钕磁铁
编辑钕磁铁(也称为 NdFeB、NIB 或 Neo 磁铁)是应用最广泛的稀土磁铁类型。它是由钕、铁和硼的合金制成的永磁体,形成 Nd2Fe14B 四方晶体结构。 1984 年由通用汽车公司和住友特殊金属公司独立开发的钕磁铁是目前市售的xxx类型的永磁体。
钕铁硼磁体可分为烧结磁体或粘结磁体,具体取决于所使用的制造工艺。 在需要强永磁体的现代产品的许多应用中,它们已经取代了其他类型的磁铁,例如无绳工具中的电动机、硬盘驱动器和磁性紧固件。
历史
编辑通用汽车 (GM) 和住友特殊金属公司在 1984 年几乎同时独立发现了 Nd2Fe14B 化合物。这项研究最初是受到较早开发的 SmCo 永磁体的高原材料成本的推动。 GM 专注于开发熔纺纳米晶 Nd2Fe14B 磁体,而 Sumitomo 则开发全密度烧结 Nd2Fe14B 磁体。
GM 于 1986 年成立了 Magnequench(麦格昆磁后来成为 Neo Materials Technology, Inc. 的一部分,后者后来并入 Molycorp),从而将其发明的各向同性 Neo 粉末、粘结 Neo 磁体和相关生产工艺商业化。 该公司向粘结磁体制造商提供熔纺 Nd2Fe14B 粉末。 Sumitomo 工厂成为 Hitachi Corporation 的一部分,制造并授权其他公司生产烧结 Nd2Fe14B 磁体。 日立拥有 600 多项有关钕磁铁的专利。
基于对世界上大部分稀土矿的控制,中国制造商已成为钕磁铁生产的主导力量。
美国能源部已确定需要在永磁技术中寻找稀土金属的替代品,并资助了此类研究。 能源高级研究计划局赞助了关键技术中的稀土替代品 (REACT) 计划,以开发替代材料。 2011 年,ARPA-E 拨款 3160 万美元资助稀土替代项目。 由于钕在用于风力涡轮机的永磁体中的作用,有人认为,在一个依赖可再生能源的世界中,钕将成为地缘政治竞争的主要对象之一。 这种观点因未能认识到大多数风力涡轮机不使用永磁体以及低估扩大生产的经济激励力量而受到批评。
强度说明
编辑纯净形式的钕具有磁性——具体来说,它是反铁磁性的——但仅在低于 19 K(-254.2 °C;-425.5 °F)的温度下。 钕磁铁由钕与铁等过渡金属的化合物制成,具有铁磁性,居里温度远高于室温。
钕磁铁的强度是几个因素的结果。 最重要的是四方 Nd2Fe14B 晶体结构具有异常高的单轴磁晶各向异性(HA ≈ 7 T – 磁场强度 H,单位为 A/m 与磁矩,单位为 A·m2)。 这意味着材料的晶体优先沿特定晶轴磁化,但很难在其他方向磁化。 与其他磁铁一样,钕磁铁合金由微晶粒组成,这些微晶粒在制造过程中在强大的磁场中排列,因此它们的磁轴都指向同一方向。 晶格抵抗其磁化方向的阻力赋予化合物非常高的矫顽力或抗退磁性。
钕原子可以具有较大的磁偶极矩,因为它的电子结构中有 4 个不成对的电子,而铁原子中(平均)有 3 个。 在磁铁中,不成对的电子对齐,使它们的自旋方向相同,从而产生磁场。
这使 Nd2Fe14B 化合物具有高饱和磁化强度(Js ≈ 1.6 T 或 16 kG)和通常为 1.3 特斯拉的剩余磁化强度。 因此,由于xxx能量密度与 Js2 成正比,该磁相具有储存大量磁能的潜力(BHmax≈512kJ/m3 或 64MG·Oe)。
这个磁能值比普通铁氧体磁铁体积大18倍左右,质量大12倍。 NdFeB 合金的这种磁能特性高于钐钴 (SmCo) 磁体,后者是xxx种商业化的稀土磁体。 实际上,钕磁铁的磁性取决于合金成分、微观结构和所采用的制造技术。
Nd2Fe14B 晶体结构可以描述为铁原子和钕-硼化合物的交替层。
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