500℃，一個普通人想象不到的高溫溫度。而中國計量院工程所副所長林安利研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊卻將我國永磁材料高溫磁性參數(shù)測量的觸角，成功地延伸到了這一國際同類測量的極限。他們研制的國家標(biāo)準(zhǔn)裝置正在為我國永磁材料高溫磁性參數(shù)測量提供必不可少的技術(shù)支撐。

    應(yīng)對挑戰(zhàn)

      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)用其實已滲透到我們生活的方方面面：汽車、空調(diào)、相機、手機、電腦磁盤、打印機驅(qū)動頭、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備……永磁材料的應(yīng)用可謂無處不在。

      永磁材料，又稱硬磁材料，是一種經(jīng)過磁化以后能夠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)異的一種永磁材料。稀土永磁材料的磁性能比同樣大小的普通磁鋼要高出10多倍，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。用稀土永磁材料制造的電子器件效能高，體積小、重量輕。現(xiàn)在，稀土永磁材料已經(jīng)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。

      但是，永磁材料的磁性能會隨著溫度的變化而發(fā)生較大改變，并且不同永磁材料的溫度系數(shù)差別也很大，在達(dá)到某一特定溫度時，磁性甚至還會消失。這些特性都需要標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和評價。

      在實際應(yīng)用中，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)電機所用的永磁體，其內(nèi)部溫度就達(dá)到150℃，其在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？

      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)方法測量常溫下的磁特性，卻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在220℃以內(nèi)。而國防和航空航天等領(lǐng)域迫切需求的溫度測量范圍為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)到要求。

      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

      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，這個裝置由磁化機構(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。這套裝置能夠準(zhǔn)確測量室溫500℃范圍內(nèi)稀土永磁材料不同溫度下的各項磁性參數(shù)，并能溯源到國際基本單位。

      林安利說，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。“我們的研究成果解決了目前國家標(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

      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。

      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)了對產(chǎn)品高溫性能的質(zhì)量控制。”

      我國有超過200家稀土永磁生產(chǎn)企業(yè)，稀土永磁產(chǎn)量占世界80%以上。這一裝置的使用，不僅為我國企業(yè)節(jié)省了大量進(jìn)口儀器購置費用，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。該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)域更高要求的永磁體研制提供準(zhǔn)確的溫度特性測量服務(wù)。

      此外，依據(jù)研究成果形成的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，也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)。