稀土磁性材料的应用
2016-09-16 22:19阅读：
稀土(rare earth)有“工业维生素”的美称。现已成为极其重要的战略资源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序数为57 到71
的15种镧系元素氧化物，以及与镧系元素化学性质相似的钪（Sc） 和钇（Y）共17
种元素的氧化物。稀土元素在磁性材料、石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃等领域都得到了广泛的应用，随着科技的进步和应用技术的不断突破，稀土氧化物的价值将越来越大。
图1.稀土元素在元素周期表中的位置
稀土磁性材料是二十世纪六十年代发展起来的新型功能材料，在微波通讯、电机工程、仪器仪表、电声器件、机械、交通、选矿、医疗等领域有广泛的应用。
在微波通讯领域的应用
雷达技术、卫星通讯、遥控遥测技术、电子跟踪、电子对抗技术中，必须使用微波铁氧体环行器、隔离器等。微波铁氧体环行器、隔离器是利用铁氧体材料的旋磁效应制成的微波器件。这种器件在微波电路中对微波信号或能量起隔离、环行、方向变换、相位控制、幅度调制或频率调谐等作用。微波铁氧体中常用的稀土元素有钇（Y）、钆（Gd）等，微波铁氧体化学组成中，稀氧化物土的重量百分比高达30-55%。
图2. 带线式隔离器
在电机领域的应用
稀土磁性材料约1/3的产量都是用来制造各种永磁电机。永磁电机的种类、用途、品种很多，广泛应用于现代科学技术的各个领域。永磁电机的优点是不必用到励磁绕组或励磁机，省铜、省电、重量轻、体积小及比功率高。高性能稀土永磁材料的出现，尤其是Nd-Fe-B系永磁材料的出现，促进了永磁电机的发展。永磁电机一个很大的应用市场就是汽车，一辆全自动高级轿车需要稀土永磁材料约0.5-3.5公斤。随着汽车向多功能化、智能化发展，钕铁硼永磁在汽车上的应用将越来越广泛。据相关研报，每台混合动力汽车对于钕铁硼永磁材料的消耗量约为2.5公斤；纯电动汽车为每台5公斤。
图3. 稀土永磁电机
在仪器仪表领域的应用
据统计，磁性材料的10-15%用于制造各种磁电式仪器仪表和各种计时装置。电子手表的步进马达铁芯通常采用粘结稀土永磁体。
在电声器件领域的应用
稀土磁性材料约有15%应用于制造电声器件。电声器件是扬声器、话筒、助听器、立体声耳机、电话接收机和电声传感器等的总称。
在机械方面的应用
磁力机械是稀土永磁出现后而逐渐发展的一个新的应用领域。磁力机械包括磁力传动器、磁制动器、磁夹具、磁性轴承、磁力泵、磁性阀和磁锁等。磁力机械的种类是多种多样的，但是原理都是一样的，就是利用磁体同性相斥或异性相吸的规律。如磁力传动器是利用异磁极相互吸引的原理，构成密封或真空容器内外的非接触式传动，其特点是磁极之间不接触，无摩擦，可用在真空系统或化工工业；又如磁力轴承，是利用同极性相排斥原理，将两块磁铁同极性相对，构成一种磁斥力场，在该场内工作。磁力轴承有水平和垂直两种，主要应用于人造卫星、航天器、超高速离心机、纺织机的涡轮机、电量计、精密仪器和电度表等。人造卫星或航天器一般在真空条件下工作，在真空中，机械轴承面临严重的润滑和磨损问题，它决定了人造卫星与高速飞机的寿命，而磁性轴承没有摩擦，不需要润滑，因而可长期使用。
在交通运输领域的应用
利用同磁极相互排斥的原理而制造的列车叫磁悬浮列车。这种列车的车轮与轨道是不接触的，它依靠磁性相排斥力把车身悬浮起来。这种列车在运行过程中速度快，时速可达500km/h，而一般列车速度小于300km/h，此外无摩擦，无噪音，是未来理想的交通工具。
图4.磁悬浮示意图
在选矿领域的应用
利用磁性方法将铁磁性物质与非铁磁性物质或将磁性原子或磁性分子与非磁性原子或非磁性分子分开的技术称为磁分离技术。磁分离技术在选矿，原材料处理，水处理，垃圾处理，在化学工业，食品工业中得到了应用，并且其应用范围还将日益扩大。
在医疗领域的应用
稀土永磁已用来做医疗设备和器械，如磁疗机、磁化杯、磁疗项链等。核磁共振成像仪设备也采用了稀土永磁材料。人体各部分细胞是由原子组成的，原子核具有核磁矩，核磁矩在零磁场下是无规则取向的，但在恒磁场作用下，核磁矩以恒磁场为轴心作进动式的运动，进动的频率正比于恒磁场强度，当核磁矩同时在恒磁场和交变磁场作用下，并且交变场频率与核磁矩固有振动频率相同时，会出现共振现象。此时去掉交变磁场，共振现象逐渐衰减，共振振幅减到某一临界数值所需要的时间称为驰豫时间。实验发现，人体正常组织与病变组织驰豫时间不同。核磁共振成像仪正是利用人体正常组织与病变组织核磁共振驰豫时间不同的原理来诊断人体细胞的病变。其特点是能诊断人体癌症早期的病变，并且利用一个梯度场可以做人体断层分析，确定病变的部位。
