磁铁是什么材料做的?

在制造磁铁时,原材料往往比制造过程更重要。永磁体所用的材料(有时称为硬材料,反映这些磁铁早期使用合金钢)不同于电磁铁所用的材料(有时称为软材料,反映在永磁体中使用软的可锻铁)。

磁铁是什么材料做的

永磁材料

永磁磁石含有磁铁矿,这是一种坚硬的结晶铁氧体矿物,其磁性来自地球磁场对其的影响。各种钢合金也可以被磁化。1930 年代随着 Alnico 合金磁体的开发,迈出了开发更有效永磁材料的第一步。这些磁铁的名称来自用于制造合金的铝镍钴元素的化学符号。磁化后,Alnico 磁铁的磁力是磁铁矿的 5 到 17 倍。

陶瓷永磁体由细粉状的钡铁氧体或锶铁氧体在加热和加压下形成。通过在成型过程中将粉末颗粒与强磁场对齐,可以增强它们的磁强度。陶瓷磁体在磁力方面可与Alnico磁体相媲美,并且具有无需大量加工即可压制成各种形状的优点。

柔性永磁体由粉末状钡铁氧体或锶铁氧体混合在橡胶等粘合材料或聚氯乙烯等柔性塑料中制成。

在 1970 年代,研究人员开发了由在加热下熔化的钐钴粉制成的永磁体。这些磁铁利用了这样一个事实,即这种材料的六方晶体中原子组的排列(称为磁畴)往往是磁性排列的。由于这种自然排列,钐钴磁铁可以产生比磁铁矿强 50 倍的磁力。用于小型个人立体声系统的耳机使用钐钴永磁体。钐钴磁铁还具有能够在比其他永磁体更高的温度下运行而不会失去其磁性强度的优势。

类似的永磁体在 1980 年代使用粉状钕铁硼制成,其产生的磁力几乎是磁铁矿的 75 倍。这些是当今市售的最强大的永磁体。

背景

磁铁是一种材料,可以在不实际接触其他材料的情况下对它们施加显着的力。这种力称为磁力,可以吸引也可以排斥。虽然所有已知的材料都会施加某种磁力,但在大多数材料中它很小,不容易被注意到。对于其他材料,磁力要大得多,这些被称为磁铁。地球本身就是一块巨大的磁铁。

一些磁铁,称为永久磁铁,在不受任何外界影响的情况下对物体施加力。该 铁矿石磁铁矿,也被称为天然磁石,是一种天然的永磁体。其他永磁体可以通过对某些材料施加磁力来制造。当外力移除时,这些材料会保留其自身的磁性。尽管磁性可能会随时间或在升高的温度下发生变化,但这些材料通常被认为是永久磁化的,因此得名。

其他磁铁被称为电磁铁。它们是通过用一圈金属丝围绕某些材料制成的。当电流通过线圈时,这些材料会产生磁力。当电流被切断时,这些材料的磁力下降到几乎为零。在线圈中没有电流流动的情况下,电磁材料几乎不会保留磁性(如果有的话)。

所有磁铁都有两个磁力最大的点。这两个点称为极点。对于矩形或圆柱形条形磁铁,这些磁极位于相反的两端。一极称为寻北极或北极,另一极称为寻南极或南极。该术语反映了磁石等磁性材料的最早用途之一。当悬挂在绳子上时,这些原始罗盘的北极总是“寻找”或指向北方。这有助于水手判断航向,到达遥远的陆地并返回家园。

在我们目前的技术中,磁铁应用包括指南针、电动机、微波炉、投币式自动售货机、摄影用测光表、汽车喇叭、电视、扬声器和录音机。一个简单的冰箱纸币架和一个复杂的医学磁共振成像设备都使用磁铁。

历史

早在 公元前500年 ,希腊人就研究和使用了天然存在的磁性磁石。 其他文明可能更早地知道它。磁铁这个词来源于希腊名称 magnesis lithos, 即氧化镁的石头,指的是今天土耳其爱琴海沿岸的地区,在那里发现了这些磁性石头。

人们普遍认为,第一次将磁石用作指南针是在 公元 1100 年至 公元 1200年左右发生在欧洲 。磁石一词来自盎格鲁-撒克逊语,意思是“领先的石头”,或者字面意思是“引导的石头”。冰岛语单词是 leider-stein, 在那个时期的著作中用于指代船舶航行。

1600 年,英国科学家威廉·吉尔伯特证实了早期关于磁极的观察,并得出地球是一块磁铁的结论。1820 年,荷兰科学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特 (Hans Christian Oersted) 发现了电与磁之间的关系,法国物理学家安德烈·安培 (Andre Ampere) 于 1821 年进一步扩展了这一发现。

在 1900 年代初期,科学家们开始研究铁和钢以外的磁性材料。到 1930 年代,研究人员已经生产出第一个强大的 Alnico 合金永磁体。1970 年代成功地研制出使用稀土元素的更强大的陶瓷磁铁,1980 年代该领域取得了进一步进展。

今天,根据最终应用,磁性材料可以满足许多不同的性能要求。

未来

研究人员继续寻找比目前可用的更强大的磁铁。更强大的永磁体的应用之一是为电池供电的工业机器人开发小型、高扭矩的电动机 和笔记本电脑磁盘驱动器。更强大的电磁体可用于使用脉冲磁场的高速列车的悬浮和推进。

这种列车,有时也称为磁悬浮列车,由中央磁性“轨道”支撑和引导。它们可以在不接触导轨的情况下移动,从而消除机械摩擦和噪音。脉冲磁场还可用于将卫星发射到太空,而无需依赖昂贵且笨重的助推火箭。

更强大的磁铁也可以用作开发其他新材料和新工艺的研究工具。强脉冲磁场目前正被用于核聚变研究,以控制炽热的反应核等离子体,否则这些等离子体会熔化任何固体材料容器。磁场还可用于材料研究,以研究用于电子产品的半导体的行为,以确定制造微型 集成电路的效果。