铁磁性物质(这里指常说的磁铁,永磁体)颗粒大小和磁性的关系。我们在No.66 Q5中曾从磁畴的角度提过磁化的本质。同一磁体中有许多磁畴,而磁畴间自发强度大小相同方向不同,磁化的过程就是在外磁场作用下,使不同磁畴内的原子磁矩向同一个方向排列,此时磁体就有了磁性。
磁化强度从一个方向翻转到另一个方向需要克服一个势垒(磁各向异性能),而这个势垒是和颗粒的体积(尺寸)成正比的。而对于每个孤立自旋,它会受到热扰动的影响。这两种能量相互竞争,在固定温度下,当它俩大小相近时,就达到了我们所谓的临界尺寸(类似的,也存在对应的特征温度)。此时热扰动足以影响磁化强度取向时,自旋会因为热激发,不断地随机振动,此时这种粉末不再表现出铁磁性,而是超顺磁性。即在没有外磁场下,不表现出磁性,而施加外场时,则类似顺磁性。超顺磁相比铁磁,其特点一是没有磁滞,意味着没有剩余磁化强度和矫顽力;二是如果以磁化强度为纵坐标,渗铽,磁场强度和温度的比值为横坐标,这样的曲线永远是重叠的。
在混合动力车及电动车的驱动马达上,Nd-Fe-B(钕铁硼)类烧结磁铁是必不可少的关键部件。与其他磁铁相比,钕磁铁不仅磁力强劲,可达到足以驱动车辆的大功率,而且还能够将马达减小至适于车载用途的尺寸。
那么,您知道这种钕铁硼强力磁铁是如何制造出来的吗?它需要先要将含有必要材料的合金粉碎成微粒,把这些微粒聚集起来成型,然后进行烧结。之后再切割成所需尺寸才能完成。这一过程总感觉像是在制作蛋糕。
当然,在实际量产高品质的钕铁硼强力磁铁时并非如此简单。不仅要将微粒统一为3~5μm的大小,而且还要注意形状的均匀性,还要考虑烧结时的加热方法等,需要花很大工夫来制造。“通过大量积累小技术,才达到了今天这样的实用水平”(从事钕磁铁开发的技术人员)。
比如,将合金粉碎至3~5μm后实施的“磁场中成型工序”就是其中之一。该工序是让粉碎后的微粉(微磁铁)取向。这里的取向是指将微粉的磁化方向统一为某个固定方向,取向性越高,剩余磁通密度(磁场强度的指标)就越大。实施该工序时先将微粉填充到模具中,施加强磁场对微粉进行取向,然后实施加压成型处理。其中的独到之处在于以成型体不会崩塌的程度轻柔加压成型。因为加压过大的话反而会打乱好不容易才统一的微粉取向。
要想实现高取向性,还需在模具内部营造磁场均一的空间,这也很重要。由于电磁铁的配置以及模具的大小、形状、材质都会使磁场不均,导致取向性变差,因此需要利用磁场分析等手段进行微调,使磁场均匀。
磁性元器件要求走高:由于汽车运行环境的恶劣,振动大、温度高等特殊要求,所以给配套的磁性元器件进入这行业设立了一道相当高的门槛。比如工作温度,42SH渗铽,要在-50℃~125℃温度范围;振动要求磁性材料强度特别高,普通的材料在汽车强振动中很容易断裂。国内企业要想获得发展,必须要突破这些技术上的难关,甚至掌握独立自主的技术工艺。
同时,40H渗铽,汽车电子多功能化应用普及,在汽车电子配套的软磁元器件朝着高频化、低损耗、耐高温、抗干扰性强发展;永磁元器件朝着高磁能积、高矫顽力、高剩磁、宽温度范围等趋势发展。
虽然我国磁性材料产业经过几十年的发展,取得了很大的进步,但主要集中在中低端,要更加的女努力产品的开发和生产。在高材料的研发上,40M渗铽,尤其是汽车电子领域,一直落后于国外企业。有需求就有市场,尽管汽车电子市场门槛高,但阻挡不了对磁性元件行业生产企业的吸引力。目前在磁性材料行业内,真正有利润空间的还是在高材料领域。
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