没有钕铁硼LK-99晶体无法磁悬浮：一文全方面了解钕铁硼、钐钴、铝镍钴、铁氧体等永磁铁！

  原标题：没有钕铁硼，LK-99晶体无法磁悬浮：一文全方面了解钕铁硼、钐钴、铝镍钴、铁氧体等永磁铁！

  该校材料学院博士合成了可以磁悬浮的LK-99晶体，相信我们大家也看到了，当磁铁从下方靠近材料时，材料因排斥力竖立了起来。在更换磁极后，靠近该材料，材料依然因斥力而竖起。

  这个“小黑点”随着钕铁硼磁体的靠近和远离，不停地倒下或立起，无论S极还是N极都有效，即排斥和磁极无关， 显现出抗磁性。

  且不说LK-99是不是真的是超导（你多点赞和转发，我后续就写一篇超导文），能够让其悬浮起来，这背后钕铁硼永磁体功不可没。

  埃隆马斯克真是胆大，特斯拉的第一款轿车Model S在举行发布会的时候，他们根本就没有组装完成，底盘采用的是奔驰CLS，车身铝板与发动机盖是用钕铁硼磁铁粘在钢铁车架上的。

  特斯拉在制造前两款全尺寸汽车模型时，他们使用感应电机为车辆提供动力。这些电机基于尼古拉特斯拉的原始电机设计，这一出色的设计比稀土磁体的发明早了近100年。

  感应电机通过电力产生自己的磁性并推动转子运动，它的运行无需任何类型的永磁体。

  感应电机的设计很好，但特斯拉在2017年为 Model 3改用永磁电机是有充分理由的：Model 3是一款较小的汽车，它需要一个较小的电机但仍具有充足的动力。

  所以，从Model 3开始，特斯拉就使用钕铁硼电机，因为更省空间，更轻，还能够产生更大的力。

  其实磁铁除了应用于汽车，还大范围的应用于手机扬声器，耳机，振动电机，电磁铁、吹风机、风扇、冰箱、洗衣机等。

  永磁体（PM）会产生磁场，即使存在反向磁场也能维持该磁场。使用永磁体的电机比不使用永磁体的电机效率更加高。目前，所有已知的强磁铁都含有稀土元素，它们是电动汽车和风力涡轮机等的核心部件。由于需求一直增长和供应有限，稀土元素如Nd和Dy已成为关键材料。

  永磁体的独特之处在于，一旦产出，它无需能量输入即可提供磁通量，因此经营成本为零。相比之下，电磁体需要连续电流来产生磁场。

  永磁体的显着特征是，即使存在相反的外部磁场，它也能产生并维持磁场。但如果反向磁场的强度足够强，永磁体内的磁畴将跟随反向磁场，导致永磁体消磁。

  永磁铁本质上是一种能量存储装置。这种能量在第一次磁化时就被注入其中，如果制造和处理得当，它会无限期地保留在磁铁中。与电池不同，磁铁的能量不会耗尽，并且始终可供使用。这是因为磁铁不会对其周围环境产生网络作用。相反，磁铁利用其能量来吸引或排斥其他磁性物体，从而帮助电能和机械能之间的转换。

  磁铁磁场的能量与B和H的乘积成正比（）。当BH的乘积最大，即(BH)max时，在某间隙中产生给定磁场所需的磁体体积最小。(BH)max越高，产生给定磁通密度所需的磁体体积越小。可以认为(BH)max是磁体材料每单位体积的静磁能。BH单位为兆高斯奥斯特MGOe或者kJ/m3。

  在永磁体行业中，最大磁能积表示永磁体的磁能密度，（BH）max是永磁体性能最常用的指标。

  按照惯例，永磁铁可大致分为4种：钕铁硼(NdFeB)，钐钴 (SmCo)，铝镍钴（AlNiCo），陶瓷或铁氧体（Ferrite Magnet）。

  永磁铁的分类：陶瓷或铁氧体（Ferrite），铝镍钴（Alnico），钐钴 (SmCo)，钕铁硼 (NdFeB)。

  其中，钐钴磁铁（SmCo）和钕铁硼磁铁（NdFeB）被称为稀土磁铁，因为钕和钐存在于元素周期表的稀土元素中。

  钕铁硼磁铁是目前商业上使用最广泛的永磁材料之一，具有极高的磁能积和磁力。

  钕磁铁是最强且最具争议的磁铁，是一种稀土磁铁，因为它们由钕、铁和硼等元素组成。

  钕铁硼磁体因其铁含量而容易氧化，抵抗腐蚀能力差，常常要电镀涂层，例如：镀镍、环氧树脂涂层、聚对二甲苯涂层等。

  然而，它们是一种非常高单位体积内的包含的能量的产品（高达55MGOe），具备极高的矫顽力，使用钕铁硼磁体，可以缩小硬盘驱动器和电机及音频设备产品尺寸。

  钕磁铁的工作时候的温度为80°C到200°C，但能够在 120°C 以上工作的优质钕磁材料可能会变得很昂贵。

  钕磁铁等级：N35、ND-35和ND-3512都是相同的“等级”，其单位体积内的包含的能量（最大磁能积）为35，内禀矫顽力为 12kOe。12kOe导致磁铁的最高工作时候的温度为80°C。参考网站：

  同样地，N45SH、ND-45SH和ND-4520都是同一牌号的钕合金，该符号代表单位体积内的包含的能量为45且内禀矫顽力(Hci)为20kOe，20kOe在等级符号中以“SH”后缀表示，导致磁体的最高工作时候的温度为150°C。

  全致密钕磁铁通常通过粉末冶金工艺制造。微米级钕铁硼粉末在惰性气体气氛中生产，然后在刚性钢模具或橡胶模具中压实。橡胶模具四面都被流体压实，称为等静压。钢模具将生产出与最终产品相似的形状，而橡胶模具只会生产大块钕磁铁合金。

  钕合金的磁性通过在压制工艺之前或期间施加磁场来产生。该施加场赋予钕磁体合金优选的磁化方向。颗粒排列产生各向异性合金，并极大地改善了成品稀土磁体的剩磁(Br)及其他磁特性。

  压制后，钕磁铁经过烧结和热处理，直到达到完全致密的状态。模压磁铁被研磨成最终尺寸，但橡胶模具方法生产的磁铁通常成方形，需要在研磨机上切成最终的几何形状。

  钐钴（SmCo）是另一种高性能永磁材料，主要由钴和钐组成，是制造成本最高的磁性材料。大部分成本是由于钴含量高和钐合金的脆性。

  这种永磁材料具备很高的耐腐的能力，能承受高达350°C的高温工作，有时甚至500度。与其他耐温性不强的永磁体类型相比，这使它们有着非常明显的优势。和钕磁铁一样，钐钴磁铁也需要涂层来防止腐蚀。

  这种磁铁类型的缺点是机械强度低。钐钴磁铁容易变脆和碎裂。然而，当需要耐温和耐腐蚀时，钐钴磁铁可能是最合适的选择。

  NdFeB在较低温度下表现出色，而SmCo在较高温度下表现出色。钕铁硼磁铁是在室温和高达约180摄氏度的情况下最强的永磁体，通过其剩磁Br做测量。但它们的强度随着温度的升高而迅速下降。当工作时候的温度开始接近180摄氏度时，钐钴磁铁的性能开始优于NdFeB。

  钐钴是第二强磁性材料，具有非常出色的抗退磁能力，大范围的使用在航空航天业或以性能为第一先考虑而成本为次要的工业领域。

  在 1970 年代开发的钐钴磁铁比陶瓷和铝镍钴磁铁强，但不如钕磁铁强。钐钴磁铁大致上可以分为两大类，按能量范围划分。第一组Sm1Co5（也称为1-5）的能量积范围在15-22MGOe之间，第二组Sm2Co17(2-17)的范围为22-32MGOe。

  钕铁硼稀土磁体对环境条件具有很强的反应性，而钐钴稀土磁体则具有很强的耐腐的能力。钐钴稀土磁体能承受高温而不消磁，而在高于环境室温的情况下使用钕时必须小心。钕铁硼稀土磁体比钐钴稀土磁体脆性更小，并且更容易加工和集成到磁性组件中。这两种合金在加工时都需要金刚石工具、电火花加工或磨料磨削。参考网站；

  铝镍钴磁铁（AlNiCo）：铝镍钴磁铁是一种传统的永磁材料，主要成分是Al、Ni和Co，因此得名。

  它是已知最古老的现代商用永磁体之一，由 T. Mishima 于 20 世纪初在日本创立。

  尽管它们具有较高的剩磁，但由于易于退磁，它们的能量积(BH)max相对较低。

  铸造铝镍钴可以制成错综复杂的形状，烧结铝镍钴的磁性稍低，但机械特性更好，它们的细晶粒结构导致高度均匀的通量分布和机械强度。

  铝镍钴的烧结涉及感应熔炼，然后将锭磨成细颗粒、压制、烧结、测试、涂层和磁化。

  不同的生产方法会影响磁体性能，烧结提供改善的力学性能，铸造提供更高的能量密度。

  烧结铝镍钴磁铁的等级从1.5到5.25MGOe，而铸造磁铁的等级在5.0到9.0MGOe之间。各向异性铝镍钴磁铁允许自定义磁方向，这很有用。

  铝镍钴磁铁合金具有较高的最高工作时候的温度和非常好的耐腐的能力。某些等级的铝镍钴合金可以在500°C以上的温度下工作。大范围的应用于麦克风、扬声器、电吉他拾音器、电动机、行波管、霍尔传感器等。

  铁氧体磁铁以其低成本、良好的耐腐的能力和高达250°C的高温稳定性而闻名。

  尽管它们的磁性能与NdFeB磁体相差甚远，但其成本却非常低，这是由于用来制造这种合金的廉价、丰富和非战略性原材料，所以永磁陶瓷磁铁适合大规模生产。

  陶瓷磁体可以是各向同性等级，即它们在所有方向上都具有相同的磁性，也可以是各向异性的，这在某种程度上预示着它们在被挤压的方向上被磁化。最强的陶瓷磁体高达3.8MGOe，使其成为最弱的永磁体类型。尽管它们磁性较低，但比其它磁铁更耐退磁。

  由于合金的商品性质和西方的高模具成本，世界上大多数陶瓷磁性材料来自中国。

  陶瓷磁体具有低能量积，拥有非常良好的耐腐的能力，通常用于包含低碳钢的组件中，可在中等温度下工作。

  制作陶瓷磁铁需要压制和烧结。由于它们可能很脆，若需要磨削，应使用金刚石砂轮。

  总体而言，陶瓷磁铁在磁性强度和成本效益之间取得了平衡，而它们的脆性趋势与其出色的耐腐的能力相平衡。它们还具有很强的矫顽力，并且抗退磁，使其成为玩具、工艺品和电机等常见应用的经济选择。

  稀土磁体可大大改善重量或尺寸，而铁氧体成为对能源密度要求不高应用的更好选择，例如车辆中的电动车窗，座椅、开关、风扇、电器中的鼓风机、一些电动工具、以及电声设备中的扬声器和蜂鸣器等。

  常见的粘合剂包括用于刚性粘合磁体的聚酯、热固性环氧树脂和尼龙，以及用于柔性磁体的乙烯基和丁腈橡胶。

  使用粘结磁体，能够尽可能的防止二次加工，这降低了生产所带来的成本。然而，由于引入粘合剂材料，粘结磁体的最高工作时候的温度相比来说较低，耐热性较差。

  粘合磁铁通常用于汽车零件，因为它们适合大批量生产，并能以低成本生产复杂形状。

  钕铁硼-钴磁复合磁铁（NdFeB/SmCo Composite）是将钕铁硼磁铁和钴磁铁复合在一起形成的，以兼顾两者的优势。可在高温和高磁场条件下提供较高的性能。

  粘结磁体的生产的全部过程：(a) 制造粘结磁体片材的压延工艺的加工示意图、原料、产品和设备。(b)注射成型粘结磁体，(c)挤出粘结磁体，(d)压缩粘结磁体。