金屬的磁性怎么來的

為什么只有少數(shù)的金屬有磁性？

可以等價(jià)于問：為什么只有少數(shù)金屬是鐵磁性的，而大部分金屬是非鐵磁性（即抗磁性和順磁性）？

這個(gè)得從金屬磁化的物理本質(zhì)說起：近代物理證明，構(gòu)成物質(zhì)的原子由原子核和電子所構(gòu)成，每個(gè)電子都在作循軌和自旋運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)的磁性就是由于電子的這些運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。對(duì)于金屬來說，金屬是由點(diǎn)陣的離子和自由電子構(gòu)成。在磁場(chǎng)的作用下電子運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生抗磁磁矩，與此同時(shí)，點(diǎn)陣的離子和自由電子會(huì)產(chǎn)生順磁磁矩。運(yùn)用該技術(shù)可直接生產(chǎn)多孔、半致密或全致密的材料和制品，因此應(yīng)用十分廣泛。

下面，我們分析下各種金屬的磁特性。

1、金屬的抗磁性和順磁性（金屬的非鐵磁性）

金屬中銅（Cu）、銀（Ag）、金(Au)、?（Cd）、等，它們的離子所產(chǎn)生的抗磁性大于自由電子的順磁性，因此是抗磁性物質(zhì)。

在元素周期表中接近非金屬的一些金屬元素，如銻（Sb）、鉍（Bi）、與錫（Sn）等，它們的自由電子在原子價(jià)增加時(shí)逐步向共價(jià)結(jié)合過渡，而共價(jià)電子的磁矩互相抵消，因此表現(xiàn)出異常的抗磁性。

所有堿金屬都是順磁性物質(zhì)，堿土金屬（除“鈹”外）也都是順磁性的，這是由于它們的自由電子所產(chǎn)生的順磁性占主導(dǎo)地位。

堿金屬指元素周期表ⅠA族元素中所有的金屬元素，包括鋰（Li）、鈉（Na）、鉀（K）、銣（Rb）、銫（Cs）、鈁（Fr）六種。

堿土金屬指元素周期表中Ⅱ A族元素，包括鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鐳(Ra)六種。

三價(jià)金屬鋁（Al）、硒(Se)、鑭(La)也是順磁性，它們的順磁性主要是由自由電子或離子的順磁性所決定。

稀土金屬也是順磁性，而且磁性較強(qiáng)，這是因?yàn)檫@些元素的原子4f層或5d層沒有填滿，存在著未能抵消的自旋磁矩所造成。

鈦（Ti）、釩（V）、鉻（Cr）、錳（Mn）等過渡族元素，它們的3d層未被填滿，自旋磁矩未被抵消或而產(chǎn)生強(qiáng)烈的順磁性。

2、金屬的鐵磁性

對(duì)于鐵磁性金屬來說，不大的外磁場(chǎng)便會(huì)使它強(qiáng)烈磁化，很容易被磁鐵吸附。

鐵磁性金屬的原子磁矩主要來源于電子的自旋磁矩，即使在沒有外磁場(chǎng)的條件下，就可以形成一個(gè)個(gè)小的“自發(fā)磁化區(qū)”，我們稱之為“磁疇”。

正是由于在每個(gè)磁疇中原子的磁矩已完全排列起來，所以在一個(gè)不太強(qiáng)的外磁場(chǎng)，就可以產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度，即樓主認(rèn)為的“有磁性”。

重新回到問題的起點(diǎn)，金屬的磁性是由其原子結(jié)構(gòu)特性決定的，常溫下，只有少數(shù)的金屬可以形成自發(fā)磁化區(qū)----“磁疇”，所有只有少數(shù)金屬有磁性

至于鐵磁性金屬為什么會(huì)形成磁疇的原因，涉及量子力學(xué)理論：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的電子之間有一種靜電交換作用，正是這種靜電交換作用迫使各原子的磁矩平行或者反向平行排列，使得一個(gè)小區(qū)域內(nèi)的各個(gè)原子的磁矩按同一方向排列，最終形成自發(fā)磁化區(qū)域----磁疇。粉末冶金齒輪是各種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中普遍使用的粉末冶金零件，雖然在大批量的情況下是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，不過在其他方面也有待改進(jìn)的地方。

鐵磁性金屬與非鐵磁性金屬的磁化機(jī)制有著很大差異，由于不能自發(fā)形成磁化區(qū)域，所以非鐵磁性金屬（常見的有鎂、鋁、銅、鈦、奧氏體不銹鋼）的磁性很弱，無法形成明顯的SN兩極。

粉末注射成型技術(shù)彎道超車

粉末注射成型適用不銹鋼，鐵基合金，磁性材料，鎢合金，硬質(zhì)合金，精細(xì)陶瓷等系列。所制備的零件廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)、汽車業(yè)、兵工業(yè)、醫(yī)用器械、機(jī)械行業(yè)、日用品等領(lǐng)域。那么粉末注射成型和其他成形工藝特點(diǎn)的比較，哪個(gè)更具優(yōu)勢(shì)呢?

　　(一)與傳統(tǒng)粉末冶金工藝比較

　　粉末注射成型作為一種制造高質(zhì)量精密零件的近凈成形技術(shù)，具有常規(guī)粉末冶金方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)。MIM能制造許多具有復(fù)雜形狀特征的零件：如各種外部切槽，外螺紋，錐形外表面，交叉通孔、盲孔，凹臺(tái)與鍵銷，加強(qiáng)筋板，表面滾花等等，具有以上特征的零件都是無法用常規(guī)粉末冶金方法得到的。捏合機(jī)主要由捏合部分、機(jī)座部分、液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等六大部分組成。

　　(二)與比精密鑄造比較

　　精密鑄造對(duì)于熔點(diǎn)相對(duì)較低的金屬或合金，精密鑄造也可以成形三維復(fù)雜形狀的零件。但對(duì)于難熔金屬和合金、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷等卻無能為力，這是精密鑄造的本質(zhì)所決定的。另外，對(duì)于尺寸小、壁薄、大批量的零件采用精密鑄造是十分困難或不可行的。

　　(三)與機(jī)加工比較

　　傳統(tǒng)機(jī)械加工法，近來靠自動(dòng)化而提升其加工能力，在效率和精度上有極大的進(jìn)步，但是基本的程序上仍脫不開逐步加工(車削、刨、銑、磨、鉆孔、拋光等)完成零件形狀的方式。

　　機(jī)械加工方法的加工精度遠(yuǎn)優(yōu)于其他加工方法，但是因?yàn)椴牧系挠行Ю寐实?，且其形狀的完成受限于設(shè)備與刀具，有些零件無法用機(jī)械加工完成。相反的，粉末注射成型可以有效利用材料，形狀自由度不受限制。對(duì)于小型、高難度形狀的精密零件的制造，粉末注射成型工藝比較機(jī)械加工而言，其成本較低且效率高，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。MIM技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)加工方法在技術(shù)上的不足或無法制作的缺憾，并非與傳統(tǒng)加工方法競(jìng)爭(zhēng)。粉末注射成型技術(shù)可以在傳統(tǒng)加工方法無法制作的零件領(lǐng)域發(fā)揮其特長。金屬熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，俗稱“四把火”。

簡(jiǎn)述300系列不銹鋼抗腐性能

經(jīng)常使用不銹鋼的人都知道，不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)是防腐性能比較好，不易生銹等。下面簡(jiǎn)單介紹一下300系列常用一些不銹鋼鋼種的基本性能： 304不銹鋼是一種通用性的鋼種，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設(shè)備和機(jī)件。  

301不銹鋼在形變時(shí)呈現(xiàn)出明顯的加工硬化現(xiàn)象，被用于要求較高強(qiáng)度的各種場(chǎng)合。  

302不銹鋼實(shí)質(zhì)上就是含碳量更高的304不銹鋼的變種，通過冷軋可使其獲得較高的強(qiáng)度。  

302B 是一種含硅量較高的不銹鋼，它具有較高的抗高溫，氧化性能。  

303和303Se 是分別含有硫和硒的易切削不銹鋼，用于主要要求易切削和表而光浩度高的場(chǎng)合。303不銹鋼也用于制作需要熱鐓的機(jī)件，因?yàn)樵谶@類條件下，這種不銹鋼具有良好的可熱加工性。

304L  是碳含量較低的304不銹鋼的變種，用于需要焊接的場(chǎng)合。較低的碳含量使得在靠近焊縫的熱影響區(qū)中所析出的碳化物減至最少，而碳化物的析出可能導(dǎo)致不銹鋼在某些環(huán)境中產(chǎn)生晶間腐蝕（焊接侵蝕）。  

304N 是一種含氮的不銹鋼，加氮是為了提高鋼的強(qiáng)度。  

305和384 不銹鋼含有較高的鎳，其加工硬化率低，適用于對(duì)冷成型性要求高的各種場(chǎng)合。  

308 不銹鋼用于制作焊條。  

309、310、314及330 不銹鋼的鎳、鉻含量都比較高，為的是提高鋼在高溫下的耐氧化性能和蠕變強(qiáng)度。而30S5和310S乃是309和310不銹鋼的變種，所不同者只是碳含量較低，為的是使焊縫附近所析出的碳化物減至最少。MIM用粘結(jié)劑應(yīng)滿足如下要求：與粉末接觸角小，粘附力強(qiáng)且不與粉末反應(yīng)。310不銹鋼有著特別高的抗?jié)B碳能力和抗熱震性．  

316和317 型不銹鋼含有鋁，因而在海洋和化學(xué)工業(yè)環(huán)境中的抗點(diǎn)腐蝕能力大大地優(yōu)于304不銹鋼。其中，316不銹鋼由變種包括低碳不銹鋼316L、含氮的高強(qiáng)度不銹鋼316N以及合硫量較高的易切削不銹鋼316F。  

321、347及348 是分別以鈦，鈮加鉭、鈮穩(wěn)定化的不銹鋼，適宜作高溫下使用的焊接構(gòu)件。348是一種適用于核動(dòng)力工業(yè)的不銹鋼，對(duì)鉭和鉆的合量有著一定的限制。

通過以上對(duì)常用一些鋼種的簡(jiǎn)單介紹，望能讓大家更好的認(rèn)識(shí)不銹鋼，能更好的使用。

科學(xué)家3D打印出1顆完整的小心臟

據(jù)報(bào)道，以色列科學(xué)家運(yùn)用3D打印技術(shù)，成功制造出櫻桃大小的心臟，期待有朝一日能印出人類的心臟，造福等待換心的人。據(jù)以色列特拉維夫大學(xué)（Tel Aviv University）的研究團(tuán)隊(duì)日前在Advanced Science期刊上發(fā)表研究成果顯示，他們成功運(yùn)用3D打印技術(shù)印出櫻桃大小的心臟，跟兔子的心臟一樣大，而且不只是結(jié)構(gòu)，還包括了細(xì)胞、血管、心室等，開創(chuàng)醫(yī)用科技首例。那么，如何判定一個(gè)產(chǎn)品是否應(yīng)該選擇MIM工藝，也就是選擇MIM工藝的準(zhǔn)則是什么呢。

用于打印的原料是人類組織，科學(xué)家從受試者身上切下一塊脂肪組織，然后把細(xì)胞物質(zhì)分離出來，經(jīng)過重編程后成為多功能性gan細(xì)胞，再分化為心臟細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞。

同時(shí)，膠原蛋白和糖蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix；ECM）經(jīng)處理后成為水凝膠，并和分化后的細(xì)胞混合，拿來當(dāng)作3D打印的“墨水”。

zui重要的是，由于打印的原料取自接受移植者自己本身，故可以避免排斥反應(yīng)。

科學(xué)家的下一個(gè)挑戰(zhàn)，是教打印出來的心臟跟真的心臟一樣跳動(dòng)。它目前能做到“收縮”，但是還無法完成“泵血功能”的作用。，科學(xué)家也還需要研究怎樣擴(kuò)大規(guī)模，才有足夠的細(xì)胞組織做出真正人類大小的心臟。

該團(tuán)隊(duì)表示會(huì)先嘗試把打印的心臟移植到動(dòng)物身上，下一步才是人類。他們希望未來10年內(nèi)，全世界的ding尖醫(yī)院里都可以有一臺(tái)3D打印機(jī)，讓qi官打印得以成真、普及。