500℃下，磁體還能滿足應(yīng)用嗎？

　　“溫度測量范圍和性能優(yōu)于國際同類產(chǎn)品，但價格卻只有進(jìn)口儀器的十分之一”，介紹起自主研制的“硬磁材料高溫磁特性標(biāo)準(zhǔn)測量裝置”，中國計量科學(xué)研究院（以下簡稱“中國計量院”）工程所副所長林安利研究員很是自豪。林安利團(tuán)隊研制的這個國家標(biāo)準(zhǔn)裝置正在為我國永磁材料高溫磁性參數(shù)測量提供技術(shù)支撐。

永磁材料方興未艾

　　提到“永磁材料”這一名詞，您也許覺得有些陌生，但永磁材料的應(yīng)用已滲透到我們生活的方方面面。汽車、空調(diào)、相機(jī)、手機(jī)、電腦磁盤、打印機(jī)驅(qū)動頭、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備……等等，永磁材料的應(yīng)用無處不在。
　　永磁材料，又稱“硬磁材料”，是一種經(jīng)過磁化以后，具有長期保持磁性的材料。其中，稀土永磁材料是已知的綜合磁性能最優(yōu)異的一種。一塊火柴盒大小的稀土永磁體可以吸起與一個成年人體重相當(dāng)?shù)蔫F物，一塊稀土永磁材料的磁性能比同樣大小普通磁鋼要高出10多倍……，用稀土永磁材料制造的電子器件，效能高，體積小、重量輕；稀土永磁材料在航空航天、新能源、自動化、信息技術(shù)等高新技術(shù)和國防領(lǐng)域有著廣泛深入的應(yīng)用。
　　然而，永磁材料的磁性能會隨著溫度的變化而改變較大，并且不同永磁材料的剩磁和內(nèi)稟矯頑力的溫度系數(shù)差別也很大，在達(dá)到居里溫度時，磁性還會消失。這些特性都決定著需要有標(biāo)準(zhǔn)來準(zhǔn)確地測量和評價它。
　　在實際應(yīng)用過程中，永磁材料往往工作于高溫環(huán)境中，如永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用的永磁體，內(nèi)部溫度達(dá)到150℃，其高溫下的磁性能還能滿足設(shè)計要求嗎？核反應(yīng)堆、航天器高速電機(jī)等所用的釤鈷磁體的溫度超過了300℃、甚至達(dá)到500℃，需用的磁體在不同溫度下各項磁性能的準(zhǔn)確數(shù)值又是多少呢？
　　在2005年之前，我國建立的硬磁材料磁特性檢定裝置，只能基于國際標(biāo)準(zhǔn)方法測量常溫下的（閉磁路）磁特性，無法檢測高溫下的磁特性。高溫下的磁特性測量只能依賴進(jìn)口的商業(yè)永磁測量儀，但其閉磁路高溫測量能力也只能在220℃以內(nèi)。而國防和航空航天等領(lǐng)域迫切需求溫度測量范圍為300℃～500℃，這已超出了主要發(fā)達(dá)國家計量院的永磁高溫測量能力，商業(yè)永磁測量儀更是無法達(dá)到。
　　自主研制建立一套高溫測量能力達(dá)到500℃的閉磁路硬磁材料高溫磁特性標(biāo)準(zhǔn)測量裝置尤為迫切。為此，林安利研究員組建研究團(tuán)隊，從2005年開始開展這方面的研究工作。

自主創(chuàng)新，提升高溫測量能力   

　　經(jīng)過艱難的技術(shù)攻關(guān)，研究團(tuán)隊解決了閉磁路高溫條件下磁場穩(wěn)定性、線圈常數(shù)恒定性、磁場和溫度場均勻性等一系列技術(shù)難題，并于2009年形成了一套硬磁材料溫度特性標(biāo)準(zhǔn)檢測裝置。

　　林安利介紹說，這個裝置由磁化機(jī)構(gòu)、磁場和磁感測量系統(tǒng)、溫度控制單元、控制和數(shù)據(jù)處理單元等4個部分組成，裝置的所有模塊和功能均自主研制，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到：最大磁場1750kA/m；在室溫～220℃范圍內(nèi)釹鐵硼磁體的剩磁測量不確定度1.0%、內(nèi)稟矯頑力測量不確定度1.5%；在300℃～500℃范圍內(nèi)釤鈷磁體剩磁測量不確定度1.5%、內(nèi)稟矯頑力測量不確定度3.0%；能夠準(zhǔn)確測量室溫～500℃溫度范圍內(nèi)稀土永磁材料不同溫度下的退磁曲線以及由此確定的各項磁性參數(shù)，并能溯源到國際基本單位。
　　該項目的最為關(guān)鍵的創(chuàng)新點在于“在閉磁路條件下，實現(xiàn)220℃～500℃硬磁材料磁特性準(zhǔn)確測量”。不僅可用于釹鐵硼磁體，也可用于具有較低溫度系數(shù)和較高居里溫度地SmCo5（釤鈷5）、Sm2Co17（釤鈷2比17）磁體，而這類磁體往往應(yīng)用于對溫度特性要求嚴(yán)格的國防和航空航天領(lǐng)域。
　　林安利介紹說，根據(jù)已知的文獻(xiàn)和報道，這一溫度測量范圍優(yōu)于主要國家計量院和商業(yè)永磁測量儀的永磁高溫測量能力，“解決了目前國家標(biāo)準(zhǔn)裝置《硬磁材料磁特性檢定裝置》不能計量高溫下永磁體磁特性的問題。”

深度應(yīng)用，滿足高溫永磁測量需求

　　目前，這一裝置及其相關(guān)技術(shù)已進(jìn)行了深度推廣和應(yīng)用，為我國永磁器件的性能和可靠性的檢驗提供技術(shù)支持。中國計量院先后研制成室溫～220℃和室溫～500℃兩種溫度范圍的產(chǎn)品化的檢測裝置，并廣泛開展高溫磁性檢測工作。2010年至今已完成日常測試任務(wù)約600件次，服務(wù)領(lǐng)域涉及到電子信息、能源、醫(yī)療、交通航空航天、國防科研等領(lǐng)域。
　　據(jù)了解，其中的室溫～220℃永磁高溫測量儀器與進(jìn)口商用儀器性能相當(dāng)，而價格卻只有進(jìn)口設(shè)備的1/10左右。林安利告訴記者，“目前，我國稀土永磁行業(yè)主要企業(yè)均已采用這一技術(shù)，實現(xiàn)對產(chǎn)品高溫性能的質(zhì)量控制。”
　　我國稀土永磁產(chǎn)量占世界80%以上，有超過200家稀土永磁生產(chǎn)企業(yè)。這一裝置的使用，不僅為我國企業(yè)節(jié)省了大量的進(jìn)口儀器購置費(fèi)用，還促進(jìn)了我國稀土永磁制造行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)競爭力的提高。
　　在國防和航空航天領(lǐng)域，中國計量院研制的高溫永磁測量裝置及其相關(guān)技術(shù)已被廣泛用于稀土永磁材料的檢測、設(shè)計和研發(fā)。如室溫～500℃硬磁測量儀，已被中南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中科院材料所等單位引進(jìn)，為我國航空項目所用硬磁材料的研究提供了幫助。中國計量院還與北京鋼鐵研究總院緊密合作，解決了其在更高溫度領(lǐng)域的永磁材料精確測量的難題，也為我國核工業(yè)、國防、航天等領(lǐng)域要求具有更高工作溫度需求的永磁體研制過程提供準(zhǔn)確的溫度特性測量服務(wù)。
　　此外，依據(jù)研究成果，還形成了永磁材料溫度測量國家標(biāo)準(zhǔn)和國家計量技術(shù)規(guī)范各一項等等，正在為我國稀土永磁材料及其應(yīng)用工業(yè)磁性測量標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)水平的提高做出貢獻(xiàn)。（文：劉旭紅 圖：賀建）