在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，有這樣一種特殊材料，既讓人愛，又讓人恨，那就是磁性材料。不少設(shè)計(jì)師的黑科技設(shè)計(jì)都采用了這樣一種材料，比如我們接觸普遍的磁懸浮產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)意，無疑就是采用了這樣的材料設(shè)計(jì)。那么對(duì)于磁性材料，你了解多少？
01
什么是磁性材料
物質(zhì)大都是由分子組成的，分子是由原子組成的,原子又是由原子核和電子組成的。在原子內(nèi)部,電子不停地自轉(zhuǎn)，并繞原子核旋轉(zhuǎn)，電子的這兩種運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生磁性。但是在大多數(shù)物質(zhì)中，電子運(yùn)動(dòng)的方向各不相同、雜亂無章，磁效應(yīng)相互抵消。因此，大多數(shù)物質(zhì)在正常情況下，并不呈現(xiàn)磁性。
鐵、鈷、鎳或鐵氧體等鐵磁類物質(zhì)有所不同，它內(nèi)部的電子自旋可以在小范圍內(nèi)自發(fā)地排列起來，形成一個(gè)自發(fā)磁化區(qū)，這種自發(fā)磁化區(qū)就叫磁疇。鐵磁類物質(zhì)磁化后，內(nèi)部的磁疇整整齊齊、方向一致地排列起來,使磁性加強(qiáng)，就構(gòu)成磁鐵了。磁鐵的吸鐵過程就是對(duì)鐵塊的磁化過程，磁化了的鐵塊和磁鐵不同極性間產(chǎn)生吸引力，鐵塊就牢牢地與磁鐵“粘”在一起了。
02
磁性能參數(shù)
飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對(duì)應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。
剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br：是磁滯回線上的特征參數(shù)，H回到0時(shí)的B值。
矩形比：Br∕Bs
矯頑力Hc：是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質(zhì)、應(yīng)力等）。
磁導(dǎo)率μ：是磁滯回線上任何點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。
居里溫度Tc：鐵磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨溫度升高而下降，達(dá)到某一溫度時(shí)，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。
損耗P：磁滯損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ 降低，降低磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc；降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關(guān)系為：總功率耗散（mW）/表面積（cm2）
03
磁性材料的分類及應(yīng)用
磁性材料是應(yīng)用廣泛、品種繁多的重要功能材料，按應(yīng)用類型可以分為軟磁、永磁等材料。
永磁材料，是具有寬磁滯回線、高矯頑力、高剩磁，一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的材料。又稱硬磁材料。實(shí)用中，永磁材料工作于深度磁飽和及充磁后磁滯回線的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料。
軟磁材料，具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率的磁性材料。軟磁材料易于磁化，也易于退磁，廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。應(yīng)用最多的軟磁材料是鐵硅合金(硅鋼片)以及各種軟磁鐵氧體等 。
永磁材料的應(yīng)用：
①基于電磁力作用原理的應(yīng)用主要有：揚(yáng)聲器、話筒、電表、按鍵、電機(jī)、繼電器、傳感器、開關(guān)等。
②基于磁電作用原理的應(yīng)用主要有：磁控管和行波管等微波電子管、顯像管、鈦泵、微波鐵氧體器件、磁阻器件、霍爾器件等。
③基于磁力作用原理的應(yīng)用主要有：磁軸承、選礦機(jī)、磁力分離器、磁性吸盤、磁密封、磁黑板、玩具、標(biāo)牌、密碼鎖、復(fù)印機(jī)、控溫計(jì)等。其他方面的應(yīng)用還有：磁療、磁化水、磁麻醉等。
軟磁材料的應(yīng)用：
主要用于磁性天線、電感器、變壓器、磁頭、耳機(jī)、繼電器、振動(dòng)子、電視偏轉(zhuǎn)軛、電纜、延遲線、傳感器、微波吸收材料、電磁鐵、加速器高頻加速腔、磁場(chǎng)探頭、磁性基片、磁場(chǎng)屏蔽、高頻淬火聚能、電磁吸盤、磁敏元件(如磁熱材料作開關(guān))等。
04
不同磁性材料的特點(diǎn)及加工工藝
幾種常用磁鐵的磁力從大到小排列為：釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵氧體磁鐵。
釹鐵硼永磁材料
釹鐵硼（NdFeB）永磁材料是1983年問世的高性能永磁材料。
優(yōu)點(diǎn)：1. 磁性能高于稀土鈷永磁，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)矯頑力，最大磁能積都很高，是目前磁性能最好的永磁體；2. 性價(jià)比高，由于釹在稀土中的含量是釤的十幾倍，鐵與硼的價(jià)格也很便宜，同時(shí)又不含戰(zhàn)略物資鈷。這也是為什么釹鐵硼迅速得到廣泛運(yùn)用推廣的原因。
缺點(diǎn)：1. 居里溫度低，溫度系數(shù)高，因而在高溫下使用時(shí)磁損失較大且磁性能熱穩(wěn)定性較差；2. 由于含有大量的鐵和釹，容易銹蝕。
釤鈷磁鐵
釤鈷磁鐵又稱釤鈷磁鋼、釤鈷永磁體、釤鈷永久磁鐵、釤鈷強(qiáng)磁鐵、稀土鈷永磁等。是由釤、鈷和其它金屬稀土材料經(jīng)配比，溶煉成合金，經(jīng)粉碎、壓型、燒結(jié)后制成的一種磁性材料。具有高磁能積、極低的溫度系數(shù)。最高工作溫度可達(dá)350℃，負(fù)溫不限，在工作溫度180℃以上時(shí)，其最大磁能積及溫度穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性均超過釹鐵硼永磁材料。具有很強(qiáng)的抗腐蝕和抗氧化性；所以被廣泛應(yīng)用在航空航天、國(guó)防軍工、微波器件、通訊、醫(yī)療設(shè)備、儀器、儀表、各種磁性傳動(dòng)裝置、傳感器、磁處理器、電機(jī)、磁力起重機(jī)等。
釤鈷磁鐵生產(chǎn)流程：配料 → 熔煉制錠→ 制粉 → 壓型 → 燒結(jié)回火 → 磁性檢測(cè) → 磨加工 →切銷加工 → 成品。
釤鈷磁鐵形狀：圓片、圓環(huán)、方片、方條、瓦形、特殊形狀可根據(jù)要求加工。
鋁鎳鈷磁鐵
鋁鎳鈷磁鐵特點(diǎn)：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℃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。
鋁鎳鈷磁鐵分類：可分為鑄造鋁鎳鈷和燒結(jié)鋁鎳鈷兩大類。
鋁鎳鈷應(yīng)用場(chǎng)所：鑄造鋁鎳鈷產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車零件、儀器儀表、電聲、電機(jī)、教學(xué)以及航天航空軍用等領(lǐng)域，具有溫度系數(shù)低、耐高溫、耐潮濕、不易氧化以及工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。燒結(jié)鋁鎳鈷采用粉末冶金的方法生產(chǎn)而成，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)及各種傳感器。
鋁鎳鈷磁鐵形狀：可生產(chǎn)圓柱形、圓環(huán)形、長(zhǎng)方體形、扁形、瓦形、馬蹄形。
鐵氧體磁鐵
特點(diǎn)：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。
特性：具有較高的磁性能，較好的時(shí)間穩(wěn)定性和較低的溫度系數(shù)。
鐵氧體磁鐵應(yīng)用場(chǎng)所：廣泛應(yīng)用于電表、儀表、電機(jī)、自動(dòng)控制、微波器件、雷達(dá)和醫(yī)療器械等。
鐵氧體磁鐵充磁方向：可軸向、徑向或按要求充磁。
鐵氧體磁鐵形狀：可生產(chǎn)圓柱形、圓環(huán)形、長(zhǎng)方體形、扁形、瓦形，斧狀。
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