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【永磁铁价格】穿越遨游——磁铁的过去、现在和未来

2000多年前,根据全国末期完成的《管子地数篇》和《吕氏春秋》的记录,中国人发现山上的石头之一具有吸铁的神奇特性,他们称这种石头为磁铁。

另有传说,第一个发现天然磁石的是古希腊时代的一位名叫玛格乃斯牧羊人。一天,他把羊群赶到艾达山坡,忽然,他拿着的铁棍和钉有铁钉的靴子被山石吸住了。泰勒斯用灵魂解释这种磁石吸铁的现象,给石头取名字 magnette。还有说法称磁石这个词,是古罗马自然哲学家和诗人卢克莱修从磁铁矿的产地,小亚细亚的地名 Magnesia 得来。

指南针是中国举世瞩目的四大发明之一,因而,除《管子》和《吕氏春秋》记载之外,中国古文中另有大量关于磁石和司南的记录。

——磁(慈)石

春秋战国-韩非子(约公元前 280 年—公元前 233 年)【韓非子 有度】“......故先王立司南,以端朝夕......”

春秋战国-淮南子【淮南子·说山训】中记载:“慈石能吸铁,及其于铜则不行也”。

汉-王充【论衡 是应】“......司南之杓,投之於地,其柢指南......”。

晋-杨方【合欢诗五首】“磁石引长针//阳燧下炎烟......”。

唐-戴叔伦【赠徐山人】“......针自指南天窅窅//星犹拱北夜漫漫......”。

宋-彭龟年【寄黄商伯兼简詹元善】“......滔滔迷所往,莫望指南针”。

宋-文天祥【扬子江】“几日随风北海游//回从扬子大江头//臣心一片磁针石//不指南方不肯休”。

宋-沈括【梦溪笔谈 卷四 杂志一】“方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也”。《梦溪笔谈》的《补笔谈》第三卷中《药议》中又记载道:“以磁石磨针锋,则锐处常指南,亦有指北者,恐石性亦不同。”

——司南

春秋战国-鬼谷子【鬼谷子·谋篇第十】中有“故郑人取玉也,载司南之车,为其不惑也。夫度材量能揣情者,亦事之司南也”。

唐-徐铉【和江西萧少卿见寄二首】“亡羊岐路愧司南,二纪穷通聚散三......”。

唐-韦肇【瓢赋】“挹酒浆则仰惟北而有别,充玩好则校司南以为可......”。

宋-曾丰【呈罗春信】诗曰:“......车中幸有司南柄//试与迷途指大方”。

宋-陈造【次韵方秘正】“......路迷端倚司南驾//金换还随过海舟”。

此外,南宋时的《萍河可谈》和《事林广记》、北宋的《因话录》、元朝的《海道经》、《大元海运记》、《真腊风土记》等等,都有指南针的记载。

随着社会文明和科学技术的不断进步,不具有了磁体理论、也有了居里温度、磁力作用等研究成果,天然磁石(Fe3O4)的简单应用也开始不断升级换代和被新的磁性材料替代。1932 年 AlNiCo 的问世,开启了新的磁铁世纪。

如今,磁铁与我们的生活息息相关,近在你的口袋中的智能手机;女士手包的磁吸扣;月饼的包装盒。

——20 世纪30 年代:AlNiCo问世

1932年7 月,日本报道了一种镍、铝和铁混合元素的新磁体。同一年晚些时候,这种磁性材料被美国某杂志高度赞扬:“其强度是普通钨钢的九倍,是最好的钴磁钢的两倍半”。尤其因为它的高温和耐腐蚀性,唯一的缺点是很容易消磁。

那么,如果最初的化合物是 AlNiFe,为什么它被称为 AlNiCo?因为最初的磁铁成分为10%的铝、25%的镍和 65%的铁;不久以后由钴代替了铁,随后便一直延续下去。

——20世纪50年代:铁氧体和AlNiCo共存

20世纪50 年代, AlNiCo全盛时期结束。 1950年,荷兰飞利浦工业公司物理实验室偶然合成了铁氧体材料。当研究人员意识到这种新材料具有磁性时,他们立即看到了它的潜力。

由于生产成本低、耐腐蚀性强、耐温性好,铁氧体磁铁在20世纪60年代开始销售。唯一的缺点是:铁氧体磁体非常脆,所以难于加工,需要特殊的加工工艺。

从各向同性铁氧体磁铁出现到各向异性铁氧体磁铁发明约经过了八年时间。

——20世纪70 年代:钐钴来了

钐钴的故事始于20 世纪60 年代末,于20 世纪70 年代开始商业化。1966 年,Wright-Patterson空军基地材料实验室的民用研究员 Karl Strnat博士等制造出稀土磁体钐钴 SmCo5,标志着稀土磁铁时代到来。1974年,第二代稀土永磁-Sm2Co17问世。

钐钴具有类似的温度稳定性、耐高温和耐腐蚀性,缺点是脆而且生产成本高,因而价格显得较贵。

从各向异性铁氧体磁铁推出到SmCo5问世大约经历了六年时间,从1-5系列钐钴磁铁发明到 2-17 系列钐钴磁铁创新花费了5年左右时间。

——20世纪80年代:钕铁硼出现

无巧不成书,1983年,通用汽车公司和住友特殊金属公司佐川真人(Masato Sagawa)几乎同时并各自开发了一种新型钕铁硼磁体Nd2Fe14B,改变了钐钴的游戏规则,第三代稀土永磁-Nd2Fe14B问世。

虽然钕铁硼很脆,耐腐蚀和高温较弱,但是磁性强度大因而倍受重用。后期,多种工艺组合被用于提高其强度、耐腐蚀和耐高温性能。

Sm2Co17问世Nd2Fe14B推出用了大约 6 年时间。

目前,终端产品中用量最大的磁铁是铁氧体,其次是钕铁硼,钐钴和铝镍钴也有一定量的应用,有的高性能铁氧体中还掺入了稀土元素。

未来,各种磁铁应用情况和趋势如何?会有创新型永磁铁脱颖而出吗?

1990年原子间隙磁铁-Sm-Fe-N问世;1991德国物理学家 E.F.克内勒提出了双相复合磁铁交换作用的理论基础,认为纳米晶磁铁有发展前景。 虽然过了近20年没有大的应用成就, 但现在依然被认为有前景。

业内人士认为,径向定向的钕铁硼磁环可以用于多极转子,这可以减少转子组装时间和成本,并最终获得更好的电机性能。另外,低端钕铁硼如N35和N38 中开始使用Ce替代物,有了一定的规模。

未来到底如何?一一未来亦如现在。

适用性和先进性是未来实践过程的磁铁发展的首要因素。

所以,现在开始的相当长一段时间,每种磁铁仍将落子于其适用的领域。

当然,当社会文明和经济水平发展到一定的程度时,先进性将成为选择的唯一因素。

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