【知識】稀土永磁體的應用簡況

永磁材料的出現和應用具有久遠的歷史。我國戰國時代（西元前475年至西元前221年）人們利用礦石中的天然磁鐵礦打磨成所需的形狀用來指南。近百 年來，隨著科學技術的高速發展，永磁材料不斷進步，新的永磁材料的出現推動了永磁器件的改進和發展。而高新技術的需求又促進了新型永磁材料的出現”。因此 可以說，新型永磁材料的開發和應用是高新技術產業中的極為重要的部份。稀土永磁，尤其是釹鐵硼的出現對現代高新技術產業的發展有著巨大影響。

一、永磁材料的進步對永磁器件的影響

永 磁材料（體）是在一指定空間可產生恒定磁場的材料。永磁體既可以單獨使用，也可以與其他鐵磁性或非鐵磁性材料組成磁路，進而成為磁器件。永磁材料性能的提 高，可使器件尺寸變小，這使現代產業中的各種永磁器件小型、微型、輕量化成為可能。永磁材料的重要特性之一的最大磁能積（BH）max描述永磁材料的進步 及對磁器件的影響。

新材料的出現總是有新的性能，如稀土永磁材料具有其他類永磁材料所不及的高矯頑力，這一特點開拓出一類新的用途和器件。

二、永磁材料應用的分類

永磁材料應用的分類方法有多種，其中最基本的方法是從物理原理上進行分類，有以下幾種：

（一）電一機械轉換

1、電機：直流電機，步進電機，磁滯電機，線性電機、伺服電機等；

2、發電機

3、傳動裝置：磁光記錄、鐳射聚焦、打印頭、電腦磁碟機中的VCM等。

4、測量儀錶

5、電流控制：舌簧開關、渦流電機過速開關等。

（二）電一聲轉換

1、發聲裝置：揚聲器、耳機、電話等。

2、接收聲裝置：聽筒、超聲播音器等。

3、其他音頻變換器。

（三）磁一機械力或轉矩

1、固定或提升裝置：各種磁吸盤（磁吊）、房門吸塊、冰箱密封條等。

2、處理裝置：磁分離、影印機磁輥等。

3、磁力耦合及制動裝置等。

4、磁性軸承、磁懸浮列車等。

5、電子稱

（四）微波器件、電子束、離子束聚焦

1、功率管：磁控管，週期性永磁體（PPM）。

2、波導管器件

3、粒子加速器：同步加速器輻射源，自由電子鐳射等。

4、質譜儀：偏轉磁體，α一質譜儀等。

5、陰極射線管：離子阱，聚焦等。

（五）感測器、電信號傳輸，轉變

1、利用磁性：霍耳效應，磁阻，溫度敏感元件等。

2、利用體積效應：位置、速度、加速度,液體流量、壓力、振動等。

3、利用面積效應：電腦讀寫磁頭。

（六）醫療及生物

1、醫療設備：磁共振成象儀（MRI）。

2、牙科器具：牙齒的固定，矯形等。

3、外科器具。

4、磁療及磁首飾等

（七）其他應用

1、磁性銷

2、真空技術

3、磁位元存儲偏置場等。

稀 土永磁做為永磁材料中的最新和最高磁性的材料，原則上可應用至上述所有領域。西方世界最大NdFeB使用領域是電腦磁碟機中的音圈電機（VCM）， 占總數的57%。而中國的最大使用領域是音響（27%）和電機（25%），西方世界此二項分別占5%和17%。而我國的VCM磁體僅占：1%。

這 是因為我國生產的NdFeB磁體大部分為中低檔性能的產品，適合於音響和電機中應用，市場上常見的所謂喇叭片磁鋼即是此種應用。VCM使用的磁鋼要求性能 高：（BH）max＞318.4kJ/m3（40MG0e）,加工精度高，產品一致性好，更新換代快。這種產品也主要是美國和日本稀土永磁生產廠家所把持 住的陣地之一。磁共振成像儀是NdFeB應用的又一個大領域，中國剛剛起步，西方世界為11%。我國只有深圳和張家港等地單位在研究和試製，但還沒有形成 產業。油田除臘器我國占22%，是第三大應用領域，西方為零。這有我國油田的石油特殊組成即含臘量高有關。總之在稀土永磁，尤其是NdFeB永磁的應用上 我國有自己的特點。

三、稀土永磁應用的典型實例

（一）音響器件

音響中應用包括揚聲器、耳機等。

揚 聲器的磁路構造分內磁式（多用Alnico做磁體）和外磁式（多用鐵氧體做磁體）二種。應用稀土永磁時，可適用於內磁式和外磁式二種結構，尺寸和重量都大 大減少。目前,國內外生產高級音響設備的廠家有些已推出NdFeB揚聲器，電聲性能有較大改善。我國大量出口的喇叭片磁鋼主要用在高性能身歷聲耳機上。

（二）油田除蠟器

我 國石油中含有較多的臘，將石油從地層下抽出過程中，由於石油所受壓力，溫度等環境的變化，原油中含的臘在油井壁及輸送管道中析出，因此每年由於清臘而停產 造成巨大經濟損失。將稀土永磁體在一管中形成磁路，原油經過時受磁場作用而有效防止了臘的析出。這就大大減少了油井清臘停產次數，提高了產量。目前這是比 較重要的稀土應用之一。除除臘器外，還有用稀上永磁製作的油井遺物打撈器等。

（三）電機

無論在國內還是國外，稀土電機已成為 稀土永磁應用的最大領域之一。其種類繁多，形狀、性能各異。我國在稀土電機的開發研製上有較高的水準。個別品種的電機，如輕型摩托車的稀土啟動電機已達規 模生產水準。由於稀土永磁的出現，使永磁電機尺寸大大減少。汽車產業是稀土永磁電機的最大潛在應用領域。

（四）電腦VCM磁體

電腦硬碟和軟碟驅動器中的讀寫磁頭的移動是由VCM即音圈電機來驅動的。隨著電腦技術及硬體的不斷進步，VCM磁體的形狀，性能要求變化頻繁。目前市場要求VCM磁體的（BH）m＞318.4kJ/m3（40MGOe）水準。

（五）磁共振成像儀（MRI）

磁 共振成像是利用人體內的氫原子核在外加永磁場及掃描場作用下產生的核磁共振信號測定其有關參數，可將人體的組織情況及病狀而引起的變化，作為影像的濃淡而 顯示出來，以達到診斷的目的。其磁場源有1、超導電磁鐵，2、一般電磁鐵，3、永磁體三種。永磁體型設備有洩漏磁通最小，占地最少，運行成本最低等優點， 而成像品質較超導型差，比電磁式要好。尤其是NdFeB磁體的出現，更推動了MRI的發展，使永磁式MRI更加小型化成為可能。用鐵氧體時，裝置重為 100噸，用NdFeB時，僅為10噸。目前世界上已安裝使用的NdFeB的MRI已達1000台左右。

目前我國已開始稀土永磁型MRI的研製工作並取得重大進展。

（六）電子束聚焦、微波器件

電子束聚焦領域中稀土永磁的應用主要是在各種加速器，質譜儀及微波器件中。由於這類使用的環境溫度較高，一般用Sm－Co系稀土永磁。典型應用為週期性永磁體（REPM），電子束或其他粒子束通過磁體進行聚焦改變前進方向等。

（七）磁吸盤、磁吊

國內關於這方面的工作處於國際領先水準，獨立開發出常溫及高溫永磁式起重吊頭（起重永磁吊），尤其高溫吊在吉林省通化鋼鐵公司連鑄廠中，起吊熱連鑄坯已正常工作幾年，反映良好。並有數10份國家專利。目前存在的問題是如何將新產品推廣到實際應用中去。

（八）磁分離

磁分離主要是指利用稀土永磁體形成一定磁路，對金屬或非金屬礦及各種原材料進行分離。稀土永磁的出現使磁分離設備分離能力和效率增強，體積縮小。我國有關單位已開展了大量的工作並有產品出售，已成功地應用在鐵礦、雲母、石英等礦的分離上，效果很好。

（九）儀錶

儀錶是永磁的另一個較廣的應用領域，主要包括各種磁電、電磁式儀錶。如電流錶、電壓表、電度錶、速度及加速表等常規測量儀錶。由於稀土永磁特別是NdFeB磁體的出現、使得儀錶實現了高精度，微型化。

（十）其他應用

我國進行稀土永磁的應用研究和推廣工作較早並取得了較大的成績，在有些方面還具有我國的特色，如磁力耦合油泵的使用，解決了石油工業跑冒滴漏的老大難問題。磁醫療治療各種疾病及磁療首飾等的開發和應用，也屬影響面較廣的稀土永磁應用。

另 一個稀土永磁重要的應用領域是磁懸浮系統。磁懸浮軸承已成功地應用在超高速旋轉裝置及電度錶軸承上。此外應當指出的是一個巨大潛在應用領域即磁懸浮列車運 輸系統。其研究開始於70年代未80年代初。使用稀土永磁的磁懸浮公交系統的實驗線已在德國的柏林和美國的拉斯維加斯運行。最近據科技日報報導德國已開始 一項涉及180億馬克的投資專案，建立磁懸浮高速列車，此專案已開始實施。如果磁懸浮列車投入商業運行，必將極大地推進稀土永磁產業的更加高速的發展。這 種專案只在幾個經濟實力強、技術水準高的發達國家進行。

稀土永磁的出現是永磁材料領域中的一個巨大進步，尤其是NdFeB稀土永磁材料的高 性能使得高新技術產業中的磁器件高效化，小型化，輕型化成為可能。使許多過去不可能應用永磁材料的領域開始使用磁器件，因而開闢了一些全新的永磁應用領 域。新型稀土系永磁材料的研究日益深入和廣泛，予期不久的將來新的材料會不斷開發出來。相信隨著稀土永磁材料應用的擴展，定會迎來一個稀土永磁高新技術應 用的新時代。


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