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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划隔强磁场材料如果你要设计自己的磁屏蔽系统，你会发现以下的信息是很有用的。磁屏蔽目的：通常是保护电子线路免于受到诸如永磁体、变压器、电机、线圈、电缆等产生磁场的干扰，当然屏蔽强的磁干扰源使它免于干扰附近的元器件功能也是一个重要的应用目的。磁屏蔽材料参数及材料划分：磁屏蔽体由磁性材料制成，衡量材料导磁能力的参数是磁导率，通常以数字来表示相对大小。真空磁导率为1，屏蔽材料的磁导率从200到；磁屏蔽材料的另一个重要参数是饱和磁化强度。磁屏蔽材料一般分为三类，即高导磁材料、中导磁材料和高饱和材
2、料。高饱和磁导率材料的磁导率在80000-之间，经热处理后其饱和场可达7500Gs；中磁导率材料通常和高导材料一起使用，其磁导率值从12500-，饱和场15500Gs；高饱和场的磁导率值为200-50000，饱和场可达18000-21000Gs。以下是一些常用量的定义：Gs：磁通密度的单位，相当于每平方厘米面积上有一条磁力线通过。磁通量：由磁场产生的所有磁力线的总和。饱和磁场：即材料磁感应强度渐趋于一恒定值时对应的磁场。B：屏蔽体中的磁通密度，单位Gs。d：屏蔽体直径。Ho：外场强度，单位Oe。：材料磁导率。A：衰减量。t：屏蔽体厚度。磁场强度：屏蔽体中磁场强度估算用下面公式：B=/2t如用厚
3、度为的材料制成直径为的屏蔽体，在80Gs的磁场中其内部磁场为2500Gs。屏蔽体厚度：用以下公式估算：t=Ad/如用磁导率为80000的材料制成直径为的屏蔽体，当要求实现1000/1的衰减量时，屏蔽体的厚度为t=1000/80000=厚度设计还应综合考虑性价比的因素，一般屏蔽材料的磁导率应不低于80000，否则就要增加厚度以达到同样的屏蔽效果，则会导致费用的增加。当场强很强时，厚度的选取应使材料工作于磁导率最大的场强下。如当材料的磁导率在场强为2300-2500Gs时磁导率最大，则所需厚度为t=/B如直径，长度6的屏蔽体置于80Gs的磁场中，所需的厚度是。磁场衰减率：用下式估算：A=t/d用此
4、式对上面的数据计算可得到，当材料磁导率为时，其衰减率为14000。磁通密度：被屏蔽空间内磁通密度为B=Ho/A同样利用以上数据，则被屏蔽空间的磁场为。更多的设计要点：*开始设计前要正确估算干扰场的大小和频率，其次，正确评价能承受的干扰场的大小。*用以屏蔽很强的磁场时，可采用多层屏蔽的结构。如果可能，两层屏蔽体间保留1/2的间隙。*在屏蔽如真空泵产生的强磁场时，要采用多层屏蔽结构。其中内层用低磁导率材料，中间层用中磁导率材料，外层用高磁导率材料。*用单层结构屏蔽如CRTs等及其敏感的设备时，应在离设备5处形成一个完整的屏蔽体；当型号很大时，只需对关键部分如磁轭等部位进行屏蔽即可。*对于极低场的要
5、求，通常采用3层屏蔽的方式，其中外层屏蔽用高磁导率材料，在内外屏蔽层间是Cu层。在Cu层上通以强的交流电流可对内屏蔽层消磁，同时Cu层还可以屏蔽静磁场的干扰。*对于磁屏蔽结构，在材料厚度允许的时候可采用搭接点焊，交接尺寸至少3/8。在直径发生变化或结构拐角的地方，应采用氦弧焊。使用片状材料的要点：在屏蔽小元件时，刚性结构加工应用都不方便，这时片状材料是一个很好的选择，但要注意以下事项：*为减少磁散射发生，结构中应避免出现尖锐的拐角；如果结构上需要开孔或缝，则应力求其边角采用圆弧形式。*当屏蔽圆柱形物体时，每一层的搭接尺寸不少于3/4，而且第一层的接口位于180的位置，则下一层的接口位于90的位
6、置，再下一层又位于180的位置，如此等等。*为了提高屏蔽效果，每两层屏蔽间保留3-4倍于薄片厚度的空间。*因为薄片材料具有极高的磁导率，因此使用中应避免连续螺旋状卷绕它，否则将有可能在屏蔽体中产生相当于磁极的结构。*当在薄片材料上钻孔时，应确保是在正确的加工片状金属的条件下进行，而不是在普通的金属加工条件下操作，因为普通的操作方式会产生螺丝起子效应导致薄片发生弯曲，从而减小材料的磁导率，导致屏蔽效果的降低。磁场是与温度、压力一样重要的物理参数,强磁场作为一种极端条件的特殊电磁场形态，能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子尺度，改变原子和分子的排列、匹配和迁移等行为，从而衬材料的组织和性能产
7、生巨大而深刻的影响,强磁场加工已成为开发新型材料的一种重要技术手段。特别是随着传导冷却的新型超导磁体技术的发展，强磁场的产生和使用变得比较方便，从而为强磁场下材料制备技术的研究提供了技术基础。强磁场在材料制备过程中的应用研究超导材料利用高温超导材料c轴方向的磁化率大于a,b轴方向磁化率的特性,在合成超导材料时进行强磁场处理是提高晶粒取向织构的一种有效方法.早在1991年,Rango等人发现,通过在YBCO超导块材制备过程中施加5T的磁场,可以有效提高YBCO材料的晶粒取向和超导性能.这一工作导致了强磁场下超导材料制备研究的热潮.随后,Noudem等人在8T磁场下制备Bi-2223块材时,也诱导
8、出很强的取向织构.Ma等人通过磁场下的熔融处理获得了具有高度织构度的Bi-2223/Ag带材.Liu等人报道了在Bi-2212厚带的制备过程中施加10T磁场不仅可以提高织构度,还可以提高材料的临界电流密度.另外,日本仙台的研究小组也得到了类似的结果.图1为10T磁场下所制备Bi-2212带材的微观组织.从图中可以看出,经过磁场熔融处理,晶粒的取向性得到了显著提高.图1磁场中制备的Bi-2212带材的微观组织(a)0T;(b)10TAwaji等人11报道在YBCO块材的溶融生长过程中外加强磁场时,晶粒织构度提高明显,同时发现结晶生长速度随磁场的增加而降低.Ma等人1214系统研究了强磁场下YBC
9、O超导薄膜的生长过程以及磁场对YBCO薄膜结构、组织及超导性能的影响.实验结果表明,磁场对YBCO沉积过程中晶粒的形貌具有很大的影响,在不加外磁场的条件下,超导晶粒为810m的方形.随着磁场强度的增加,晶粒尺寸减小,晶粒形状由原来的方形逐渐转变为约1m的不规则形状.同时发现外加磁场还可以改变YBCO薄膜的生长模式,即由零场下的螺旋生长模式转变为磁场下的三维岛生长模式.最重要的是,随着薄膜沉积过程中外加磁场的增加,晶粒连接性得到了显著改善,相应地薄膜的临界电流密度Jc也得到大幅度提高,如图2所示.磁性材料在实际应用中,具有织构和各向异性的磁性材料一般具有比较高的性能.对永磁材料而言,疏松的单晶颗
10、粒可以通过在磁场中旋转,使易磁化轴平行于磁场方向排列,从而达到取向的目的;也可以通过在磁场下定向凝固过程而得到高矫顽力和高磁能积的永磁材料.对于铁磁合金,可以通过以下两种方法提高其织构度:()在保证足够过冷的条件下,从铁磁态直接进行磁场下定向凝固处理;()在居里温度以下,对淬火样品进行磁场退火处理.磁场下定向凝固工艺可以获得高度取向的钐钴合金,其矫顽场可高达2250kA/m,磁能积大于160kJ/m316.这种磁场处理方法可以替代目前工业上以粉末合金技术为基础的传统技术.最近,Cui等人17发现经过磁场退火以后,和Nd2Fe14B/Co纳米化合物的磁性能不仅得到了明显改善,同时还可以提高磁性材
11、料的织构性和增强交换耦合效应.另外,强磁场退火还可以有效提高Nd-Fe-B磁体的矫顽力18,如含有%Dy和%Al(原子百分比)的Nd-Fe-B样品在14T磁场、823K下经磁场处理后,矫顽场达到T,高出零场下退火样品的37,这主要由于在磁场退火的条件下,富钕相在定向凝固时会发生取向效应,改善了Nd2Fe14B相之间的晶格匹配,从而提高了样品的矫顽力.对于冷轧Fe-Si板等软磁性材料而言,10T磁场退火可大幅度提高Fe-Si板?001?轴取向的选择性,相应地改善了其机械性能19.而FePd材料在780K,10T磁场下退火以后,Tanaka等人20发现了奇特的L10型单形体结构.如果磁相互作用发生
12、在铁磁态,将会出现更强或者新的磁效应.Gaucherand等人21观察到了铁磁Co-B合金在高温磁场下出现的织构现象,如图3所示,钴粒子在铁磁态下凝固时,材料的微观组织呈现出较强的各向异性,也就是说所有钴粒子会沿着施加磁场的方向堆积成针状.相反,在零场下定向凝固的样品,没有出现有序化现象,钴粒子随机分布.图3铁磁Co-B合金经高温磁场处理后的微观组织金属材料在金属凝固过程中,利用夹杂物和金属熔体具有不同磁化率的特点,强磁场可以用来控制金属熔体的对流和物质传输,有效去除夹杂物,从而达到改善金属凝固组织的目的.另外,利用结晶体磁化率各向异性的特点以及母相和生成相的磁矩差,在金属材料的再结晶、扩散析
13、出等相变等过程中施加磁场作用时,可以使金属组织结构发生变化或者改善晶体组织的取向,从而改善材料的性能,甚至可以制备出新型金属材料.基于磁化力原理,Takagi等人22主要研究了非磁性颗粒在强磁场中发生移动的情况.当Al-18%Si合金在强磁场中进行凝固时,由于夹杂物、沉积Si粒子以及熔融合金分别具有抗磁性和顺磁性,这样在零场下,Si颗粒主要分布在底部(图4(a).相反,在强磁场下磁化力迫使Si颗粒迁移到样品的上部,另外还有部分Si颗粒附着在容器壁,如图4(b)所示.Yasuda等人23发现强磁场不仅可以降低富Cu液滴的上升速度,还可以降低液滴的聚合速度,从而减少Cu-Pb合金固化过程中的宏观偏
14、析.当%Cu合金在10T的磁场下定向凝固时,形成了取向结构,沿?111?方向平行于磁场方向排列,而枝晶沿?100?方向生长24.我们知道,强磁场对液态金属的流动具有抑制效果.然而,Lehmann等人25发现,当AlCu合金和AgCu合金被放置于横向磁场下的水平装置中进行凝固时,磁化力与液体浮力相反.据此,他们得出结论,在存在较高温度梯度的情况下,在强磁场下进行凝固时,磁场导致的热电洛仑兹力不可忽略.当Bi-Mn合金在强磁场中凝固时,由于沿c轴较强的磁力矩作用,MnBi晶粒发生择优生长,并沿c轴方向聚集,在中等强度的磁场下就可以实现MnBi合金晶粒的高度取向26.这是因为金属Bi的a,b轴方向的
15、磁化率比c轴方向的要小,在强磁场作用下,晶粒发生旋转使得c轴方向和磁场方向一致.另外,Bi-20%Mn合金(原子百分比)在4T磁场下进行快速凝固时也观察到了结晶取向效应27.因此,在Bi-Mn合金的凝固过程中施加强磁场,不仅改善了MnBi化合物的结晶性,而且由于磁场抑制了液体对流和物质传输,也改善了Bi基体材料的质量.另外,采用电磁离心铸造方法制备不锈钢管坯时,发现在电磁搅拌作用下,管坯铸态微观组织被细化,管坯的塑性加工性能得到很大提高28.纳米材料利用碳纳米管磁化率的各向异性,Walters等人29制备出了高度取向的单壁碳纳米管薄膜,如图5所示.他们首先将提纯后的单壁碳纳米管制备成悬浮液,然后把它们放到25T的强磁场中,在磁场的作用下过滤,从而产生保持高度取向的碳纳米管阵列.由于单壁碳纳米管,如(n,n)系列,沿着它们长轴的方向上是顺磁性的,所以它们平行于周围的磁场;而其他系列的碳纳米管是反磁性的,但是它们在垂直于管轴方向上的磁化系数多数是负的,因此在磁场的作用下也可使其平行于磁场.使两种顺磁性和反磁性碳纳米管产生取向的磁化强度大致相等,通过碳纳米管磁化率计算
