一個(gè)新時(shí)代。迄今為止,稀土永磁已經(jīng)歷第一代SmCo5,第二代沉淀硬化型Sm2Co17,發(fā)展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。目前鐵氧體磁鐵仍然是用量最大的永磁材料,但釹鐵硼磁鐵的產(chǎn)值已大大超過鐵氧體永磁材料,釹鐵硼磁鐵的生產(chǎn)已發(fā)展成一大產(chǎn)業(yè)。

磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

戰(zhàn)國(guó)時(shí)代我們的先人已經(jīng)積累了許多這方面的認(rèn)識(shí),在探尋鐵礦時(shí)常會(huì)遇到磁鐵礦,即磁石(主要成分是四氧化三鐵)。這些發(fā)現(xiàn)很早就被記載下來了�！豆茏印返臄�(shù)篇中最早記載了這些發(fā)現(xiàn):"山上有磁石者,其下有金銅。"

文獻(xiàn)記載

其他古籍如《山海經(jīng)》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早就被人發(fā)現(xiàn),《呂氏春秋》九卷精通篇就有:"慈招鐵,或引之也。"那時(shí)的人稱"磁"為"慈"他們把磁石吸引鐵看作慈母對(duì)子女的吸引。并認(rèn)為:"石是鐵 的母親,但石有慈和不慈兩種,慈愛的石頭能吸引他的子女,不慈的石頭就不能吸引了。" 漢以前人們把磁石寫做"慈石",是慈愛石頭的意思。

又北三百二十里,曰灌題之山,其上多樗柘,其下多流沙,多砥。有獸焉,其狀如牛而白尾,其音如訆,名曰那父。有鳥焉,其狀如雌雉而人面,見人則躍,名曰竦斯,其鳴自呼也。匠韓之水出焉,而西流注于泑澤,其中多磁石。

注解

③磁石:也作"慈石",一種天然礦石,具有吸引鐵、鎳、鈷等金屬物質(zhì)的屬性。俗稱吸鐵石,今稱磁鐵石。中國(guó)古代四大發(fā)明之一的指南針,就是利用磁石制做成的。

(山海經(jīng)北山經(jīng))

嘗試

既然磁石能吸引鐵,那么是否還可以吸引其他金屬呢?我們的先民做了許多嘗試,發(fā)現(xiàn)磁石不僅不能吸引金、銀、銅等金屬,也不能吸引磚瓦之類的物品。西漢的時(shí)候人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到磁石只能吸引鐵,而不能吸引其他物品。當(dāng)把兩塊磁鐵放在一起相互靠近時(shí),有時(shí)候互相吸引,有時(shí)候相互排斥。人們都知道磁體有兩個(gè)極,一個(gè)稱N 極,一個(gè)稱S 極。同性極相互排斥,異性極相互吸引。那時(shí)的人們并不知道這個(gè)道理,但對(duì)這個(gè)現(xiàn)象還是能夠察覺到的。

到了西漢,有一個(gè)名叫欒大的方士,他利用磁石的這個(gè)性質(zhì)做了兩個(gè)棋子般的東西,通過調(diào)整兩個(gè)棋子極性的相互位置,有時(shí)兩個(gè)棋子相互吸引,有時(shí)相互排斥。欒大稱其為"斗棋"。他把這個(gè)新奇的玩意獻(xiàn)給漢武帝,并當(dāng)場(chǎng)演示。漢武帝驚奇不已,龍心大悅,竟封欒大為"五利將軍"。欒大利用磁石的性質(zhì),制作了新奇的玩意蒙騙了漢武帝。

地球也是一個(gè)大磁體,它的兩個(gè)極分別在接近地理南極和地理北極的地方。因此地球表面的磁體,可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),就會(huì)因磁體同性相斥,異性相吸的性質(zhì)指示南北。這個(gè)道理古人不夠明白,但這類現(xiàn)象他們很清楚。

分類

磁鐵可分作"永久磁鐵"與"非永久磁鐵"。永久磁鐵可以是天然產(chǎn)物,又稱天然磁石,也可以由人工制造(最強(qiáng)的磁鐵是釹磁鐵)。而非永久性磁鐵,只有在某些條件下會(huì)有磁性,通常是以電磁鐵的形式產(chǎn)生,也就是利用電流來強(qiáng)化其磁場(chǎng)。

定義

磁鐵,應(yīng)該叫磁鋼,英文:Magnet,磁鋼主要分兩大類,一類是軟磁,一類是硬磁。

軟磁包括硅鋼片和軟磁鐵芯;硬磁包括鋁鎳鈷、釤鈷、鐵氧體和釹鐵硼,這其中,最貴的是釤鈷磁鋼,最便宜的是鐵氧體磁鋼,性能最高的是釹鐵硼磁鋼,但是性能最穩(wěn)定,溫度系數(shù)最好的是鋁鎳鈷磁鋼,用戶可以根據(jù)不同的需求選擇不同的硬磁產(chǎn)品。

我們所說的磁鐵,一般都是指永磁磁鐵。

永磁磁鐵又分二大分類。

第一大類

金屬合金磁鐵包括釹鐵硼磁鐵Nd2Fe14B magnet)、釤鈷磁鐵(SmCo magnet)、鋁鎳鈷磁鐵(ALNiCO magnet)鐵鉻鈷磁鐵(FeCrCo magnet)

燒結(jié)汝鐵硼:是1983年以后發(fā)展起來的一種新型永磁材料,它具有極高的磁性能,廣泛應(yīng)用于各種永磁電機(jī),工程機(jī)械、電聲、電器以及醫(yī)療器械。

燒結(jié)釤鈷永磁是一種優(yōu)越的永磁材料,即具有很高測(cè)磁性能,同時(shí)又有很強(qiáng)的防腐蝕性、抗氧化性、溫度系數(shù)低、居里溫度高、能在較高環(huán)境下使用,廣泛應(yīng)用于馬達(dá)、傳感器、探測(cè)儀、雷達(dá)以及其他高科技領(lǐng)域。

鋁鎳鈷適合于生產(chǎn)形狀復(fù)雜。輕、薄、小的產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于儀器儀表、通訊、磁電開關(guān)以及各種傳感器。

鐵鉻鈷磁鐵(FeCrCo magnet)是永磁中的變形金剛,合金永磁可變形之最,可以拉絲(0.2-0.3mm)拉管 軋帶 以及各種機(jī)械加工。A.FeCrCo(鐵鉻鈷)變形永磁合金具有較高的磁性,可與AlNiCo永磁合金媲美,但其含Co量要比AlNiCo低50%左右。B.FeCrCo合金具有優(yōu)良的塑性與延展性易于加工,這是鑄造永磁合金無法比擬的特性,而該合金較高的使用溫度400左右,又是NdFeB稀土永磁不可及的。C.FeCrCo合金經(jīng)加加工可制成絲、棒、管、帶和鍛材,經(jīng)車、銑、刨、鉆和沖壓等機(jī)械加工,能制成各種形狀復(fù)雜的永磁元件,尤其對(duì)細(xì)小、長(zhǎng)薄元件顯示出獨(dú)有的特性。最薄的帶材可以達(dá)到0.05mm,最細(xì)的絲材可以加工成到0.1mm.

第二大類

鐵氧體永磁材料(Ferrite)

1、釹鐵硼磁鐵 它是目前發(fā)現(xiàn)商品化性能最高的磁鐵,被人們稱為磁王,擁有極高的磁性能其最大磁能積(BHmax)高過鐵氧體(Ferrite)10倍以上。其本身的機(jī)械加工性能亦相當(dāng)之好。工作溫度最高可達(dá)200攝氏度。而且其質(zhì)地堅(jiān)硬,性能穩(wěn)定,有很好的性價(jià)比,故其應(yīng)用極其廣泛。但因?yàn)槠浠瘜W(xué)活性很強(qiáng),所以必須對(duì)其表面涂層處理。(如鍍Zn,Ni,電泳、鈍化等)。

2、鐵氧體磁鐵 它主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19。通過陶瓷工藝法制造而成,質(zhì)地比較硬,屬脆性材料,由于鐵氧體磁鐵有很好的耐溫性、價(jià)格低廉、性能適中,已成為應(yīng)用最為廣泛的永磁體。

3、鋁鎳鈷磁鐵 是由鋁、鎳、鈷、鐵和其它微量金屬元素構(gòu)成的一種合金。鑄造工藝可以加工生產(chǎn)成不同的尺寸和形狀,可加工性很好。鑄造鋁鎳鈷永磁有著最低可逆溫度系數(shù),工作溫度可高達(dá)600攝氏度以上。鋁鎳鈷永磁產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表和其他應(yīng)用領(lǐng)域。

4、釤鈷(SmCo) 依據(jù)成份的不同分為SmCo5和Sm2Co17。由于其材料價(jià)格昂貴而使其發(fā)展受到限制。釤鈷(SmCo)作為稀土永磁鐵,不但有著較高的磁能積(14-28MGOe)、可靠的矯頑力和良好的溫度特性。與釹鐵硼磁鐵相比,釤鈷磁鐵更適合工作在高溫環(huán)境中。

永久性磁鐵

永久性磁鐵可以是天然產(chǎn)物,又稱天然磁石,也可以由人工制造(最強(qiáng)的磁鐵是釹鐵硼磁鐵)。

永久性磁鐵 例圖:

非永久性磁鐵

:非永久性磁鐵加熱到一定的溫度會(huì)突然失去磁性,這是由于組成磁鐵的眾多"元磁體"之排列從有序到無序所引起的;失去磁性的磁鐵放入到磁場(chǎng)中,當(dāng)磁化強(qiáng)度達(dá)到某一數(shù)值,它又被磁化,"元磁體"之排列又從無序到有序。

人造磁鐵

人造磁鐵:分為蹄形磁鐵和條形磁鐵,是大家生活中最常見的,其中蹄形磁鐵比較受歡迎。單面磁鐵 是指一面有磁性,另一面磁性較弱的磁鐵,方法是用特殊處理的鍍鋅鐵皮將雙面磁鐵的一面包裹,這樣被包裹的一面磁性將被屏蔽,磁力被折射到另一面,另一面磁性將增強(qiáng)。如有的場(chǎng)合只需要一面有磁性,另一面如有磁性會(huì)造成損壞或干擾;有的場(chǎng)合如包裝盒上的磁鐵則只需要一面有磁性,另一面可有可無,有磁性也沒有用,這樣使用單面磁會(huì)大大降低成本并節(jié)約磁性材料。

單面磁鐵的磁力折射如同衛(wèi)星鍋對(duì)信號(hào)的折射或手電筒燈鍋對(duì)光線的折射面決定:

1、材料:材料的選擇以及厚薄,以及磁鐵與材料的間距有著密切的關(guān)系。純鐵皮容易漏磁,經(jīng)特殊處理后折射會(huì)增強(qiáng),但100%屏蔽的材料還沒研究出,但不同 廠 家做的材料效果也不同。

2、角度:根據(jù)折射原理,弧形材料效果最好,直角材料折射損耗較大。

3、空間:磁力線在空中如同手機(jī)信號(hào),需要有空間才能折射出來。手電筒燈鍋如完全包裹在燈炮上,使用效果肯定不好,因?yàn)橛写罅康墓饩�折射被損耗。

如何能利用以上原理,將磁性增強(qiáng)的效果最好,是很多參數(shù)之間求最佳的問題,很多廠家也在反復(fù)的做實(shí)驗(yàn),如西安國(guó)泰磁鐵廠單面磁處理最理想結(jié)果為增強(qiáng)50%,這樣在包裝盒箱包等領(lǐng)域?qū)⒋蟠蠼档蜕�產(chǎn)成本并節(jié)約磁性材料。

釹鐵硼磁鐵

(Neodymium magnet)也稱為釹鐵硼磁鐵,其化學(xué)式為Nd2Fe14B,是一種人造的永久磁鐵,目前為止具有最強(qiáng)磁力的永久磁鐵。

釹磁鐵是住友特殊金屬公司的佐川真人等人于1982年發(fā)明的,由其化學(xué)式可知其主要由釹、鐵與硼等化學(xué)元素所構(gòu)成。在許多領(lǐng)域有可能取代傳統(tǒng)的純鐵磁鐵,鋁鎳鈷合金和釤鈷磁鐵譬如電動(dòng)機(jī),儀器和儀表,汽車工業(yè), 石油化工產(chǎn)業(yè)和磁性醫(yī)療保健產(chǎn)品。能生產(chǎn)各種形狀的:譬如圓盤磁鐵,圓環(huán)磁鐵, 長(zhǎng)方形磁鐵, 弧磁鐵和其它形狀的磁鐵。

具有強(qiáng)力磁性的釹磁鐵被廣泛被應(yīng)用在電子產(chǎn)品上,例如硬盤、手機(jī)、耳機(jī)等等。

主要成分

磁鐵又名吸鐵石,是指在周圍和自身內(nèi)部存在磁場(chǎng)的物體或材質(zhì),分為天然和人造兩大類。人造磁鐵通常用金屬合金制成,具有強(qiáng)磁性。又可分作"永久性磁鐵"與"非永久性磁鐵",即"硬磁"與"軟磁"。天然磁鐵主要成分:四氧化三鐵,化學(xué)式Fe3O4,常稱"磁性氧化鐵"。具有磁性的黑色晶體�？梢钥闯墒茄趸瘉嗚F和氧化鐵組成的化合物。因在四氧化三鐵的晶體里存在著兩種不同價(jià)態(tài)的離子,其中三分之一是Fe2+,三分之二是Fe3+,是一種復(fù)雜的化合物。它不溶于水,也不能與水反應(yīng)。與酸反應(yīng),不溶于堿。主要用于制底漆和面漆,用于電子工業(yè)的磁性材料,也用于建筑工業(yè)的防銹劑。

磁力大小排列

釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵氧體磁鐵。

性能

定義

主要有如下3個(gè)性能參數(shù)來確定磁鐵的性能:

剩磁Br:永磁體經(jīng)磁化至技術(shù)飽和,并去掉外磁場(chǎng)后,所保留的Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。

矯頑力Hc:使磁化至技術(shù)飽和的永磁體的B降低到零,所需要加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為磁感矯頑力,簡(jiǎn)

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(xiàng)能量等于磁鐵的Bm和Hm的乘積,因此稱為磁能積。

磁場(chǎng):對(duì)磁極產(chǎn)生磁作用的空間為磁場(chǎng)。

表面磁場(chǎng):永磁體表面某一指定位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

反磁性

抗磁性是一些類別的物質(zhì),當(dāng)處在外加磁場(chǎng)中,會(huì)對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生的微弱斥力的一種磁性現(xiàn)象。

順磁性

順磁性,是指一種材料的磁性狀態(tài)。有些材料可以受到外部磁場(chǎng)的影響,產(chǎn)生指同相向的磁化向量的特性。這樣的物質(zhì)具有正的磁化率。與順磁性相反的現(xiàn)象被稱為抗磁性。

鐵磁性

鐵磁性,是指一種材料的磁性狀態(tài),具有自發(fā)性的磁化現(xiàn)象。各材料中以鐵最廣為人知,故名之。

某些材料在外部磁場(chǎng)的作用下得而磁化后,即使外部磁場(chǎng)消失,依然能保持其磁化的狀態(tài)而具有磁性,即所謂自發(fā)性的磁化現(xiàn)象。所有的永久磁鐵均具有鐵磁性或亞鐵磁性。

基本上鐵磁性這個(gè)概念包括任何在沒有外部磁場(chǎng)時(shí)顯示磁性的物質(zhì)。至今依然有人這樣使用這個(gè)概念。但是通過對(duì)不同顯示磁性物質(zhì)及其磁性的更深刻認(rèn)識(shí),學(xué)者們對(duì)這個(gè)概念做了更精確的定義。一個(gè)物質(zhì)的原胞中所有的磁性離子均指向它的磁性方向時(shí)才被稱為是鐵磁性的。若只有部分離子的磁場(chǎng)指向其磁性方向,則稱為亞鐵磁性。若其磁性離子所指的方向正好相互抵消(盡管所有的磁性離子只指向兩個(gè)正好相反的方向)則被稱為反鐵磁性。

物質(zhì)的磁性現(xiàn)象存在一個(gè)臨界溫度,在此溫度下才會(huì)發(fā)生。對(duì)于鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì),此溫度被稱為居里溫度; 對(duì)于反鐵磁性物質(zhì),此溫度被稱為尼爾溫度。

有人認(rèn)為磁鐵與鐵磁性物質(zhì)之間的吸引作用是人類最早對(duì)磁性的認(rèn)識(shí)。

選擇磁鐵

在決定選擇哪一種磁鐵之前應(yīng)明確需要磁鐵發(fā)揮何種作用?

主要的作用:移動(dòng)物體,固定物體或抬升物體。

所需磁鐵的形狀:圓片形,圓環(huán)形,方塊形,瓦片形或特殊形狀。

所需磁鐵的尺寸:長(zhǎng),寬,高,直徑及公差等等。

所需磁鐵的吸力,期望價(jià)格及數(shù)量等等。

指南針就是根據(jù)磁鐵的性質(zhì)發(fā)明的。

作用

物理作用

1、指南北

2、吸引輕小物體

3、電磁鐵可以做電磁繼電器

4、電動(dòng)機(jī)

5、發(fā)電機(jī)

6、電聲

7、磁療

8、磁懸浮

9.核磁共振

食療作用

磁石味咸,性平;歸肝、腎經(jīng);質(zhì)重鎮(zhèn)降

具有平肝潛陽,聰耳明目,鎮(zhèn)驚安神,納氣平喘的功效

主治肝陽眩暈,驚悸失眠,目昏翳障,耳鳴耳聾,腎虛喘逆。

磁鐵的制造

有些物質(zhì)可以被摩擦成磁鐵,材料不是鐵,就是鋼,但并不是所有的鋼都可以被制成磁鐵,因?yàn)樗鼈儍?nèi)含其物質(zhì),不銹鋼不能充當(dāng)磁鐵。

我們來制造磁鐵,磁鐵與一根螺絲起子是你所需要的材料,拿磁鐵來摩擦螺絲起子的金屬部分,從一端到另一端,他們反復(fù)摩擦,就可以制造出一根具有磁性的螺絲起子。

取向方向

概念

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。

磁鐵的南北極定義

"北極"的定義是磁鐵在隨意旋轉(zhuǎn)后它的北極指向地球的北極,簡(jiǎn)稱"N"。同樣,磁鐵的南極也指向地球的南極,簡(jiǎn)稱"S"。地磁的兩極與地理的兩極并不重合,存在一定的磁偏角。

安全處理磁鐵

要始終十分小心,因?yàn)榇盆F會(huì)自己吸附到一起,可能會(huì)夾傷手指。磁鐵相互吸附時(shí)也有可能會(huì)因碰撞而損壞磁鐵本身(碰掉邊角或撞出裂紋)。

將磁鐵遠(yuǎn)離易被磁化的物品,如軟盤,信用卡,電腦顯示器,手表,手機(jī),醫(yī)療器械等。

磁鐵應(yīng)遠(yuǎn)離心臟起搏器。較大尺寸的磁鐵,每片之間應(yīng)加塑料或硬紙墊片以保證可以輕易地將磁鐵分開。

磁鐵應(yīng)盡量存放在干燥,恒溫的環(huán)境中。

隔磁

只有能吸附到磁鐵上的材料才能起到隔斷磁場(chǎng)的作用,而且材料越厚,隔磁的效果越好。

最強(qiáng)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(qiáng)力的磁鐵。但在200攝氏度以上的環(huán)境中,釤鈷是最強(qiáng)力的磁鐵。

確定磁力大小

磁鐵為什么有磁力,就是地球因?yàn)樽赞D(zhuǎn)而它的磁場(chǎng)與電流就會(huì)不斷地強(qiáng)力結(jié)合,最后整個(gè)地球就變成為一個(gè)很大的磁場(chǎng)。地球上的礦物如鎳、鈷、鐵等物質(zhì)因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn),從而變成了天然的磁鐵。

大家都知道物質(zhì)之間都存在一個(gè)引力場(chǎng)。跟磁場(chǎng)類似,是一種布滿磁極周圍空間的場(chǎng)。而磁場(chǎng)的大小能夠用假想的磁力線的數(shù)量來表示,其磁力線越密的地方就是磁場(chǎng)越強(qiáng)的地方,相反要是磁力線疏的地方磁場(chǎng)也就越弱。

物質(zhì)世界中是否存在百分之百完美的球形磁鐵?假如存在,那該球形磁鐵的NS磁極在哪里?假如NS是其直徑的兩端,但是球形有無數(shù)個(gè)直徑,為什么其他直徑的兩端不是NS兩極呢?

在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)用

在講述磁性材料的磁性來源、電磁感應(yīng)、磁性器件時(shí),我們已經(jīng)提到了有些磁性材料的實(shí)際應(yīng)用。實(shí)際上,磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。

例如,如果沒有磁性材料,電氣化就成為不可能,因?yàn)榘l(fā)電要用到發(fā)電機(jī)、輸電要用到變壓器、電力機(jī)械要用到電動(dòng)機(jī)、電話機(jī)、收音機(jī)和電視機(jī)中要用到揚(yáng)聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結(jié)構(gòu)。這些都已經(jīng)在講述其它內(nèi)容時(shí)說到了。

磁鐵在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

信鴿愛好者都知道,如果把鴿子放飛到數(shù)百公里以外,它們還會(huì)自動(dòng)歸巢。鴿子為什么有這么好的認(rèn)家本領(lǐng)呢?原來,鴿子對(duì)地球的磁場(chǎng)很敏感,它們可以利用地球磁場(chǎng)的變化找到自己的家。如果在鴿子的頭部綁上一塊磁鐵,鴿子就會(huì)迷航。如果鴿子飛過無線電發(fā)射塔,強(qiáng)大的電磁波干擾也會(huì)使它們迷失方向。

在醫(yī)學(xué)上,利用核磁共振可以診斷人體異常組織,判斷疾病,這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術(shù),其基本原理如下:原子核帶有正電,并進(jìn)行自旋運(yùn)動(dòng)。通常情況下,原子核自旋軸的排列是無規(guī)律的,但將其置于外加磁場(chǎng)中時(shí),核自旋空間取向從無序向有序過渡。自旋系統(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長(zhǎng),當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí),磁化強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定值。如果此時(shí)核自旋系統(tǒng)受到外界作用,如一定頻率的射頻激發(fā)原子核即可引起共振效應(yīng)。在射頻脈沖停止后,自旋系統(tǒng)已激化的原子核,不能維持這種狀態(tài),將回復(fù)到磁場(chǎng)中原來的排列狀態(tài),同時(shí)釋放出微弱的能量,成為射電信號(hào),把這許多信號(hào)檢出,并使之時(shí)進(jìn)行空間分辨,就得到運(yùn)動(dòng)中原子核分布圖像。核磁共振的特點(diǎn)是流動(dòng)液體不產(chǎn)生信號(hào)稱為流動(dòng)效應(yīng)或流動(dòng)空白效應(yīng)。因此血管是灰白色管狀結(jié)構(gòu),而血液為無信號(hào)的黑色。這樣使血管很容易軟組織分開。正常脊髓周圍有腦脊液包圍,腦脊液為黑色的,并有白色的硬膜為脂肪所襯托,使脊髓顯示為白色的強(qiáng)信號(hào)結(jié)構(gòu)。核磁共振已應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的成像診斷。效果最佳的是顱腦,及其脊髓、心臟大血管、關(guān)節(jié)骨骼、軟組織及盆腔等。對(duì)心血管疾病不但可以觀察各腔室、大血管及瓣膜的解剖變化,而且可作心室分析,進(jìn)行定性及半定量的診斷,可作多個(gè)切面圖,空間分辨率高,顯示心臟及病變?nèi)��?及其與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系,優(yōu)于其他X線成像、二維超聲、核素及CT檢查。磁不僅可以診斷,而且能夠幫助治療疾病。磁石是古老中醫(yī)的一味藥材。人們利用血液中不同成分的磁性差別來分離紅細(xì)胞和白細(xì)胞。另外,磁場(chǎng)與人體經(jīng)絡(luò)的相互作用可以實(shí)現(xiàn)磁療,在治療多種疾病方面有獨(dú)到的作用,已經(jīng)有磁療枕、磁療腰帶等應(yīng)用。用磁鐵作成的除鐵器可以去除面粉等中可能存在的鐵末,磁化水可以防止鍋爐結(jié)垢,磁化種子可以在一定程度上使農(nóng)作物增產(chǎn)。

天文等領(lǐng)域的磁應(yīng)用

我們已經(jīng)知道,地球是一塊巨大的磁鐵,它和地質(zhì)狀況有什么聯(lián)系?宇宙中的磁場(chǎng)又是如何的?

至少在圖片上我們都見過燦爛的北極光。中國(guó)自古代就有了北極光的記載。北極光實(shí)際上是太陽風(fēng)中的粒子和地磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果。太陽風(fēng)是由太陽發(fā)出的高能帶電粒子流。當(dāng)它們到達(dá)地球時(shí),與地磁場(chǎng)發(fā)生相互作用,就好象帶電流的導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力一樣,使得這些粒子向南北極運(yùn)動(dòng)和聚集,并且和地球高空的稀薄氣體相碰撞,結(jié)果使氣體分子受激發(fā),從而發(fā)光。

太陽黑子是太陽上磁場(chǎng)活動(dòng)非常劇烈的區(qū)域。太陽黑子的爆發(fā)對(duì)我們的生活會(huì)產(chǎn)生影響,例如使得無線電通信暫時(shí)中斷等。因此,研究太陽黑子對(duì)我們有重要意義。

地磁的變化可以用來勘探礦床。由于所有物質(zhì)均具有或強(qiáng)或弱的磁性,如果它們聚集在一起,形成礦床,那么必然對(duì)附近區(qū)域的地磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾,使得地磁場(chǎng)出現(xiàn)異常情況。根據(jù)這一點(diǎn),可以在陸地、海洋或者空中測(cè)量大地的磁性,獲得地磁圖,對(duì)地磁圖上磁場(chǎng)異常的區(qū)域進(jìn)行分析和進(jìn)一步勘探,往往可以發(fā)現(xiàn)未知的礦藏或者特殊的地質(zhì)構(gòu)造。

不同地質(zhì)年代的巖石往往具有不同的磁性。因此,可以根據(jù)巖石的磁性輔助判斷地質(zhì)年代的變化以及地殼變動(dòng)。

很多礦藏資源都是共生的,也就是說好幾種礦物質(zhì)混合的一起,它們具有不同的磁性。利用這個(gè)特點(diǎn),人們開發(fā)了磁選機(jī),利用不同成分礦物質(zhì)的不同磁性以及磁性強(qiáng)弱的差別,用磁鐵吸引這些物質(zhì),那么它們所受到的吸引力就有所區(qū)別,結(jié)果可以將混在一起的不同磁性的礦物質(zhì)分開,實(shí)現(xiàn)了磁性選礦。

軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用

磁性材料在軍事領(lǐng)域同樣得到了廣泛應(yīng)用。例如,普通的水雷或者地雷只能在接觸目標(biāo)時(shí)爆炸,因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安裝磁性傳感器,由于坦克或者軍艦都是鋼鐵制造的,在它們接近(無須接觸目標(biāo))時(shí),傳感器就可以探測(cè)到磁場(chǎng)的變化使水雷或地雷爆炸,提高了殺傷力。

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,制空權(quán)是奪得戰(zhàn)役勝利的關(guān)鍵之一。但飛機(jī)在飛行過程中很容易被敵方的雷達(dá)偵測(cè)到,從而具有較大的危險(xiǎn)性。為了躲避敵方雷達(dá)的監(jiān)測(cè),可以在飛機(jī)表面涂一層特殊的磁性材料-吸波材料,它可以吸收雷達(dá)發(fā)射的電磁波,使得雷達(dá)電磁波觸及到飛機(jī)后只有很少的電磁波發(fā)生反射,因此敵方雷達(dá)無法探測(cè)到雷達(dá)回波,不能發(fā)現(xiàn)飛機(jī),這就使飛機(jī)達(dá)到了隱身的目的。這就是大名鼎鼎的"隱形飛機(jī)"。隱身技術(shù)是世界軍事科研領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。美國(guó)的F117隱形戰(zhàn)斗機(jī)便是一個(gè)成功運(yùn)用隱身技術(shù)的例子。

在美國(guó)的"星球大戰(zhàn)"計(jì)劃中,有一種新型武器"電磁武器"的開發(fā)研究。傳統(tǒng)的火炮都是利用彈藥爆炸時(shí)的瞬間膨脹產(chǎn)生的推力將炮彈迅速加速,推出炮膛。而電磁炮則是把炮彈放在螺線管中,給螺線管通電,那么螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)炮彈將產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力,將炮彈射出。這就是所謂的電磁炮。類似的還有電磁導(dǎo)彈等。

原料

釹鐵硼磁鐵的主要原材料有:稀土金屬釹、稀土金屬鐠、純鐵、鋁、硼鐵合金以及其他稀土原料

釹鐵硼磁鐵加工工具

有專用切片機(jī)、線切割機(jī)床、平磨機(jī)、雙面機(jī)、打孔機(jī)、倒角機(jī)、電鍍設(shè)備。

工藝流程

釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵氧體磁鐵制作工藝也有所不同。從工藝講,有燒結(jié)釹鐵硼磁鐵和粘接釹鐵硼磁鐵,我們主要講燒結(jié)釹鐵硼磁鐵。

配料 → 熔煉制錠→ 制粉 → 壓型 → 燒結(jié)回火 → 磁性檢測(cè) → 磨加工 → 銷切加工 →電鍍→ 磁化→成品。其中配料是基礎(chǔ),燒結(jié)回火是關(guān)鍵釹鐵硼磁鐵生產(chǎn)工具:有熔煉爐、鄂破機(jī)、球磨機(jī)、氣流磨、壓制成型機(jī)、真空封裝機(jī)、等靜壓機(jī)、燒結(jié)爐、熱處理真空爐、磁性能測(cè)試儀、高斯計(jì)。

磁懸浮列車應(yīng)用

磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)。它的時(shí)速可達(dá)到500公里以上,是當(dāng)今世界最快的地面客運(yùn)交通工具,有速度快、爬坡能力強(qiáng)、能耗低運(yùn)行時(shí)噪音小、安全舒適、不燃油、污染少、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。并且它采用采用高架方式,占用的耕地很少。磁懸浮列車意味著這些火車?yán)�用磁的基本原理懸浮在�?dǎo)軌上來代替舊的鋼輪和軌道列車。磁懸浮技術(shù)利用電磁力將整個(gè)列車車廂托起,擺脫了討厭的摩擦力和令人不快的鏘鏘聲,實(shí)現(xiàn)與地面無接觸、無燃料的快速"飛行"。

磁懸浮列車是自大約200年前斯蒂芬森的"火箭"號(hào)蒸氣機(jī)車問世以來鐵路技術(shù)最根本的突破。磁懸浮列車在今天看似乎還是一個(gè)新鮮事物,其實(shí)它的理論準(zhǔn)備已有很長(zhǎng)的歷史。磁懸浮技術(shù)的研究源于德國(guó),早在1922年德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理,并于1934年申請(qǐng)了磁懸浮列車的專利。進(jìn)入70年代以后,隨著世界工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng),為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,德國(guó)、日本、美國(guó)、加拿大、法國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。

中國(guó)上海就有一條,而且是目前國(guó)內(nèi)唯一一條磁懸浮列車線!!!

釹鐵硼的應(yīng)用

中國(guó)釹鐵硼磁體應(yīng)用情況如下,高技術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用占37%,如核磁共振成像儀(MRI)、手機(jī)振動(dòng)、硬盤驅(qū)動(dòng)器音圈(VCM)、光盤(DVD、CD-ROM)驅(qū)動(dòng)器主軸、電動(dòng)工具、電動(dòng)車、變頻空調(diào)的發(fā)動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)中低檔產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用占63%,如音響器件、磁吸附器件、磁選器、磁化器。

電磁鐵

定義

內(nèi)部帶有鐵芯的、利用通有電流的線圈使其像磁鐵一樣具有磁性的裝置叫做電磁鐵(electromagnet)。通常制成條形或蹄形。鐵芯要用容易磁化,又容易消失磁性的軟鐵或硅鋼來制做。這樣的電磁鐵在通電時(shí)有磁性,斷電后就隨之消失。電磁鐵在日常生活中有極其廣泛的應(yīng)用。電磁鐵的發(fā)明也使發(fā)電機(jī)的功率得到了很大的提高。

應(yīng)用

電磁鐵在日常生活中有極其廣泛的應(yīng)用。電磁鐵是電流磁效應(yīng)(電生磁)的一個(gè)應(yīng)用,與生活聯(lián)系緊密,如電磁繼電器、電磁起重機(jī)、磁懸浮列車等。電磁鐵可以分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩大類型。如果按照用途來劃分電磁鐵,主要可分成以下五種:(1)牽引電磁鐵——主要用來牽引機(jī)械裝置、開啟或關(guān)閉各種閥門,以執(zhí)行自動(dòng)控制任務(wù)。(2)起重電磁鐵——用作起重裝置來吊運(yùn)鋼錠、鋼材、鐵砂等鐵磁性材料。(3)制動(dòng)電磁鐵——主要用于對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)以達(dá)到準(zhǔn)確停車的目的。(4)自動(dòng)電器的電磁系統(tǒng)——如電磁繼電器和接觸器的電磁系統(tǒng)、自動(dòng)開關(guān)的電磁脫扣器及操作電磁鐵等。(5)其他用途的電磁鐵——如磨床的電磁吸盤以及電磁振動(dòng)器等。

原理

將螺線管通電后可產(chǎn)生如一磁鐵棒的磁場(chǎng)。圖中的圓圈為導(dǎo)線截面,點(diǎn)代表電流出螢?zāi)?叉代表流入螢?zāi)?附箭頭的橢圓圓圈是磁力線。當(dāng)直流電通過導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),而通過作成螺線管(Solenoid)的導(dǎo)體時(shí)則會(huì)產(chǎn)生類似棒狀磁鐵的磁場(chǎng)。在螺線管的中心加入一磁性物質(zhì)則此磁性物質(zhì)會(huì)被磁化而達(dá)到加強(qiáng)磁場(chǎng)的效果。一般而言,電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與直流電大小、線圈圈數(shù)及中心的導(dǎo)磁物質(zhì)有關(guān),在設(shè)計(jì)電磁鐵時(shí)會(huì)注重線圈的分布和導(dǎo)鐵物質(zhì)的選擇,并利用直流電的大小來控制磁場(chǎng)強(qiáng)度。然而線圈的材料具有電阻而限制了電磁鐵所能產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小,但隨著超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用將有機(jī)會(huì)突破現(xiàn)有的限制。

電磁鐵歷史

思特金(Sturgeon)的電磁鐵。西元1825年,英國(guó)人威廉·思特金(William Sturgeon,1783年-1850年)將通有電流的金屬線纏繞在絕緣的棒上,發(fā)明了電磁鐵。

美國(guó)人物理學(xué)家約瑟·亨利(Joseph Henry 1797年-1878年)在得知這個(gè)消息后,在軟鐵芯上纏繞密集的線圈,使用電流不大的電池通電后,便能吸起一噸重的鐵塊。

制作

簡(jiǎn)易的自制電磁鐵:

需要漆包線、鐵釘來作其本體;電池或電源供應(yīng)器供以電流。

注意事項(xiàng)

要刮除漆包線末端的漆,或用火燒。

要以相同的方向纏繞漆包線。

要在漆包線的末端打結(jié)綁緊。

特性

電磁鐵和永久磁鐵的兩端磁力最強(qiáng)。

電磁鐵的磁力大小可以改變。

電磁鐵的方向可以改變。

電磁鐵磁力可以掌控自如。