500℃下，磁體還能滿足應用嗎？

　　“溫度測量范圍和性能優于國際同類產品，但價格卻只有進口儀器的十分之一”，介紹起自主研制的“硬磁材料高溫磁特性標準測量裝置”，中國計量科學研究院（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。林安利團隊研制的這個國家標準裝置正在為我國永磁材料高溫磁性參數測量提供技術支撐。

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，但永磁材料的應用已滲透到我們生活的方方面面。汽車、空調、相機、手機、電腦磁盤、打印機驅動頭、儀器儀表、醫療設備……等等，永磁材料的應用無處不在。
　　永磁材料，又稱“硬磁材料”，是一種經過磁化以后，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的鐵物，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、信息技術等高新技術和國防領域有著廣泛深入的應用。
　　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稟矯頑力的溫度系數差別也很大，在達到居里溫度時，磁性還會消失。這些特性都決定著需要有標準來準確地測量和評價它。
　　在實際應用過程中，永磁材料往往工作于高溫環境中，如永磁直驅風力發電機所用的永磁體，內部溫度達到150℃，其高溫下的磁性能還能滿足設計要求嗎？核反應堆、航天器高速電機等所用的釤鈷磁體的溫度超過了300℃、甚至達到500℃，需用的磁體在不同溫度下各項磁性能的準確數值又是多少呢？
　　在2005年之前，我國建立的硬磁材料磁特性檢定裝置，只能基于國際標準方法測量常溫下的（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口的商業永磁測量儀，但其閉磁路高溫測量能力也只能在220℃以內。而國防和航空航天等領域迫切需求溫度測量范圍為300℃～500℃，這已超出了主要發達國家計量院的永磁高溫測量能力，商業永磁測量儀更是無法達到。
　　自主研制建立一套高溫測量能力達到500℃的閉磁路硬磁材料高溫磁特性標準測量裝置尤為迫切。為此，林安利研究員組建研究團隊，從2005年開始開展這方面的研究工作。

自主創新，提升高溫測量能力   

　　經過艱難的技術攻關，研究團隊解決了閉磁路高溫條件下磁場穩定性、線圈常數恒定性、磁場和溫度場均勻性等一系列技術難題，并于2009年形成了一套硬磁材料溫度特性標準檢測裝置。

　　林安利介紹說，這個裝置由磁化機構、磁場和磁感測量系統、溫度控制單元、控制和數據處理單元等4個部分組成，裝置的所有模塊和功能均自主研制，其技術指標達到：最大磁場1750kA/m；在室溫～220℃范圍內釹鐵硼磁體的剩磁測量不確定度1.0%、內稟矯頑力測量不確定度1.5%；在300℃～500℃范圍內釤鈷磁體剩磁測量不確定度1.5%、內稟矯頑力測量不確定度3.0%；能夠準確測量室溫～500℃溫度范圍內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，并能溯源到國際基本單位。
　　該項目的最為關鍵的創新點在于“在閉磁路條件下，實現220℃～500℃硬磁材料磁特性準確測量”。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，而這類磁體往往應用于對溫度特性要求嚴格的國防和航空航天領域。
　　林安利介紹說，根據已知的文獻和報道，這一溫度測量范圍優于主要國家計量院和商業永磁測量儀的永磁高溫測量能力，“解決了目前國家標準裝置《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。”

深度應用，滿足高溫永磁測量需求

　　目前，這一裝置及其相關技術已進行了深度推廣和應用，為我國永磁器件的性能和可靠性的檢驗提供技術支持。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約600件次，服務領域涉及到電子信息、能源、醫療、交通航空航天、國防科研等領域。
　　據了解，其中的室溫～220℃永磁高溫測量儀器與進口商用儀器性能相當，而價格卻只有進口設備的1/10左右。林安利告訴記者，“目前，我國稀土永磁行業主要企業均已采用這一技術，實現對產品高溫性能的質量控制。”
　　我國稀土永磁產量占世界80%以上，有超過200家稀土永磁生產企業。這一裝置的使用，不僅為我國企業節省了大量的進口儀器購置費用，還促進了我國稀土永磁制造行業產品質量和產業競爭力的提高。
　　在國防和航空航天領域，中國計量院研制的高溫永磁測量裝置及其相關技術已被廣泛用于稀土永磁材料的檢測、設計和研發。如室溫～500℃硬磁測量儀，已被中南大學、北京航空航天大學、中科院材料所等單位引進，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域的永磁材料精確測量的難題，也為我國核工業、國防、航天等領域要求具有更高工作溫度需求的永磁體研制過程提供準確的溫度特性測量服務。
　　此外，依據研究成果，還形成了永磁材料溫度測量國家標準和國家計量技術規范各一項等等，正在為我國稀土永磁材料及其應用工業磁性測量標準化和技術水平的提高做出貢獻。（文：劉旭紅 圖：賀建）