釹磁鐵
編輯釹磁鐵(也稱為 NdFeB、NIB 或 Neo 磁鐵)是應用最廣泛的稀土磁鐵類型。它是由釹、鐵和硼的合金制成的永磁體,形成 Nd2Fe14B 四方晶體結構。 1984 年由通用汽車公司和住友特殊金屬公司獨立開發的釹磁鐵是目前市售的xxx類型的永磁體。
釹鐵硼磁體可分為燒結磁體或粘結磁體,具體取決于所使用的制造工藝。 在需要強永磁體的現代產品的許多應用中,它們已經取代了其他類型的磁鐵,例如無繩工具中的電動機、硬盤驅動器和磁性緊固件。
歷史
編輯通用汽車 (GM) 和住友特殊金屬公司在 1984 年幾乎同時獨立發現了 Nd2Fe14B 化合物。這項研究最初是受到較早開發的 SmCo 永磁體的高原材料成本的推動。 GM 專注于開發熔紡納米晶 Nd2Fe14B 磁體,而 Sumitomo 則開發全密度燒結 Nd2Fe14B 磁體。
GM 于 1986 年成立了 Magnequench(麥格昆磁后來成為 Neo Materials Technology, Inc. 的一部分,后者后來并入 Molycorp),從而將其發明的各向同性 Neo 粉末、粘結 Neo 磁體和相關生產工藝商業化。 該公司向粘結磁體制造商提供熔紡 Nd2Fe14B 粉末。 Sumitomo 工廠成為 Hitachi Corporation 的一部分,制造并授權其他公司生產燒結 Nd2Fe14B 磁體。 日立擁有 600 多項有關釹磁鐵的專利。
基于對世界上大部分稀土礦的控制,中國制造商已成為釹磁鐵生產的主導力量。
美國能源部已確定需要在永磁技術中尋找稀土金屬的替代品,并資助了此類研究。 能源高級研究計劃局贊助了關鍵技術中的稀土替代品 (REACT) 計劃,以開發替代材料。 2011 年,ARPA-E 撥款 3160 萬美元資助稀土替代項目。 由于釹在用于風力渦輪機的永磁體中的作用,有人認為,在一個依賴可再生能源的世界中,釹將成為地緣政治競爭的主要對象之一。 這種觀點因未能認識到大多數風力渦輪機不使用永磁體以及低估擴大生產的經濟激勵力量而受到批評。
強度說明
編輯純凈形式的釹具有磁性——具體來說,它是反鐵磁性的——但僅在低于 19 K(-254.2 °C;-425.5 °F)的溫度下。 釹磁鐵由釹與鐵等過渡金屬的化合物制成,具有鐵磁性,居里溫度遠高于室溫。
釹磁鐵的強度是幾個因素的結果。 最重要的是四方 Nd2Fe14B 晶體結構具有異常高的單軸磁晶各向異性(HA ≈ 7 T – 磁場強度 H,單位為 A/m 與磁矩,單位為 A·m2)。 這意味著材料的晶體優先沿特定晶軸磁化,但很難在其他方向磁化。 與其他磁鐵一樣,釹磁鐵合金由微晶粒組成,這些微晶粒在制造過程中在強大的磁場中排列,因此它們的磁軸都指向同一方向。 晶格抵抗其磁化方向的阻力賦予化合物非常高的矯頑力或抗退磁性。
釹原子可以具有較大的磁偶極矩,因為它的電子結構中有 4 個不成對的電子,而鐵原子中(平均)有 3 個。 在磁鐵中,不成對的電子對齊,使它們的自旋方向相同,從而產生磁場。
這使 Nd2Fe14B 化合物具有高飽和磁化強度(Js ≈ 1.6 T 或 16 kG)和通常為 1.3 特斯拉的剩余磁化強度。 因此,由于xxx能量密度與 Js2 成正比,該磁相具有儲存大量磁能的潛力(BHmax≈512kJ/m3 或 64MG·Oe)。
這個磁能值比普通鐵氧體磁鐵體積大18倍左右,質量大12倍。 NdFeB 合金的這種磁能特性高于釤鈷 (SmCo) 磁體,后者是xxx種商業化的稀土磁體。 實際上,釹磁鐵的磁性取決于合金成分、微觀結構和所采用的制造技術。
Nd2Fe14B 晶體結構可以描述為鐵原子和釹-硼化合物的交替層。
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