永磁，一颗永远跳动的心

五、永磁，一颗永远跳动的心

无需在线圈中输入电流即可获得磁性的永磁体可用于产生强磁场，因而它们应具有一个强的静磁化强度，是铁磁性的或亚铁磁性的材料。很重要的一点是，在外磁场存在时，磁化强度应是稳定的。上述两个条件指出，B-H磁滞回线应分别有大的剩余磁感应Br和矫顽力Hc。永磁体的矫顽力范围为10⁴ ～10⁶A/m。

永磁体大量应用于电动机、发电机、扬声器、轴承、紧固件和传动装置（如在硬盘驱动器中定位）。目前在永磁体市场中，硬磁铁氧体市场份额萎缩，钴稀土永磁体和Nd₂Fe₁₄B永磁体市场份额则在增长。而各种特殊的硬磁体，如机械性可延展的和半硬的磁体也存在较小的市场。但不能忽视的是，用于信息储存的磁记录介质包括带和碟，也都以永磁体为基础。

稀土资源是我国的宝贵财富。有人说：“中东有石油，中国有稀土”，这两者都对世界经济具有不容忽视的影响。这说明我国确确实实具有得天独厚的稀土资源优势，这也牵动着几代中国科技工作者的心。

据说解放初期在规划和建设包钢之初，专家组中的中国专家就提出：包钢的开发要兼顾与铁矿共生的稀土资源的开发和利用，并指出未来稀土材料的经济价值未必就在包头铁矿资源以下。老一代专家的预见是正确的，他们为开发中国的稀土资源作出了重大贡献。

稀土永磁合金发展可以这样来分类：第一代：1∶5型稀土永磁合金RCo₅，R代表稀土。SmCo₅永磁合金的特点是：磁晶各向异性高，磁晶各向异性常数K₁=(15−19)×10³ kj/m³；各向异性场高（Ha=31840kA/m），和稀土铁基永磁合金相比，钐钴永磁合金温度系数较低，居里温度高（Tc=720℃），SmCo₅理论最大磁能积（BH）max=244.9kJ/m³（31 MGOe），而实际的最大磁能积比理论上要低得多。第二代：2∶17型稀土钴永磁合金（R₂Co₁₇）。其特点是居里温度最高Tc=850℃（和SmCo，NdFe系相比），理论最大磁能积比RCo高，（BH）max=525.4kJ/m³（66MGOe）。第三代：稀土-铁基系列永磁合金（R-Fe-B系）。其特点是：具有创纪录的磁能积；原材料资源丰富而廉价，以资源丰富的Fe取代了第一、二代永磁合金中的资源较少的钴，以廉价、资源丰富的Nd取代了第一、二代稀土永磁合金中的昂贵的Sm，因而性价比远优于第一、二代稀土永磁，在某些领域可部分取代其他永磁材料，因此，第三代稀土永磁合金发展最快。其缺点是，居里温度比第一、二代稀土永磁合金低，温度稳定性较差，耐腐蚀性较差。第三代稀土永磁Nd₂Fe₁₄B的晶体结构属于四方晶系（如图6-25所示）。

图6-25　第三代稀土永磁Nd₂Fe₁₄B的晶体机构

一些常用永磁体M-H回线第二象限的形状比较如图6-26（a）所示，铝镍钴是一个极端，它的剩磁很大，而矫顽力相当差；另一极端是钴-铂，它虽有弱的剩磁，但有相当大的矫顽力。以Fe₁₄Nd₂B₁为基础的永磁体有最高磁能积，图6-26（b）显示了最近几十年内永磁体最大磁能积的进展。

图6-26　常用永磁体的第二象限M-H回线与最近几十年来永磁体（BH）max 的提高

在当今世界各国所生产的烧结钕铁硼材料中，其中57%用在电脑的磁盘信息存取装置上，资料上一般表明用于VCM，这是英文Voice Coil Machine的缩写，意为音圈电机。这当然是随着电脑产业本身的发展而发展起来的，但作为电机来看，则因为使用了近代永磁材料，才能够做得那么小巧而精致。

在医疗器具方面，永磁材料不断开辟新的应用领域。据有关报导，用人造的血泵辅助或代替心脏泵血功能的技术有重要的临床价值。部分代替心脏功能称为“心脏辅助”，完全代替心脏功能称为“人工心脏”，这两种装置本质上都是高性能的机械泵。

作为辅助心脏工作的血泵已有商品上市，称为“血流泵”。这是一种离心泵，泵的转子由滚珠轴承支撑，转子底面布置着平板式永磁磁性联轴节的从动边，联轴节主动边布置在泵头壳体的外面，马达驱动联轴节主动边，从动边跟随旋转，带动泵的转子工作。这种结构保证了血液对外界的密闭流动。图6-27为这种血流泵泵头的简略图示。

人们真诚地期待：永磁，成为一颗永远跳动的心！

图6-27　Bio-Medicus 离心泵泵头

比当年开发包钢晚一代的科技人员，在稀土永磁材料的开发及其产业化方面，和前人一样干得十分出色。经过几代人的努力，我国现在已是世界上的永磁材料生产大国，是被誉为“永磁王”的钕铁硼永磁的发明国之一。1999年我国仅烧结钕铁硼一项产品就生产了5000吨，约占世界当年产量的40%。2l世纪，中国将成为世界钕铁硼永磁材料生产及开发的基地与中心。