永磁材料，是可以永久產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁性材料，工作時(shí)不需要外界能量輸入，具有節(jié)能、方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。尤其是稀土永磁材料，兼具高矯頑力和高磁能積的特點(diǎn)，可采用較小與較薄的磁體尺寸構(gòu)成器件磁路，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能，極大促進(jìn)了永磁器件的小型化與輕量化。永磁材料作為高新技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的功能材料，已廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工、電子通信、交通運(yùn)輸、工業(yè)能源、家用電器等眾多領(lǐng)域。
按照工作原理，永磁體的應(yīng)用可以分為五類：
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功能 |
原理 |
物理定律 |
典型應(yīng)用 |
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電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 |
磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用 |
安培定律 |
揚(yáng)聲器，電動(dòng)機(jī)，耳機(jī)，測(cè)量?jī)x表 |
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機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 |
導(dǎo)體與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) |
法拉第定律 |
發(fā)電機(jī)，麥克風(fēng)，傳感器 |
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機(jī)械能間的轉(zhuǎn)換 |
永磁體磁極之間，永磁體與鐵磁性物質(zhì)之間的相互作用 |
庫(kù)侖定律 |
吸附用磁鐵，磁選機(jī)，磁性過濾器，磁力聯(lián)軸器，永磁吸盤 |
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各種磁效應(yīng) |
磁場(chǎng)與光、電、熱等之間的相互作用 |
? |
核磁共振，波蕩器，光隔離器 |
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其他應(yīng)用 |
磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用 |
洛倫茲定律 |
磁控管，粒子加速器，磁譜儀，磁控濺射，電氣開關(guān) |
永磁材料應(yīng)用廣泛在工程開發(fā)前期，如何選擇合適的永磁材料，是每個(gè)工程師要考慮的問題。每種永磁材料都有其獨(dú)特之處，因此在選用永磁體時(shí)需要綜合考慮多個(gè)因素，例如所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度、耐溫性能、成本、以及制造工藝等。我們建議可以按照以下的步驟：
1. 確定磁場(chǎng)強(qiáng)度需求
永磁體在整個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備中，主要以提供無源磁場(chǎng)作為功能部件（而非外觀件或結(jié)構(gòu)件）使用。磁場(chǎng)強(qiáng)度是磁鋼性能的關(guān)鍵指標(biāo)，是工程設(shè)計(jì)的核心要素。如何最大程度利用永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也是永磁器件磁體設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)。工程師可以通過計(jì)算確定目標(biāo)磁場(chǎng)強(qiáng)度，并以此作為后續(xù)材料選用的依據(jù)。
2. 篩選合適的磁性材料
當(dāng)前工程領(lǐng)域常用的永磁材料包括燒結(jié)釹鐵硼、燒結(jié)釤鈷、燒結(jié)或鑄造鋁鎳鈷、燒結(jié)鐵氧體、粘結(jié)與注塑磁體等，以及少量新型材料如釤鐵氮等。不同的永磁材料具有各自的磁性能與材料特性。
| ? |
典型牌號(hào) |
剩磁Br/kGs |
矯頑力Hcb/kOe |
內(nèi)稟矯頑力Hcj/kOe |
最大磁能積(BH)max/MGOe |
工作溫度Tmax(℃)* |
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燒結(jié)釹鐵硼 |
42SH |
13 |
12.5 |
21 |
42 |
<150 |
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燒結(jié)釤鈷 |
28 |
10.8 |
9.8 |
22 |
28 |
<300 |
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燒結(jié)/鑄造鋁鎳鈷 |
CLNG44 |
12.5 |
0.65 |
0.65 |
5.5 |
<525 |
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燒結(jié)鐵氧體 |
Y30 |
4.0 |
2.6 |
2.7 |
3.7 |
<250 |
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粘結(jié)磁體 |
CMN10 |
7.2 |
6.0 |
10.0 |
10 |
<150 |
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注塑磁體 |
IMF0606 |
2.9 |
2.2 |
3.2 |
2.2 |
<140 |
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*最高工作溫度僅供參考。永磁體的實(shí)際最高工作溫度取決于磁體的牌號(hào)、形狀與磁路。 |
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3. 確定磁體的規(guī)格尺寸
永磁體選用的規(guī)格和形狀取決于實(shí)際應(yīng)用的具體要求，對(duì)于實(shí)現(xiàn)某一磁場(chǎng)強(qiáng)度，使用不同的永磁材料，所需要的用量也不相同。結(jié)合空間限制和磁場(chǎng)方向等因素，并通過計(jì)算與試驗(yàn)，確定產(chǎn)品所需的尺寸和形狀。
右圖是吸附5kg鐵塊所需的永磁材料的用量對(duì)比，其中燒結(jié)釹鐵硼只需D20x5mm即可，而燒結(jié)鐵氧體則需要D20x55mm，材料體積超過釹鐵硼用量10倍。
4. 評(píng)估磁體的可加工性
目前常規(guī)的永磁材料，生產(chǎn)工藝主要有燒結(jié)、鑄造、模壓三種。其中燒結(jié)類和鑄造類永磁材料硬而脆，韌性差，可加工性不佳，通常先制成毛坯，之后使用線切割、切片與研磨工藝加工外形，無法使用車銑刨等普通五金件加工工藝，常規(guī)產(chǎn)品大多為片狀、環(huán)狀、瓦狀等簡(jiǎn)單形狀，若設(shè)計(jì)為復(fù)雜形狀或高精度，則需要特殊工藝，加工成本高昂。這些加工因素需要在產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)時(shí)留意。
右表是常規(guī)永磁材料的材料特性對(duì)比。下圖是永磁材料的可加工形狀一覽。
| ? | 密度 g/cm3 | 硬度 Hv | 抗彎強(qiáng)度MPa |
| 燒結(jié)釹鐵硼 | 7.5-7.8 | 400-600 | 250-300 |
| 燒結(jié)釤鈷2:17 | 8.3-8.5 | 550-600 | 120-150 |
| 鑄造鋁鎳鈷 | 6.9-7.3 | 520-700 | 50-310 |
| 燒結(jié)鐵氧體 | 4.9-5.1 | 400-700 | 50-90 |
| 粘結(jié)磁體 | 5.5-6.4 | 80-120 | 100-160 |
| 注塑磁體 | 3-5.5 | 140-150 | 60-100 |
| 橡膠磁 | 3.5-3.7 | / | / |
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? |
? |
? |
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? |
? |
? |
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? |
? |
? |
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? |
? |
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? |
? |
? |
? |
5. 關(guān)注工作環(huán)境因素
永磁體的工作環(huán)境對(duì)其性能和壽命具有重要影響，溫度、濕度以及腐蝕性材料的暴露可能會(huì)對(duì)磁體產(chǎn)生負(fù)面影響，需要確保所選磁性材料能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。
右圖是常規(guī)永磁材料的適用工作溫度范圍對(duì)比，釹鐵硼和鐵氧體的工作溫度范圍較窄，釤鈷和鋁鎳鈷的工作溫度范圍更為寬泛。
6. 權(quán)衡材料成本
不同類型的永磁材料成本差異較大，因此在選擇時(shí)要充分考慮，確保在滿足性能要求的同時(shí)控制項(xiàng)目成本。
右表是以Φ10x10mm圓片產(chǎn)品為例，常規(guī)永磁材料的價(jià)格對(duì)比（數(shù)字為價(jià)格差異對(duì)比示意，非實(shí)際產(chǎn)品價(jià)格），燒結(jié)釤鈷價(jià)格最貴，燒結(jié)鐵氧體價(jià)格最低。
根據(jù)上述因素，各個(gè)永磁材料的性能與特點(diǎn)對(duì)比匯總?cè)缦拢?/span>
| ? |
磁性能 |
加工性能 |
工作溫度 |
耐腐蝕 |
穩(wěn)定性 |
價(jià)格 |
生產(chǎn)周期 |
| 燒結(jié)釹鐵硼 | 最高，(BH)max 35-52MGOe | 質(zhì)地脆，硬度高，不易加工 | 不耐高溫，工作溫度不宜超過200℃ | 易腐蝕，需鍍層保護(hù) | 好 | 價(jià)格高且不穩(wěn)定 | 20-25天 |
| 鑄造/燒結(jié)鋁鎳鈷 | 一般，(BH)max < 9MGOe | 質(zhì)地脆，硬度高，不易加工 | 耐高溫，工作溫度可達(dá)550℃ | 耐腐蝕性好 | 易退磁 | 價(jià)格適中 | 20-25天 |
| 燒結(jié)釤鈷 | 較高，(BH)max 17-30MGOe | 質(zhì)地脆，硬度高，不易加工 | 耐高溫，工作溫度可達(dá)350℃ | 耐腐蝕性好 | 好 | 價(jià)格高 | 25-30天 |
| 燒結(jié)鐵氧體 | 最低，(BH)max < 4MGOe | 質(zhì)地脆，硬度高，不易加工 | 性能一般，工作溫度為250℃ | 耐腐蝕性好 | 一般，比鋁鎳鈷略高 | 價(jià)格低 | 25-30天 |
| 粘結(jié)磁體 | 一般，(BH)max 2-14MGOe | 通過模具可制成復(fù)雜形狀 | 不耐高溫，工作溫度不宜超過150℃ | 易腐蝕，需鍍層保護(hù) | 好 | 價(jià)格適中 | 15-25天 |
| 注塑磁體 | 較低，(BH)max < 10MGOe | 通過模具可制成復(fù)雜形狀 | 不耐高溫，工作溫度不宜超過120℃ | 耐腐蝕性好 | 好 | 價(jià)格低，模具費(fèi)用高 | 30-35天 |
根據(jù)上述的各項(xiàng)因素，可以按照下表進(jìn)行永磁材料的初步選材：
| ? |
產(chǎn)品價(jià)格 |
磁性能 |
溫度性能 |
使用環(huán)境 |
加工性能 |
耐腐蝕性能 |
|||||
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表磁 |
磁吸力 |
耐高溫 |
耐低溫 |
戶外使用 |
水下使用 |
加工精度 |
復(fù)雜形狀 |
機(jī)械強(qiáng)度 |
|||
|
燒結(jié)釹鐵硼 |
Ο |
√ |
√ |
Δ |
√ |
× |
× |
Δ |
× |
Ο |
Δ |
|
鑄造/燒結(jié)鋁鎳鈷 |
Ο |
Δ |
Δ |
√ |
√ |
√ |
Ο |
Δ |
× |
Ο |
√ |
|
燒結(jié)釤鈷 |
× |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
Ο |
Δ |
× |
Δ |
√ |
|
燒結(jié)鐵氧體 |
√ |
× |
× |
Ο |
× |
√ |
Ο |
× |
× |
× |
√ |
|
模壓磁體 |
Ο |
Δ |
Δ |
Δ |
√ |
× |
× |
× |
× |
× |
Δ |
|
注塑磁體 |
Ο |
Δ |
Δ |
Δ |
Δ |
√ |
√ |
√ |
Ο |
× |
√ |
| √······優(yōu)秀? ? ? Ο······良好? ? ? ?Δ······一般? ? ? ×······不佳，基于相同尺寸與充磁方向的產(chǎn)品對(duì)比。 | |||||||||||
在選擇永磁材料時(shí)，請(qǐng)根據(jù)工程項(xiàng)目需要，充分考慮上述各項(xiàng)因素，選擇合用的永磁材料。如果您在評(píng)估過程中遇到任何疑問，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將竭誠(chéng)為您提供專業(yè)建議和全方位支持。