b体育:没有钕铁硼LK-99晶体无法磁悬浮：一文全面了解钕

　　原标题：没有钕铁硼，LK-99晶体无法磁悬浮：一文全面了解钕铁硼、钐钴、铝镍钴、铁氧体等永磁铁！

　　该校材料学院博士合成了可以磁悬浮的LK-99晶体，相信大家也看到了，当磁铁从下方靠近材料时，材料因排斥力竖立了起来。在更换磁极后，靠近该材料，材料依然因斥力而竖起。

　　这个“小黑点”随着钕铁硼磁体的靠近和远离，不停地倒下或立起，无论S极还是N极都有效，即排斥和磁极无关， 显现出抗磁性。

　　且不说LK-99是否真的是超导（你多点赞和转发，我后续就写一篇超导文），能够让其悬浮起来，这背后钕铁硼永磁体功不可没。

　　埃隆马斯克真是胆大，特斯拉的第一款轿车Model S在举行发布会的时候，他们根本没有组装完成，底盘采用的是奔驰CLS，车身铝板和发动机盖是用钕铁硼磁铁粘在钢铁车架上的。

　　特斯拉在制造前两款全尺寸汽车模型时，他们使用感应电机为车辆提供动力。这些电机基于尼古拉特斯拉的原始电机设计，这一出色的设计比稀土磁体的发明早了近100年。

　　感应电机的设计很好，但特斯拉在2017年为 Model 3改用永磁电机是有充分理由的：Model 3是一款较小的汽车，它需要一个较小的电机但仍具有充足的动力。

　　所以，从Model 3开始，特斯拉就使用钕铁硼电机，因为更省空间，更轻，而且可以产生更大的力。

　　其实磁铁除了应用于汽车，还广泛应用于手机扬声器，耳机，振动电机，电磁铁、吹风机、风扇、冰箱、洗衣机等。

　　永磁体（PM）会产生磁场，即使存在反向磁场也能维持该磁场。使用永磁体的电机比不使用永磁体的电机效率更高。目前，所有已知的强磁铁都含有稀土元素，它们是电动汽车和风力涡轮机等的核心部件。由于需求不断增长和供应有限，稀土元素如Nd和Dy已成为关键材料。

　　永磁体的独特之处在于，一旦生产出来，它无需能量输入即可提供磁通量，因此运营成本为零。相比之下，电磁体需要连续电流来产生磁场。

　　永磁体的显着特征是，即使存在相反的外部磁场，它也能产生并维持磁场。但如果反向磁场的强度足够强，永磁体内的磁畴将跟随反向磁场，导致永磁体消磁。

　　永磁铁本质上是一种能量存储装置。这种能量在第一次磁化时就被注入其中，如果制造和处理得当，它会无限期地保留在磁铁中。与电池不同，磁铁的能量不会耗尽，并且始终可供使用。这是因为磁铁不会对其周围环境产生网络作用。相反，磁铁利用其能量来吸引或排斥其他磁性物体，从而帮助电能和机械能之间的转换。

　　磁铁磁场的能量与B和H的乘积成正比（）。当BH的乘积最大，即(BH)max时，在某间隙中产生给定磁场所需的磁体体积最小。(BH)max越高，产生给定磁通密度所需的磁体体积越小。可以认为(BH)max是磁体材料每单位体积的静磁能。BH单位为兆高斯奥斯特MGOe或者kJ/m3。

　　按照惯例，永磁铁可以分为4种：钕铁硼(NdFeB)，钐钴 (SmCo)，铝镍钴（AlNiCo），陶瓷或铁氧体（Ferrite Magnet）。

　　永磁铁的分类：陶瓷或铁氧体（Ferrite），铝镍钴（Alnico），钐钴 (SmCo)，钕铁硼 (NdFeB)。

　　其中，钐钴磁铁（SmCo）和钕铁硼磁铁（NdFeB）被称为稀土磁铁，因为钕和钐存在于元素周期表的稀土元素中。

　　钕铁硼磁体因其铁含量而容易氧化，耐腐蚀性差，通常需要电镀涂层，例如：镀镍、环氧树脂涂层、聚对二甲苯涂层等。

　　然而，它们是一种非常高能量密度的产品（高达55MGOe），具有很高的矫顽力，使用钕铁硼磁体，可以缩小硬盘驱动器和电机及音频设备产品尺寸。

　　钕磁铁的工作温度为80°C到200°C，但能够在 120°C 以上工作的优质钕磁材料可能会变得非常昂贵。

　　钕磁铁等级：N35、ND-35和ND-3512都是相同的“等级”，其能量密度（最大磁能积）为35，内禀矫顽力为 12kOe。12kOe导致磁铁的最高工作温度为80°C。参考网站：

　　同样地，N45SH、ND-45SH和ND-4520都是同一牌号的钕合金，该符号代表能量密度为45且内禀矫顽力(Hci)为20kOe，20kOe在等级符号中以“SH”后缀表示，导致磁体的最高工作温度为150°C。

　　全致密钕磁铁通常通过粉末冶金工艺制造。微米级钕铁硼粉末在惰性气体气氛中生产，然后在刚性钢模具或橡胶模具中压实。橡胶模具四面都被流体压实，称为等静压。钢模具将生产出与最终产品相似的形状，而橡胶模具只会生产大块钕磁铁合金。

　　钕合金的磁性通过在压制工艺之前或期间施加磁场来产生。该施加场赋予钕磁体合金优选的磁化方向。颗粒排列产生各向异性合金，并极大地改善了成品稀土磁体的剩磁(Br)及其他磁特性。

　　压制后，钕磁铁经过烧结和热处理，直到达到完全致密的状态。模压磁铁被研磨成最终尺寸，但橡胶模具方法生产的磁铁通常成方形，需要在研磨机上切成最终的几何形状。

　　钐钴（SmCo）是另一种高性能永磁材料，主要由钴和钐组成，是制造成本最高的磁性材料。大部分成本是由于钴含量高和钐合金的脆性。

　　这种永磁材料具有很高的耐腐蚀性，可以承受高达350°C的高温工作，有时甚至500度。与其他耐温性不强的永磁体类型相比，这使它们具有明显的优势。和钕磁铁一样，钐钴磁铁也需要涂层来防止腐蚀。

　　这种磁铁类型的缺点是机械强度低。钐钴磁铁容易变脆和碎裂。然而，当需要耐温和耐腐蚀时，钐钴磁铁可能是最合适的选择。

　　NdFeB在较低温度下表现出色，而SmCo在较高温度下表现出色。钕铁硼磁铁是在室温和高达约180摄氏度的情况下最强的永磁体，通过其剩磁Br进行测量。但它们的强度随着温度的升高而迅速下降。当工作温度开始接近180摄氏度时，钐钴磁铁的性能开始优于NdFeB。

　　钐钴是第二强磁性材料，具有出色的抗退磁能力，广泛用于航空航天业或以性能为优先考虑而成本为次要的工业领域。

　　在 1970 年发的钐钴磁铁比陶瓷和铝镍钴磁铁强，但不如钕磁铁强。钐钴磁铁主要分为两大类，按能量范围划分。第一组Sm1Co5（也称为1-5）的能量积范围在15-22MGOe之间，第二组Sm2Co17(2-17)的范围为22-32MGOe。

　　钕铁硼稀土磁体对环境条件具有很强的反应性，而钐钴稀土磁体则具有很强的耐腐蚀性。钐钴稀土磁体可以承受高温而不消磁，而在高于环境室温的情况下使用钕时必须小心。钕铁硼稀土磁体比钐钴稀土磁体脆性更小，并且更容易加工和集成到磁性组件中。这两种合金在加工时都需要金刚石工具、电火花加工或磨料磨削。参考网站；

　　铝镍钴磁铁（AlNiCo）：铝镍钴磁铁是一种传统的永磁材料，主要成分是Al、Ni和Co，因此得名。

　　铸造铝镍钴可以制成错综复杂的形状，烧结铝镍钴的磁性稍低，但机械特性更好，它们的细晶粒结构导致高度均匀的通量分布和机械强度。

　　烧结铝镍钴磁铁的等级从1.5到5.25MGOe，而铸造磁铁的等级在5.0到9.0MGOe之间。各向异性铝镍钴磁铁允许自定义磁方向，这很有用。

　　铝镍钴磁铁合金具有较高的最高工作温度和非常好的耐腐蚀性。某些等级的铝镍钴合金可以在500°C以上的温度下工作。广泛应用于麦克风、扬声器、电吉他拾音器、电动机、行波管、霍尔传感器等。

　　尽管它们的磁性能与NdFeB磁体相差甚远，但其成本却非常低，这是由于用于制造这种合金的廉价、丰富和非战略性原材料，所以永磁陶瓷磁铁适合大规模生产。

　　陶瓷磁体可以是各向同性等级，即它们在所有方向上都具有相同的磁性，也可以是各向异性的，这意味着它们在被挤压的方向上被磁化。最强的陶瓷磁体高达3.8MGOe，使其成为最弱的永磁体类型。尽管它们磁性较低，但比磁铁更耐退磁。

　　总体而言，陶瓷磁铁在磁性强度和成本效益之间取得了平衡，而它们的脆性趋势与其出色的耐腐蚀性相平衡。它们还具有很强的矫顽力，并且抗退磁，使其成为玩具、工艺品和电机等常见应用的经济选择。

　　稀土磁体可大大改善重量或尺寸，而铁氧体成为对能源密度要求不高应用的更好选择，例如车辆中的电动车窗，座椅、开关、风扇、电器中的鼓风机、一些电动工具、以及电声设备中的扬声器和蜂鸣器等。

　　常见的粘合剂包括用于刚性粘合磁体的聚酯、热固性环氧树脂和尼龙，以及用于柔性磁体的乙烯基和丁腈橡胶。

　　使用粘结磁体，可以避免二次加工，这降低了生产成本。然而，由于引入粘合剂材料，粘结磁体的最高工作温度相对较低，热稳定性较差。

　　钕铁硼-钴磁复合磁铁（NdFeB/SmCo Composite）是将钕铁硼磁铁和钴磁铁复合在一起形成的，以兼顾两者的优势。可在高温和高磁场条件下提供较高的性能。

　　粘结磁体的生产过程：(a) 制造粘结磁体片材的压延工艺的加工示意图、原料、产品和设备。(b)注射成型粘结磁体，(c)挤出粘结磁体，(d)压缩粘结磁体。