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        關于磁鐵的常規知識

        磁鐵指可以產生磁場的物體或材質,通常用金屬合金制成,具有強磁性。傳統上可分作“永久性磁鐵”與“非永久性磁鐵”。 永久性磁鐵可以是天然產物,又稱天然磁石,也可以由人工制造(最強的磁鐵是釹鐵硼磁鐵)。 非永久性磁鐵加熱到一定的溫度會突然失去磁性,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中,當磁化強度達到某一數值,它又被磁化,“元磁體”之排列又從無序到有序 。 基本常識古希臘人和中國人發現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。 經過千百年的發展,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年代制造出鋁鎳鈷(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。至此,磁學科技得到了飛速發展,強磁材料也使得元件更加小型化。 磁化(取向)方向大多數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??梢允褂弥改厢樫N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攝氏度以上的環境中,釤鈷是最強力的磁鐵。 磁鐵的種類磁鐵,應該叫磁鋼,英文 Magnet,磁鋼現在主要分兩大類,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,但是性能最穩定,溫度系數最好的是鋁鎳鈷磁鋼,用戶可以根據不同的需求選擇不同的硬磁產品。 怎樣來定義磁鐵的性能? 主要有如下3個性能參數來確定磁鐵的性能:剩磁Br :永磁體經磁化至技術飽和,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度 如何選擇磁鐵? 在決定選擇哪一種磁鐵之前應明確需要磁鐵發揮何種作用? 主要的作用:移動物體,固定物體或抬升物體。 所需磁鐵的形狀:圓片形,圓環形,方塊形,瓦片形或特殊形狀。 所需磁鐵的尺寸:長,寬,高,直徑及公差等等。 所需磁鐵的吸力,期望價格及數量等等。 指南針就是根據磁鐵的性質發明的 。磁鐵的作用1 指南北 2 吸引輕小物體 3 電磁鐵可以做電磁繼電器 4.電動機 5 發電機 6 電聲 7 磁療 8 磁懸浮 9 核磁共振 磁現象的發現先秦時代我們的先人已經積累了許多這方面的認識,在探尋鐵礦時常會遇到磁鐵礦,即磁石(主要成分是四氧化三鐵)。這些發現很早就被記載下來了?!豆茏印返臄灯凶钤缬涊d了這些發現:“山上有磁石者,其下有金銅?!?其他古籍如《山海經》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早就被人發現,《呂氏春秋》九卷精通篇就有:“慈招鐵,或引之也?!蹦菚r的人稱“磁”為“慈”他們把磁石吸引鐵看作慈母對子女的吸引。并認為:“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。 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,發現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。西漢的時候人們已經認識到磁石只能吸引鐵,而不能吸引其他物品。當把兩塊磁鐵放在一起相互靠近時,有時候互相吸引,有時候相互排斥?,F在人們都知道磁體有兩個極,一個稱N 極,一個稱S 極。同性極相互排斥,異性極相互吸引。那時的人們并不知道這個道理,但對這個現象還是能夠察覺到的。 到了西漢,有一個名叫欒大的方士,他利用磁石的這個性質做了兩個棋子般的東西,通過調整兩個棋子極性的相互位置,有時兩個棋子相互吸引,有時相互排斥。欒大稱其為“斗棋”。他把這個新奇的玩意獻給漢武帝,并當場演示。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,制作了新奇的玩意蒙騙了漢武帝。 地球也是一個大磁體,它的兩個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,可以自由轉動時,就會因磁體同性相斥,異性相吸的性質指示南北。這個道理古人不夠明白,但這類現象他們很清楚。 磁現象的應用在傳統工業中的應用: 在講述磁性材料的磁性來源、電磁感應、磁性器件時,我們已經提到了有些磁性材料的實際應用。實際上,磁性材料已經在傳統工業的各個方面得到了廣泛應用。 例如,如果沒有磁性材料,電氣化就成為不可能,因為發電要用到發電機、輸電要用到變壓器、電力機械要用到電動機、電話機、收音機和電視機中要用到揚聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結構。這些都已經在講述其它內容時說到了。 生物界和醫學界的磁應用: 信鴿愛好者都知道,如果把鴿子放飛到數百公里以外,它們還會自動歸巢。鴿子為什么有這么好的認家本領呢?原來,鴿子對地球的磁場很敏感,它們可以利用地球磁場的變化找到自己的家。如果在鴿子的頭部綁上一塊磁鐵,鴿子就會迷航。如果鴿子飛過無線電發射塔,強大的電磁波干擾也會使它們迷失方向。 在醫學上,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,其基本原理如下:原子核帶有正電,并進行自旋運動。通常情況下,原子核自旋軸的排列是無規律的,但將其置于外加磁場中時,核自旋空間取向從無序向有序過渡。自旋系統的磁化矢量由零逐漸增長,當系統達到平衡時,磁化強度達到穩定值。如果此時核自旋系統受到外界作用,如一定頻率的射頻激發原子核即可引起共振效應。在射頻脈沖停止后,自旋系統已激化的原子核,不能維持這種狀態,將回復到磁場中原來的排列狀態,同時釋放出微弱的能量,成為射電信號,把這許多信號檢出,并使之時進行空間分辨,就得到運動中原子核分布圖像。核磁共振的特點是流動液體不產生信號稱為流動效應或流動空白效應。因此血管是灰白色管狀結構,而血液為無信號的黑色。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信號結構。核磁共振已應用于全身各系統的成像診斷。效果最佳的是顱腦,及其脊髓、心臟大血管、關節骨骼、軟組織及盆腔等。對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,進行定性及半定量的診斷,可作多個切面圖,空間分辨率高,顯示心臟及病變全貌,及其與周圍結構的關系,優于其他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。磁石是古老中醫的一味藥材?,F在,人們利用血液中不同成分的磁性差別來分離紅細胞和白細胞。另外,磁場與人體經絡的相互作用可以實現磁療,在治療多種疾病方面有獨到的作用,已經有磁療枕、磁療腰帶等應用。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垢,磁化種子可以在一定程度上使農作物增產。 天文、地質、考古和采礦等領域的磁應用: 我們已經知道,地球是一塊巨大的磁鐵,那么,它的磁性來自何處?它是自古就有的嗎?它和地質狀況有什么聯系?宇宙中的磁場又是如何的? 至少在圖片上我們都見過燦爛的北極光。我國自古代就有了北極光的記載。北極光實際上是太陽風中的粒子和地磁場相互作用的結果。太陽風是由太陽發出的高能帶電粒子流。當它們到達地球時,與地磁場發生相互作用,就好象帶電流的導線在磁場中受力一樣,使得這些粒子向南北極運動和聚集,并且和地球高空的稀薄氣體相碰撞,結果使氣體分子受激發,從而發光。 太陽黑子是太陽上磁場活動非常劇烈的區域。太陽黑子的爆發對我們的生活會產生影響,例如使得無線電通信暫時中斷等。因此,研究太陽黑子對我們有重要意義。 地磁的變化可以用來勘探礦床。由于所有物質均具有或強或弱的磁性,如果它們聚集在一起,形成礦床,那么必然對附近區域的地磁場產生干擾,使得地磁場出現異常情況。根據這一點,可以在陸地、海洋或者空中測量大地的磁性,獲得地磁圖,對地磁圖上磁場異常的區域進行分析和進一步勘探,往往可以發現未知的礦藏或者特殊的地質構造。不同地質年代的巖石往往具有不同的磁性。因此,可以根據巖石的磁性輔助判斷地質年代的變化以及地殼變動。 很多礦藏資源都是共生的,也就是說好幾種礦物質混合的一起,它們具有不同的磁性。利用這個特點,人們開發了磁選機,利用不同成分礦物質的不同磁性以及磁性強弱的差別,用磁鐵吸引這些物質,那么它們所受到的吸引力就有所區別,結果可以將混在一起的不同磁性的礦物質分開,實現了磁性選礦。 軍事領域的磁應用: 磁性材料在軍事領域同樣得到了廣泛應用。例如,普通的水雷或者地雷只能在接觸目標時爆炸,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)時,傳感器就可以探測到磁場的變化使水雷或地雷爆炸,提高了殺傷力。 在現代戰爭中,制空權是奪得戰役勝利的關鍵之一。但飛機在飛行過程中很容易被敵方的雷達偵測到,從而具有較大的危險性。為了躲避敵方雷達的監測,可以在飛機表面涂一層特殊的磁性材料-吸波材料,它可以吸收雷達發射的電磁波,使得雷達電磁波很少發生反射,因此敵方雷達無法探測到雷達回波,不能發現飛機,這就使飛機達到了隱身的目的。這就是大名鼎鼎的“隱形飛機”。隱身技術是目前世界軍事科研領域的一大熱點。美國的F117隱形戰斗機便是一個成功運用隱身技術的例子。 在美國的“星球大戰”計劃中,有一種新型武器“電磁武器”的開發研究。傳統的火炮都是利用彈藥爆炸時的瞬間膨脹產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,那么螺線管產生的磁場對炮彈將產生巨大的推動力,將炮彈射出。這就是所謂的電磁炮。類似的還有電磁導彈等。 磁鐵的知識磁鐵的種類很多。一般分為永磁和軟磁兩大類。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)、釤鈷磁鐵(SmCo)、鋁鎳鈷磁鐵(ALNiCO);第二大類:鐵氧體永磁材料(Ferrite) 1、釹鐵硼磁鐵: 它是目前發現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。其本身的機械加工性能亦相當之好。工作溫度最高可達200攝氏度。而且其質地堅硬,性能穩定,有很好的性價比,故其應用極其廣泛。但因為其化學活性很強,所以必須對其表面凃層處理。(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,質地比較硬,屬脆性材料,由于鐵氧體磁鐵有很好的耐溫性、價格低廉、性能適中,已成為應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成的一種合金。鑄造工藝可以加工生產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,工作溫度可高達600攝氏度以上。鋁鎳鈷永磁產品廣泛應用于各種儀器儀表和其他應用領域。 4、釤鈷(SmCo)依據成份的不同分為SmCo5和Sm2Co17。由于其材料價格昂貴而使其發展受到限制。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境中。 磁鐵的歷史隨著社會的發展,磁鐵的應用也越來越廣泛,從高科技產品到最簡單的包裝磁,目前應用最為廣泛的還是釹鐵硼磁鐵和鐵氧體磁鐵。 從磁鐵的發展歷史來看,十九世紀末二十世紀初,人們主要使用碳鋼、鎢鋼、鉻鋼和鈷鋼作永磁材料。二十世紀三十年代末,鋁鎳鈷磁鐵開發成功,才使磁鐵的大規模應用成為可能。五十年代,鋇鐵氧體磁鐵的出現,既降低了永磁體成本,又將永磁材料的應用范圍拓寬到高頻領域。到六十年代,釤鈷永磁的出現,則為磁鐵的應用開辟了一個新時代。1967年,美國Dayton大學的Strnat等,研制成釤鈷磁鐵,標志著稀土磁鐵時代的到來。迄今為止,稀十永磁已經歷第一代SmCo5,第二代沉淀硬化型Sm2Co17,發展到第三代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,但釹鐵硼磁鐵的產值已大大超過鐵氧體永磁材料,釹鐵硼磁鐵的生產已發展成一大產業磁力大小排列為:釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵氧體磁鐵。磁鐵制作工藝: 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,有燒結釹鐵硼磁鐵和粘接釹鐵硼磁鐵,我們主要講燒結釹鐵硼磁鐵。 工藝流程工藝流程:配料 → 熔煉制錠→ 制粉 → 壓型 → 燒結回火 → 磁性檢測 → 磨加工 → 銷切加工 → 電鍍 → 成品。 其中配料是基礎,燒結回火是關鍵釹鐵硼磁鐵生產工具:有熔煉爐、鄂破機、球磨機、氣流磨、壓制成型機、真空封裝機、等靜壓機、燒結爐、熱處理真空爐、磁性能測試儀、高斯計。釹鐵硼磁鐵加工工具:有專用切片機、線切割機床、平磨機、雙面機、打孔機、倒角機、電鍍設備。 應用:磁懸浮列車磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導向和驅動系統的磁懸浮高速列車系統。它的時速可達到500公里以上,是當今世界最快的地面客運交通工具,有速度快、爬坡能力強、能耗低運行時噪音小、安全舒適、不燃油,污染少等優點。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利用磁的基本原理懸浮在導軌上來代替舊的鋼輪和軌道列車。磁懸浮技術利用電磁力將整個列車車廂托起,擺脫了討厭的摩擦力和令人不快的鏘鏘聲,實現與地面無接觸、無燃料的快速“飛行”。 釹鐵硼的應用:目前中國釹鐵硼磁體應用情況如下,高技術產品領域的應用占37%,如核磁共振成像儀(MRI)、手機振動、硬盤驅動器音圈(VCM)、光盤(DVD、CD-ROM)驅動器主軸、電動工具、電動車、變頻空調的發動機。傳統中低檔產品領域的應用占63%,如音響器件、磁吸附器件、磁選器、磁化器。
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