据外媒报道，北卡罗莱纳州立大学（North Carolina State University）研究人员展示了一种制造强磁材料的新技术，该技术可以提高磁体的质量，快速生产磁体，降低能耗，降低成本。

图片来源： 北卡罗莱纳州立大学

强永磁体应用广泛，由于其在电动汽车、风力涡轮机和机器人设备等技术中的应用，对这些材料的需求正在不断增长。然而，制造这些磁体极具挑战性。

“目前，为了制造磁体，工业界依赖于在高温高压下将金属合金粉末烧结成块状固体，”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授、《Nature Communications》上发表的论文的通讯作者Bharat Gwalani说道。“这是一个复杂、耗时的过程，需要消耗大量能源，而且经常会导致磁体出现缺陷。例如，传统的制造工艺通常会导致整个磁性材料的孔隙率分布不均匀，中心孔隙率较高，这意味着材料的磁性分布也会不均匀。”

“我们想要解决的最后一个挑战与以下事实有关：用于生产磁性材料的稀土金属对氧气非常敏感，”Gwalani说道。“氧化会对这些材料的磁性产生不利影响，而高温会加快氧化速度，因此我们想看看是否有其他工艺可以改善磁体的质量。”

为此，研究人员试验了一种新的磁体制造工艺，该工艺利用了一种名为摩擦搅拌固结（FSC）的技术。本质上，将合金粉末放入一个腔室中，置于压力下，并用旋转工具搅拌。

Gwalani表示：“旋转运动产生的能量和锻造力——压力——将粉末烧结成固体，而不会熔化合金。由于金属不会暴露在高温下，实际上也不会熔化，因此该过程可减少材料中的氧化和不必要的相变。此外，我们施加的压力小于1 MPa，而传统的磁体制造技术施加的压力超过100 MPa。”

研究人员还发现，新方法消除了磁性材料中的孔隙率。

“这是因为传统技术只在一个方向施加压力，这意味着压力主要施加在材料的顶部和底部，迫使孔隙集中在中心，”Gwalani说道。“因为我们的技术是在施加压力的同时旋转材料，所以压力会分布在整个材料上。此外，我们的方法依赖于合金粉末颗粒相互摩擦产生的摩擦生热，这意味着热量是在需要将粉末熔合成块状固体的精确位置产生的——不像传统技术那样，需要在所有地方施加外部热源。”

最终，压力、旋转和摩擦生热的结合意味着磁性材料中不会出现空洞或气泡。

“最终，我们获得了一种更快的制造方法，降低了能耗，并生产出氧化程度更低、磁性均匀的强力永磁体，”Gwalani说道。“既然我们已经找到了一种无孔隙地固结磁性材料的方法，我们正在试验开发下一代磁体，这种磁体将结合非磁性粘合剂。我们的目标是开发具有更理想物理性能的强力永磁体。我们希望制造出密度更低、更坚固的磁体，并且减少对难以获取的稀土材料的依赖。”