資料介紹
磁性材料是電子信息產業的重要基礎材料。近30年來,磁性材料及產品的發展令人矚目,新材料不斷涌現,新器件陸續面世,應用空前廣泛,特別是在傳統產業的節能中有著不可替代的作用和廣闊的市場前景。
眾所周知,能源危機是世界各國面臨的實際問題,而節能是解決能源緊張的一條重要途徑,因此,大力提倡、發展節能產品不僅有重要的現實意義,而且有深遠的社會意義。磁性產品是典型的節能節材產品,由以下幾例可窺其端倪。
2磁性汽車部件與節能
當今世界,汽車的數量驚人,年產量近5000萬輛,所以節能的意義相當重大。美國為此規定了十分苛刻的的耗油標準。計算表明,要達到該標準,汽車的平均重量須從現在的2000kg降至1250kg~1350kg。因此,對現代汽車部件來說,尺寸、重量和性能之間的協調至關重要。而采用高性能的磁性材料可以滿足此種要求。如把汽車中的電機(數十個之多)改成永磁電機,重量可減輕40%~70%,效率提高50%以上,還可節約銅材、節電。此外,汽車中還大量使用了磁化節油器、減煙器、強力磁化器、磁性傳感器等多種節能產品,效果均非常明顯。
3在節能電氣設備中的應用
在電氣設備特別是自動控制設備中,要使用大量電磁開關和電磁閥,以前都用電磁鐵,工作中要一直通電,因此耗電很多,若把其中的電磁鐵換成永磁體,只要在接通和斷開的瞬間通入一個脈沖電流即能完成,可節電90%以上。由于電氣設備中使用的電磁開關與電磁閥數量很多,所以采用永磁體的節能效果甚為可觀。鋼鐵廠、造船廠經常提升和運送鋼鐵料塊及鋼板,以前都用電磁鐵,耗電過多。把電磁鐵改成永磁體,只在吸物的瞬間通入一個脈沖大電流使磁體永磁,在卸物的瞬間再通入一個交變的逐漸衰減的電流使磁鐵退磁,被吸物就能落到規定地點。整個提升和運輸過程不用通電,這樣不僅節電,還能避免電磁鐵在停電與斷電時運輸物摔下,造成事故。
近來采用稀土永磁開發的“永磁吊”,已能吸重達40噸~50噸的鋼鐵。在福建省的“八五”科技發展重點中,就有吸重50噸稀土永磁吊開發項目。這些產品將在冶金、造船、石油化工、采礦選礦等工業的節能中發揮重要作用。
4節能磁性軸承
任何機械裝置的運動部件,由于相對運動,無一不產生摩擦,造成能量浪費。今天,一種利用磁懸浮原理制成的新型無摩擦性軸承付諸實用。它的出現結束了軸承產品不能機電一體化的說法,這是軸承產品的升級換代。其用途相當廣泛,尤其對離心式氣體壓縮機和高速渦輪機,效果更明顯。磁性軸承的能耗僅為傳統軸承的1/100~1/10。
利用磁懸浮技術制造出眾多的節能型產品,如被列為90年代世界十大高科技之一的磁懸浮列車,國外已取得很大進步,已有產品投入商業運營。國內也研制出了許多樣品,目前正在積極試驗中。
5節能永磁電機
高性能永磁用于電機的開發,是電機領域的一場深刻的革命。除了能縮小體積、降低重量、提高效率外,永磁電機還有很好的節能效果。國外的一些專家在技術和經濟上早就作過仔細驗證,指出永磁同步電機取代勵磁電機不僅可行,而且十分必要,二者之間的制造費用差額可在2年內從節約的能源費用中收回。有鑒于此,我國紡織業早在“八五”期間就已計劃將全行業100多萬臺電機改造成稀土永磁電機。
6石油磁化節能技術
磁化節能產品如油井增注器、磁力制動器、泥漿除鐵器、石油輸送防蠟器等在石油開采作業中應用具有許多優點,在防蠟、防垢中顯示出很大的潛力;磁化技術還是促進生產、提高效率的實用技術,在油田中注入磁化水,不僅能防止地層中粘土膨脹、穩定巖性,而且能提高注入水的驅油效率。如玉門油田注入磁化水后,采油量增加了59?7%,且油的含水量大大下降。磁化節能產品也大量用在化工、食品、紡織、交通等部門各類鍋爐的節能上。
7磁流體發電技術
傳統的火力、水力和原子能發電,效率僅為30%~40%,采用磁流體發電,效率可提高50%左右,它是一種新型的熱能直接發電方式。如一個10萬千瓦的磁流體發電廠,年節約煤可達100萬噸。磁流體發電無高速轉動部件,從點火到滿負荷運轉只需幾十秒,造價僅為火力發電廠的1/4,這是一般發電系統無法比擬的。我國于1986年將燃煤磁流體發電技術作為一個主題列入國家“863”計劃,以二十一世紀前期實現產業化為目標。據悉,中科院電工所現已成功研制出磁流體發電的關鍵部件——大型鞍形超增導磁體,這對早日實現我國磁流體發電戰略目標無疑是一個有力的促進。
8在環境保護中的應用
長期以來,環境污染一直威脅著整個世界,人們為此進行了不懈的努力,探索出一些行之有效的方法。應用磁性材料治理和保護環境就是其中卓有成效和較有特色的一種。
眾所周知,現代工業和交通的高速發展已使汽車、窯(鍋)爐等的廢氣污染到了非解決不可的地步。用磁體作催化劑來分解汽車排放的CO、NO等有害氣體,催化劑固定在排氣道中可長期使用,效果明顯;把磁化器用在窯(鍋)爐與熱交換系統中,不但能提高效效應,而且能大大減少管道和設備的除垢工作及對環境的污染。
目前,工業生產的能源有90%來自于煤、石油和天然氣,使用這些能源燃料必然會帶來大量的廢氣。而磁性節能技術的廣泛應用和普及,將在一定程度上控制和緩解工業廢氣對大氣的污染。如把磁化節油減煙器或燃油增能器用于以油、氣為燃料的燃燒設備中,燃料在燃燒前進行磁化,促使油、氣分子鏈斷裂,讓其充分燃燒,提高燃燒效率,省油省氣達10%左右,此外,由于燃燒室溫度升高,發動機(引擎)出力增加,防止積垢,將CO、NO等有害物的排放量降低25%~65%,減煙率達50%以上。又如用高梯度磁分離可有效除去煤粉、煤漿中的硫化物,大量減少SO2氣體的排放量,脫硫率達80%~95%,分離后的灰末可除去30%~70%,煤的回收率為85%~90%。
工廠、礦山、冶金企業等排出的廢水含有鉛、鉻、鎘、汞、鋁、砷、鐵等有害物質,成為社會的一大公害。實踐證明,應用鐵氧體合成法(共沉淀法)可以處理這些污水。如在含重金屬離子的酸性廢水中加入硫酸亞鐵水溶液,再加堿中和,通空氣氧化,便沉積出粒子尺寸很小(0?1μm~10μm)的強磁性Fe3O4和含其它金屬的鐵氧體;如果廢水中有錳、鋅、銅等離子,就沉淀出錳鐵氧體、鋅鐵氧體或錳?鋅復合鐵氧體;要除去鉛、鉻、汞等重金屬,需先加大量的硫酸亞鐵,沉淀出大量的Fe3O4,這些重金屬離子就被吸附在Fe3O4上,再用磁分離技術把它們
與Fe3O4分開;而水中含的硅、鋁雜質會阻止鐵氧體生成,故須先用脫硅中和工藝除去。用鐵氧體合成法處理廢水的特點是:日處理量大,處理后的水可再利用;可使廢水中的很多重金屬生成鐵氧體,鐵氧體極穩定,不會再溶于水,重金屬被吸附在鐵氧體上;鐵氧體有磁性,可用磁分離技術將其分開;回收的鐵氧體與樹脂、橡膠等高分子化合物混合又能制成振動衰減大的復合防振材料,用于船舶引擎室、大型機械設備、星載設備、顯微鏡、打印機等的除振防噪,從而在環境保護中發揮一系列的重要作用。
在開發新能源的研究中,最吸引人的莫過于磁流體發電,其原理是采用高溫導電的流體高速通過強磁場,由導電流體切割磁力線,在電極上產生感應電動勢和電能。磁流體發電的總效率遠比目前的火力、水力和原子能發電高,并能減少廢氣、灰塵污染和防止酸雨的形成。
在開發新型交通及船運工具中,利用超導磁體或高性能稀土永磁體制造的磁懸浮列車、磁力船舶,由于能耗低、時速快、污染小等優點而令人矚目。
也有一些家用電器因采用磁性材料抑制了環境污染而獲得制造商及消費者的青睞。如利用“絕熱去磁”即當給一種磁性材料施加磁場時就發熱、去掉磁場就冷卻,全新原理工作的磁冰箱、磁空調、磁冷凍室,無振動噪聲和氟里昂,可保護臭氧層。
礦井瓦斯的監測、報警,對于礦井的開發和人身安全極為重要。采用鐵氧體軟磁制作成的CO磁傳感器,其電感(或電阻)值的變化幾乎能線性地反映出井下CO的濃度,從而可方便地達到監測和報警之目的。
由于海上石油運輸量的不斷增加,海域油污現象日趨嚴重,如何有效防止油的污染,有兩個問題必須引起注意:(1)檢測油船的漏油問題;(2)監視不法船只將廢油倒入海洋。為此,我們將具有特定居里溫度的感溫磁性材料做成帶固定記憶功能的密碼存儲器,裝在海洋環境監測船上,準確測知漏油船只或不法放油船只,起到海洋環境監督作用。
另據國外報道,用磁場磁化空氣還能殺死因污染、煙草中毒等原因產生的癌細胞,達到治癌功效。據說,用磁化氧治癌有80%以上的療效,遠高于放射性手術療法,此外,對普通感冒、肺氣腫、腦血管病、偏癱等也有較好效果。這無疑應歸功于磁性材料在治理環境(特別是大氣污染)中發揮的重要作用。
眾所周知,能源危機是世界各國面臨的實際問題,而節能是解決能源緊張的一條重要途徑,因此,大力提倡、發展節能產品不僅有重要的現實意義,而且有深遠的社會意義。磁性產品是典型的節能節材產品,由以下幾例可窺其端倪。
2磁性汽車部件與節能
當今世界,汽車的數量驚人,年產量近5000萬輛,所以節能的意義相當重大。美國為此規定了十分苛刻的的耗油標準。計算表明,要達到該標準,汽車的平均重量須從現在的2000kg降至1250kg~1350kg。因此,對現代汽車部件來說,尺寸、重量和性能之間的協調至關重要。而采用高性能的磁性材料可以滿足此種要求。如把汽車中的電機(數十個之多)改成永磁電機,重量可減輕40%~70%,效率提高50%以上,還可節約銅材、節電。此外,汽車中還大量使用了磁化節油器、減煙器、強力磁化器、磁性傳感器等多種節能產品,效果均非常明顯。
3在節能電氣設備中的應用
在電氣設備特別是自動控制設備中,要使用大量電磁開關和電磁閥,以前都用電磁鐵,工作中要一直通電,因此耗電很多,若把其中的電磁鐵換成永磁體,只要在接通和斷開的瞬間通入一個脈沖電流即能完成,可節電90%以上。由于電氣設備中使用的電磁開關與電磁閥數量很多,所以采用永磁體的節能效果甚為可觀。鋼鐵廠、造船廠經常提升和運送鋼鐵料塊及鋼板,以前都用電磁鐵,耗電過多。把電磁鐵改成永磁體,只在吸物的瞬間通入一個脈沖大電流使磁體永磁,在卸物的瞬間再通入一個交變的逐漸衰減的電流使磁鐵退磁,被吸物就能落到規定地點。整個提升和運輸過程不用通電,這樣不僅節電,還能避免電磁鐵在停電與斷電時運輸物摔下,造成事故。
近來采用稀土永磁開發的“永磁吊”,已能吸重達40噸~50噸的鋼鐵。在福建省的“八五”科技發展重點中,就有吸重50噸稀土永磁吊開發項目。這些產品將在冶金、造船、石油化工、采礦選礦等工業的節能中發揮重要作用。
4節能磁性軸承
任何機械裝置的運動部件,由于相對運動,無一不產生摩擦,造成能量浪費。今天,一種利用磁懸浮原理制成的新型無摩擦性軸承付諸實用。它的出現結束了軸承產品不能機電一體化的說法,這是軸承產品的升級換代。其用途相當廣泛,尤其對離心式氣體壓縮機和高速渦輪機,效果更明顯。磁性軸承的能耗僅為傳統軸承的1/100~1/10。
利用磁懸浮技術制造出眾多的節能型產品,如被列為90年代世界十大高科技之一的磁懸浮列車,國外已取得很大進步,已有產品投入商業運營。國內也研制出了許多樣品,目前正在積極試驗中。
5節能永磁電機
高性能永磁用于電機的開發,是電機領域的一場深刻的革命。除了能縮小體積、降低重量、提高效率外,永磁電機還有很好的節能效果。國外的一些專家在技術和經濟上早就作過仔細驗證,指出永磁同步電機取代勵磁電機不僅可行,而且十分必要,二者之間的制造費用差額可在2年內從節約的能源費用中收回。有鑒于此,我國紡織業早在“八五”期間就已計劃將全行業100多萬臺電機改造成稀土永磁電機。
6石油磁化節能技術
磁化節能產品如油井增注器、磁力制動器、泥漿除鐵器、石油輸送防蠟器等在石油開采作業中應用具有許多優點,在防蠟、防垢中顯示出很大的潛力;磁化技術還是促進生產、提高效率的實用技術,在油田中注入磁化水,不僅能防止地層中粘土膨脹、穩定巖性,而且能提高注入水的驅油效率。如玉門油田注入磁化水后,采油量增加了59?7%,且油的含水量大大下降。磁化節能產品也大量用在化工、食品、紡織、交通等部門各類鍋爐的節能上。
7磁流體發電技術
傳統的火力、水力和原子能發電,效率僅為30%~40%,采用磁流體發電,效率可提高50%左右,它是一種新型的熱能直接發電方式。如一個10萬千瓦的磁流體發電廠,年節約煤可達100萬噸。磁流體發電無高速轉動部件,從點火到滿負荷運轉只需幾十秒,造價僅為火力發電廠的1/4,這是一般發電系統無法比擬的。我國于1986年將燃煤磁流體發電技術作為一個主題列入國家“863”計劃,以二十一世紀前期實現產業化為目標。據悉,中科院電工所現已成功研制出磁流體發電的關鍵部件——大型鞍形超增導磁體,這對早日實現我國磁流體發電戰略目標無疑是一個有力的促進。
8在環境保護中的應用
長期以來,環境污染一直威脅著整個世界,人們為此進行了不懈的努力,探索出一些行之有效的方法。應用磁性材料治理和保護環境就是其中卓有成效和較有特色的一種。
眾所周知,現代工業和交通的高速發展已使汽車、窯(鍋)爐等的廢氣污染到了非解決不可的地步。用磁體作催化劑來分解汽車排放的CO、NO等有害氣體,催化劑固定在排氣道中可長期使用,效果明顯;把磁化器用在窯(鍋)爐與熱交換系統中,不但能提高效效應,而且能大大減少管道和設備的除垢工作及對環境的污染。
目前,工業生產的能源有90%來自于煤、石油和天然氣,使用這些能源燃料必然會帶來大量的廢氣。而磁性節能技術的廣泛應用和普及,將在一定程度上控制和緩解工業廢氣對大氣的污染。如把磁化節油減煙器或燃油增能器用于以油、氣為燃料的燃燒設備中,燃料在燃燒前進行磁化,促使油、氣分子鏈斷裂,讓其充分燃燒,提高燃燒效率,省油省氣達10%左右,此外,由于燃燒室溫度升高,發動機(引擎)出力增加,防止積垢,將CO、NO等有害物的排放量降低25%~65%,減煙率達50%以上。又如用高梯度磁分離可有效除去煤粉、煤漿中的硫化物,大量減少SO2氣體的排放量,脫硫率達80%~95%,分離后的灰末可除去30%~70%,煤的回收率為85%~90%。
工廠、礦山、冶金企業等排出的廢水含有鉛、鉻、鎘、汞、鋁、砷、鐵等有害物質,成為社會的一大公害。實踐證明,應用鐵氧體合成法(共沉淀法)可以處理這些污水。如在含重金屬離子的酸性廢水中加入硫酸亞鐵水溶液,再加堿中和,通空氣氧化,便沉積出粒子尺寸很小(0?1μm~10μm)的強磁性Fe3O4和含其它金屬的鐵氧體;如果廢水中有錳、鋅、銅等離子,就沉淀出錳鐵氧體、鋅鐵氧體或錳?鋅復合鐵氧體;要除去鉛、鉻、汞等重金屬,需先加大量的硫酸亞鐵,沉淀出大量的Fe3O4,這些重金屬離子就被吸附在Fe3O4上,再用磁分離技術把它們
與Fe3O4分開;而水中含的硅、鋁雜質會阻止鐵氧體生成,故須先用脫硅中和工藝除去。用鐵氧體合成法處理廢水的特點是:日處理量大,處理后的水可再利用;可使廢水中的很多重金屬生成鐵氧體,鐵氧體極穩定,不會再溶于水,重金屬被吸附在鐵氧體上;鐵氧體有磁性,可用磁分離技術將其分開;回收的鐵氧體與樹脂、橡膠等高分子化合物混合又能制成振動衰減大的復合防振材料,用于船舶引擎室、大型機械設備、星載設備、顯微鏡、打印機等的除振防噪,從而在環境保護中發揮一系列的重要作用。
在開發新能源的研究中,最吸引人的莫過于磁流體發電,其原理是采用高溫導電的流體高速通過強磁場,由導電流體切割磁力線,在電極上產生感應電動勢和電能。磁流體發電的總效率遠比目前的火力、水力和原子能發電高,并能減少廢氣、灰塵污染和防止酸雨的形成。
在開發新型交通及船運工具中,利用超導磁體或高性能稀土永磁體制造的磁懸浮列車、磁力船舶,由于能耗低、時速快、污染小等優點而令人矚目。
也有一些家用電器因采用磁性材料抑制了環境污染而獲得制造商及消費者的青睞。如利用“絕熱去磁”即當給一種磁性材料施加磁場時就發熱、去掉磁場就冷卻,全新原理工作的磁冰箱、磁空調、磁冷凍室,無振動噪聲和氟里昂,可保護臭氧層。
礦井瓦斯的監測、報警,對于礦井的開發和人身安全極為重要。采用鐵氧體軟磁制作成的CO磁傳感器,其電感(或電阻)值的變化幾乎能線性地反映出井下CO的濃度,從而可方便地達到監測和報警之目的。
由于海上石油運輸量的不斷增加,海域油污現象日趨嚴重,如何有效防止油的污染,有兩個問題必須引起注意:(1)檢測油船的漏油問題;(2)監視不法船只將廢油倒入海洋。為此,我們將具有特定居里溫度的感溫磁性材料做成帶固定記憶功能的密碼存儲器,裝在海洋環境監測船上,準確測知漏油船只或不法放油船只,起到海洋環境監督作用。
另據國外報道,用磁場磁化空氣還能殺死因污染、煙草中毒等原因產生的癌細胞,達到治癌功效。據說,用磁化氧治癌有80%以上的療效,遠高于放射性手術療法,此外,對普通感冒、肺氣腫、腦血管病、偏癱等也有較好效果。這無疑應歸功于磁性材料在治理環境(特別是大氣污染)中發揮的重要作用。
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