特殊磁性材料的基础知识

除了我们常见的软磁材料和永磁材料以外,还有大量品种的其它磁性材料在我们的生活中应用着。它们性能不同、特点各异,在特殊领域发挥着重要作用。它们种类繁多,不可能一一枚举,这里只能介绍几个大家比较熟悉的例子。

1、稀土超磁致伸缩材料:

当外场发生变化时,磁性材料的长度和体积都要发生微小的变化,这种现象称为磁致伸缩。其中长度的变化称为线性磁致伸缩,体积的变化称为体积磁致伸缩。体积磁致伸缩比线性磁致伸缩要弱得多,一般提到磁致伸缩均指线性磁致伸缩。

既然磁性材料随着磁化状态的不同会产生伸缩,那么如果把它们用交变磁场磁化,它们便会产生机械振动。这样,电磁能量就转化成了机械能。这种性质已经被用来制造各种能量转换器件,例如超声波发生器、传感器等。对于一般常见的磁性材料而言,磁致伸缩系数较小,只有0-30ppm。但是,近年来发现某些稀土-铁做成的材料具有极大的磁致伸缩系数,达到1000ppm以上,因此被称为大磁致伸缩材料或超磁致伸缩材料。

利用这种大磁致伸缩的特点,可以制造多种能量变换器件,将电磁能量转化为机械能或者相反。例如：

声纳：一般的声纳发射频率都在2kHz以上,但是低于此频率的低频声纳有其特殊的优越性：频率越低、衰减越小、声波就传得越远,同时频率低受到水下无回声屏蔽的影响就越小,Terfenol-D材料制做的声纳可以满足大功率、小体积、低频率的要求。

电-机换能器：主要用于小型受控动作器件—致动器。包括控制精度达纳米级,以及伺服泵、燃料注入系统、制动器等。它们用于汽车、飞机、航天器、机器人、精密机床、精密仪器|仪表、计算机、光通讯、印刷等。右图为超声波治疗仪。

传感器和电子器件：如袖珍测磁仪、探测位移、力、加速度的传感器以及可调谐的表面声波器件等。后者用于雷达、声纳的相位传感器和计算机的存储元件。

2、磁性塑料：

顾名思义,磁性塑料是带有磁性的塑料制品。

普通的塑料没有铁磁性。但是利用特殊的方法可以形成铁磁性的料：一是设法改变塑料的成分,使得它们具有磁性。这种方法还处于研究之中。二是在普通的塑料中添加磁性粉末,成为复合的磁性塑料。这种方法制造的磁性塑料已经在我们的生活中大量应用。

复合型磁性塑料主要由树脂及磁粉构成,树脂起粘接作用,磁粉是磁性的来源。用于填充的磁粉主要是铁氧体磁粉和稀土永磁粉。复合型磁性塑料按照磁特性又可分为两大类：一类是磁性粒子的易磁化方向是杂乱无章排列的,称为各向同性磁性塑料,性能较低,通常由钡铁氧体作为磁性材料。另一类是在加工过程中通过外加磁场或机械力,使磁粉的易磁化方向顺序排列,称作各向异性磁性塑料,使用较多的是锶铁氧体磁性塑料。

磁性塑料的主要优点是：密度小、耐冲击强度大,可进行切割、切削、钻孔、焊接、层压和压花纹等加工,使用时不会发生碎裂,它可采用一般塑料通用的加工方法(如注射、模压、挤出等)进行加工,可加工成尺寸精度高、薄壁、复杂形状的制品,可成型带嵌件制品,实现电磁设备的小型化、轻量化、精密化和高性能化。

磁性塑料可以用在许多器件。如：

音像器材：磁带录音机用耦合器、电唱机用旋转变压器、电视接收机及计算机显示器、显像管、色纯会聚调节磁环、磁带录像机旋转磁头用马达及FG传感器、CD和VCD机的驱动马达、开门电机、耳机磁体及扬声器|蜂鸣器磁体;

家用电器：电冰箱、冷藏库、消毒柜、浴室等的门封磁条,洗衣机排水阀电机、定时器电机、电饭锅管座,电视机、录像机、电冰箱、洗衣机、吸尘器等电器的零部件;

计算机及办公：软盘驱动器电机、打字机送纸马达、冷却轴流风机、CRT显示校正装置;静电复印机的显影磁辊、清洗磁辊、传真机中的磁辊、激光打印机磁辊;

机械：钟表中的步进电机;工件固定永磁体、工业机器人用磁传感器、磁控开关、步进电机;

汽车工业：汽车无触点分电器磁垫圈、燃料喷射泵用步进电机、防震贴板;

医疗卫生、文化：磁疗保健品、磁疗床垫、磁疗转子、卫生肥皂盒;磁性绘图板、学生教具、广告、文具、磁性显示黑板;家具中的门扣、各种磁性玩具等。

3、磁性液体(磁流体)：

通常我们见到的铁磁性物体都是固体。但是利用人工的方法可以制造出磁性的液体。所谓磁性液体(也叫做磁流体)实际上是把磁性的粉末和某种液体采用特殊方法混合成的。由于它们是铁磁性的,又是可以流动的液体,因此具有某些特殊的应用价值。