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钕(钕铁硼磁铁)

时间:2022-04-05 17:05:17 浏览:43次 作者:用户投稿 【我要投诉/侵权/举报 删除信息】

中东有石油,中国有稀土,中东的石油正面临低价,中国的稀土却供不应求。随着高科技产业的发展,工业领域对稀土的需求只增不减。稀土中需求量最大的元素,就是排行第四的钕元素,我们可以叫她四姑娘。这个名字可不是白叫的,人家钕和硝酸反应可以生成一种粉红色的化合物。

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镧铈镨钕钷钐铕,钆铽镝钬铒铥镱镥,镧系家族一共有十五个元素,加上钇元素就是我们通常说的稀土元素。这些元素化学性质非常接近,除短寿命元素钷以外,其他元素在地球上不分家,通常都集中在一起,自然界没有单一稀土元素的矿。这些元素的氧化物也叫稀土,其实它们并不都那么稀缺,地球上最多的铈、镧、钕三个元素,在地壳中的含量比钨、锡、钼、铅、钴还高。四姑娘钕的地壳含量跟我们熟悉的铜的含量差不多,但钕要想形成矿藏可比铜困难多了。稀土元素属于分散元素,全世界到处都有稀土元素,但很难富集成矿藏,所以我们一般人都觉得它们非常稀有。世界范围内,稀土矿产资源比较集中,主要储量和产量都在中国。我国的内蒙古白云鄂博有世界最大的稀土矿,也是钕的主要产地之一。

一、钕铁硼磁铁是钕元素最大的应用

钕元素最大的应用就是制造性能优良的磁铁,这种磁铁叫钕铁硼磁铁,它是目前已发现的磁性最强的永磁铁。这种磁铁磁性特别强,两个比粉笔还小的磁铁就能够穿过人类的手掌相互吸住。直接吸在一起的两个小磁铁棒,一般女性都难以把它们直接分开。由于这种磁铁磁性太强了,很多玩客专门买这种磁铁做各种有趣的实验,比如用两块磁铁夹碎一些常见的生活用品、跟超强磁铁拔河等,乐此不疲!

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当然,这么强的磁铁可不是仅仅能用来玩的,它在现实中的应用非常广泛。小到话筒耳机,大到高铁轮船,都能用到这种永磁铁。可以说钕铁硼永磁铁的发现和应用,为我们带来了精致便捷的现代化生活。

我们的电脑要用到硬盘,硬盘要想正常工作,必须有一个电机带动盘片高速转动。那么小的一个电动机每分钟能带着大磁盘 转动7200转,这是多么惊人的能力啊。要想获得这种能力,一般的磁铁是做不到的,必须用钕铁硼磁铁。这么高的转速,还不是它的极限。搞科研的朋友们好多都用过高转速的离心机吧,有些离心机转速能够达到每分钟十万转,这样的转速,钕铁硼磁铁做成的电动机直接就可以实现。

我们用到的手机,都有震动功能,在寸土寸金的手机内部发挥震动功能的电动机一定非常小,这就要求磁铁的磁性非常强,当然是钕铁硼的领地了。汽车雨刷的电动机,也是非常小的,但力气却很大。还有,一些高档手机的外放功能越来越强,音质越来越好,而外放的喇叭却很小,不用说你也能猜到,也是钕铁硼磁铁带来的效果!另外,有些音乐明星订制的话筒非常昂贵,一个话筒就能值十几万二十万,可不仅是因为外壳漂亮,而是收音效果非常棒,当然发挥重要作用的依然是钕铁硼磁铁。

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我们国家大力发展新能源汽车,其中电动汽车被认为是取代燃油汽车的最佳选项。但是要想取代燃油汽车,得达到燃油汽车的性能。这要求汽车的电动机的动力强劲、节能省电、转速快。目前来说,钕铁硼磁铁在高档电动汽车领域里应用还是很广泛的,给电动汽车带来了非凡的性能。比如,我国比亚迪公司新生产的比亚迪汉汽车,百公里加速只需3.9秒。更恐怖的是,特斯拉Roadster百公里加速只需1.9秒,这是燃油车难以实现的成绩。

除了新能源汽车,说到中国现代工业的名片,大家一定能想到高铁!高铁这么快的速度,完全不是靠内燃机来实现的,而是靠电动机,这种电动机带来的是安静、高速而强劲的动力。除了高铁以外,动车、地铁等轨道交通工具也都是使用电动机来驱动的,其中钕铁硼磁铁制造的电机未来将占据很大的份额。这还不算完,现在海上的轮船也有使用电动机驱动的趋势。世界各国都在发展全电推动的舰船系统,把轮船的动力改成电动机驱动,内燃机只用来发电,甚至内燃机被核能取代,完全发展出环保的电动轮船。这要求电动机的动力非常强劲,目前钕铁硼磁铁制作出的电动机功率已经超过了百万瓦,也就是一台电动机相当于几百个客厅空调的功率,或者是十台家用轿车的动力。如此强劲的动力,将来必然带来船舶领域的动力变革。

除了这些,钕铁硼磁铁在风力发电领域有非常广泛的应用,未来会不会大面积应用到其他发电领域也是值得期待的。我们家里安装的变频空调需要钕铁硼磁铁,很多小家电需要钕铁硼磁铁,医院里的很多医疗设施需要钕铁硼磁铁,未来的电动机器人也需要钕铁硼磁铁,航空航天更需要钕铁硼磁铁。2011年美国用最后一个航天飞机发射了阿尔法磁谱仪2,用于寻找反物质和暗物质。由于航天飞机即将退役,磁谱仪的后期维护比较困难,国际合作研发团队决定放弃用液氦冷却的超导磁铁,换用中国生产的钕铁硼永磁铁。该磁体内径1.2米,重量2.6吨,中心磁场强度达到了1370高斯,相对来说地球表面的磁场强度大概是0.5-0.6高斯。当年发射时,国内媒体大量报道,引发了国人一波自豪感!9年了,这台磁谱仪现在还在国际空间站上工作。

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这么强的磁铁,原料主要来自中国,生产也主要在中国进行,日本、欧洲和美国的大公司为了更方便地获得原材料,纷纷到中国开设合资工厂,为世界源源不断提供功能强大且应用广泛的钕铁硼磁铁。借助这个领域的蓬勃发展,我国的新能源产业也得到了重要支撑,不用担心别国卡脖子,风电、高铁、电动汽车等都发展强劲。

二、钕铁硼磁铁的主要生产技术

说了这么多好处,下面说说问题。要说磁铁产业哪家强?中国钕铁硼磁铁供应量达到了世界的85%以上。但是,我国稀土产业和磁铁产业,分为低端和高端。国内大部分企业在低端产业扎堆,技术含量低,相互之间恶性竞争,徘徊在盈利和亏损之间。

至于高端,技术门槛就会比较高了,虽然我国这些年在永磁铁方面的研发力度很大,研发成果也很多,但最基础的专利和标准都是日本、美国和欧洲企业掌控着的。前几年我国的企业要么就是购买人家的专利授权,要么就是边生产边打官司。好在这两年很多核心专利已经过了保护期了,中国企业才好受一些,可以涉足很多以前不能涉足的领域了。

你可能说了,不就是一个磁铁吗,成分大家都知道,工艺也差不多弄明白了,生产就完了,哪有那么多的专利啊?还真不是这么简单!钕铁硼磁铁磁性虽强,但如果不做好保护的话,消磁也是很快的,不同领域使用的磁铁生产工艺也不一样。

首先,稀土元素属于活泼金属,特别容易被氧化,一旦氧化,磁性就没有了。所以,不管是生产过程,还是制成成品,都是要做好防氧化的。敲碎钕铁硼磁铁,一般都能发现,表面那层亮晶晶的外壳只是一层保护膜。

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其次,钕铁硼磁铁本身特别怕热,受热很容易消磁,这就大大限制了它的使用范围。为了让它能持久保持磁性,不容易受外界的影响,必须给钕铁硼磁铁增加保护机制。现有的做法之一,就是添加一定量的镝元素或铽元素。铽元素是稀土元素中的老九,镝元素是老十,它俩都是重稀土,在地球上储量远小于轻稀土。(注:轻稀土包括镧铈镨钕钷钐铕,重稀土包括钆铽镝钬铒铥镱镥和钇。中国北方稀土矿主要是轻稀土,南方有重稀土矿。)由于少,所以贵,添加他俩,就会增加磁铁的生产成本。现在各国都在研究少添镝和铽或者不添镝和铽的技术,这方面日本和美国是比较领先的。

再次,钕铁硼磁铁,目前主要有三种不同的生产工艺,中国并不都占优势。第一种是烧结钕铁硼技术,这是产量最大的钕铁硼磁铁,中国公司从产量上占据比较明显的优势。但是恶性竞争也比较明显。第二种是粘结钕铁硼技术,这项技术生产的磁铁主要应用于硬盘和光驱的电动机。这项技术的难度比前面那个更高,掌握的公司比较少。之前核心专利被美国公司和日本公司掌握,后来核心专利过期了,中国一些企业产量越来越高。这项技术生产的磁铁,中国也占据70%多,近80%的产量。但是,合资公司占据不小的比例。第三种,是热压/热变形钕铁硼技术。美国麦格昆磁是其原材料快淬磁粉的唯一供应商,日本大同电子是最大的MQ-Ⅲ磁体的生产商。中国公司正在入门中。

所以,中国虽然是稀土储量最大的国家,钕铁硼磁体产量最大的国家,技术积累比较靠前的国家,但是并不是技术垄断的国家。

美日欧,虽然资源储备不太充足,稀土提炼和分离技术也生疏了,但是在稀土应用领域的技术储备还是很强的。很多先进的稀土材料专利还是掌握在美日欧企业手里面的。面对贸易战,要不要打稀土牌,国家肯定有非常深层次的考虑。

我国通过大力发展新能源产业,为国内企业快速发展创造了条件,涌现出了一批龙头企业,比如三环公司就是我国最大的钕铁硼磁体生产企业。近些年,我国的材料科学领域发展非常迅速,研究成果数量和专利数量都居于世界前列。未来中国占据稀土材料产业链顶端是完全有可能的,后面我会陆续介绍稀土的其他应用。

国内的高科技企业只要不学狗不理,真心发展科技事业,还是能够得到国家和人民支持的。

作为我们普通老百姓,要多支持国货,支持国内高科技企业发展,更要好好培养我们的下一代为国家发展做贡献。#闪光时刻 主题征文 二期#

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