材 料
磁性能
应用
BsT
Hc A·m-1
铁损P/W·kg
磁致伸缩λs/10-6
μmGOe
ΜeGOe
Fe78B13Si9
1.63
4
21
4420
Fe79Si6B10Nb5
3~7
10
10000
电子元件,高频电流变压器、电流互感器等
Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9
1.24
0.53
2.1
100000
Fe73.2Cu0.8Nb2V1.5Si11.5B11
1.40
P0.5/20K<19
P0.5/50K<90
300000
Fe-M-B(M=Zr,Hf,Hb)
1.5
20000
Fe90Zr7B3
1.6
22000
Fe81.5P12C3Cu0.5Mo0.5Si2.5
1.45
6.7
P1.3/50K=0.26
102000
纳米晶双相复合永磁合金,利用相邻晶粒间的交换耦合作用使晶界处自发磁化方向趋于一致(即晶界两侧的磁距趋于平行方向)。复相永磁合金由于软磁相极强的自发磁化强度,与邻近的硬磁晶粒间的交换作用大于硬磁相的磁各向异性作用,因而其自发磁化方向可能偏离其轴方向,故交换耦合作用可增强各向同性磁体的剩磁Br。但交换耦合作用是近距离作用,其作用范围等于畴壁厚度(约为5nm),所以只有当晶粒尺寸小于20nm时,其增强剩磁的效果才显著。若晶粒大小不均匀,在晶界不均匀区利于反向畴形核,因而使其矫顽力低。当晶粒尺寸小于20nm且大小均匀时,软硬相间的交换耦合作用不仅增强Br,且有很高的矫顽力从而获得极高的磁能积。
与传统的单相永磁合金相比,纳米复合永磁合金具有以下特点:①稀土含量比较低,因而原材料成本低。②剩磁比高,这是纳米复合永磁合金的一个显著特点。同时,磁能积也较高,但矫顽力还不够理想。③与单相永磁合金相比纳米复合永磁合金的温度稳定性、耐热性和抗氧化性均匀有了一定的提高。上述优良的特性,使纳米复合永磁合金具有了很高的实用价值,尤其适合于要求易磁化、具有高磁通密度及退磁场小的场合,如步进电机和多极环等,有着良好的应用前景。
2000年日本三荣化成(Sanel Kasei)株式会社所开发的新型稀土永磁把铁粉制造成针状,金属钕用氢化法粉碎裂,在铁粉上附着钕,在磁场中成型烧结,脱去粘结剂,在真空中烧结,制造成各向异性磁体。经美国高能磁场实验室测定,最大磁能积达到558.4kJ/m3(69.8MGOe),超过了Nd2Fe14B最大磁能积的理论最大值512kJ/m3(64MGOe)。该材料是通过生成非磁性氧化物来实现纳米结构的。三荣化成株式会社还称,可以生产三种磁体:最大磁能积为440kJ/m3(55MGOe)的烧结磁体;最大磁能积为200kJ/m3(25MGOe)的粘结磁体;最大磁能只为144kJ/m3(18MGOe)的注射成型磁体。而且,日本志村化工公司已经投资30亿日元,建设月产50t的生产线,其产品已于2001年投放市场。
目前,纳米稀土永磁合金已进入实用化阶段,最常用的是Nd2Fe14B+α-Fe或Nd2Fe14B+Fe3B合金。由于纳米晶稀土永磁合金不仅具有较好的温度稳定性、抗氧化、耐腐蚀、成本相低。同时合金中含较多的铁,可望改善合金的脆性和加工性,并且,纳米晶稀土永磁合金具有极高的潜在(BH)m值,因此,纳米永磁材料有望成为新一代永磁材料,已成为目前研究的热点,相信其未来具有广阔的发展前景。
四、纳米磁性液体
磁性液体,又称铁磁流体。它既有一般磁体的磁性,又具有液体的流动性,它是由纳米级的磁性颗粒通过表面活性剂均匀地分散在载液中形成稳定的胶体体系。磁性液体一般包含三个组分:(1)铁磁性纳米级颗粒;(2)包裹颗粒的稳定剂;(3)一种适宜的液体作液态载体。其中铁磁性颗粒一般选取Fe3O4、铁、钴、镍等磁性好的超细微颗粒。正是由于铁磁性颗粒分散在载液中,故而使其呈现磁性。稳定剂量常用的有油酸、丁二酸、氟醚酸,能够防止磁性颗粒相互聚集,使得磁性液体即使在重力、电、磁等力作用下亦能长期稳定,不产生沉淀与分离。载液种类很多,可以是水、煤油、汞等等。
由于均匀分散在液态载体中的超微磁粒小到亚畴状态,其磁化矢量自发磁化至饱和,但因粒子微小及涂敷界面活性剂后克服了范德瓦尔斯力,从而使其悬浮在载液中呈布朗运动,故粒子磁极任意取向,与顺磁体的状态相同,即呈现超顺磁性。其磁化强度随磁场强度的增大而上升,甚至在高磁场情况下也很难趋于饱和,并无磁滞现象,矫顽力和剩磁均为零。当光通过磁性液体时,会产生双折射效应,磁性液体流向与外磁场方向平行时的粘度要比垂直方向的粘度大,其磁导率不但具有频散现象,而且还有磁粘滞性现象。此外用外磁场还可以控制超声波在磁性液体中传播的速度和衰减。
磁性液体由于兼有磁体的磁性和液体的流动性,具有其他固态磁性材料以及其他液体所没有的一系列新性质,其应用范围不断拓展。现已广泛用于磁液密封、电声器件、阻尼器件、润滑、选矿、工业废液处理、热交换、磁回路、传热器、医疗卫生、生物磁学等方面。
国外在七十年代磁性液体材料已商品化,已在航天航空、冶金机械、化工环保、仪器仪表、医疗卫生、国防军工等领域获得广泛应用。据不完全统计,现在各国每年应用这种功能材料的元器件数量已达数千万件。美国早在1968年就成立了磁性液体公司。日本2000年磁性液体领域的产值约1.7亿美元。我国在磁性液体方面的研究已有十多年历史,一些单位在其应用研究方面也取得了可喜的成绩,如信息产业部电子九所、电子科技大学、南京大学、北京理工大学、北京航空航天大学等。